ELEMENTOS DE GEOLOGIA Prof. Márcio Marangon

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
FACULDADE DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES E GEOTECNIA
ELEMENTOS
DE
GEOLOGIA
Prof. Márcio Marangon
Mestre (PUC-Rio) Doutor (COPPE/UFRJ)
Elementos de Geologia - 1995
Prof. M. Marangon
Apresentação
Há anos a disciplina ELEMENTOS DE GEOLOGIA vem adotando o
livro texto Geologia Aplicada à Engenharia do Prof. Nivaldo José Chiossi,
o qual consideramos ser a melhor publicação no gênero.
A partir da dificuldade de aquisição do livro texto, em função de sua
não reedição nos últimos anos, procurou-se escrever estas notas de aula, em
sua 1ª Versão no 2º Semestre de 1995, para acompanhamento dos
Acadêmicos ao curso e fonte de referência ao estudo da Geologia Aplicada
à Engenharia.
São utilizadas as diversas bibliografias apresentadas a seguir e
referidas no texto pelo número entre parênteses, tendo a obra de Chiossi
como a principal contribuição à elaboração desta.
Gostaríamos de contar com a compreensão e colaboração dos Srs.
Acadêmicos e outros leitores na identificação e comunicação das possíveis
incorreções, que serão consideradas para o aperfeiçoamento deste trabalho.
Agradeço ao Engº Paulo Afonso Valverde Junior do Laboratório de
Geologia da Faculdade de Engenharia e ao Téc. Marcelo Bittencourt
Villela do Projeto Solos - FCT/UFJF pela colaboração e edição desta
publicação.
O curso está estruturado em unidades a seguir apresentadas:
Unidade 1 - Introdução à Geologia
Unidade 2 - Elementos sobre a Terra e a Crosta Terrestre
Unidade 3 - Mineralogia
Unidade 4 - Rochas Magmáticas
Unidade 5 - Rochas Sedimentares
Unidade 6 - Rochas Metamórficas
Unidade 7 - Propriedades das Rochas Aplicadas à Engenharia
Unidade 8 - Intemperismo
Unidade 9 - Solos
* Nota em 10/03/2005
Estas notas de aula estão sendo disponibilizadas, em sua primeira versão em PDF,
para atender o curso de Elementos de Geologia, ministrado pelo Prof. Geraldo
Luciano de O. Marques, em 2005/1. Qualquer erro de formato, originado pala
conversão de arquivo será corrigido oportunamente.
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Elementos de Geologia - 1995
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Bibliografia
1)
Antunes, Franklin - Mineralogia e Petrografia - Departamento de
Ciência dos Materiais e Metalurgia - PUC/RJ
2) Caputo, Homero Pinto - Mecânica dos Solos e suas Aplicações
Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.
3) Chiossi, Nivaldo José - Geologia Aplicada à Engenharia.
Ed.
Grêmio Politécnico da USP
4) Guerra, Antônio Teixeira - Dicionário Geológico-Geomorfológico.
Fundação IBGE
5) Leirz, Viktor
Amaral, Sérgio Estanislau do - Geologia Geral
Companhia Editora Nacional
6) Maciel Filho, Carlos Leite - Introdução à Geologia de Engenharia
Editora da UFSM
7) Minette, Enivaldo - Geologia de Engenharia - Glossário de termos
técnicos - Imprensa Universitária da UFV.
8) Nogami, Job Shuji - Geologia Aplicada - CAP. XXXI a XLIV Editora da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.
9) Popp, José Henrique - Geologia Geral
Ed. livros Técnicos e Científicos
10) Rodrigues, J.C. - Geologia para Engenheiros Civis
Ed. MacGraw-Hill do Brasil Ltda.
11) Tognon, Antonio Antenor - Glossário de Termos Técnicos de
Geologia de Engenharia - ABGE, 1985
12) Vargas, Milton - Introdução à Mecânica dos Solos
Ed. MacGraw-Hill do Brasil Ltda.
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Unidade 1 - INTRODUÇÃO À GEOLOGIA
1.1 - Geologia :
Podemos definir geologia como a ciência que estuda a Terra em todos os seus
aspectos, isto é, a constituição e estrutura do globo terrestre, as diferentes forças que agem
sobre as rochas, modificando assim as formas do relevo e a composição química original dos
diversos elementos, a ocorrência e a evolução da vida através das diferentes etapas da história
física da terra (estudo dos seres antigos). (4)
Em resumo conceitua-se GEOLOGIA como:
Ciência da terra que trata de sua origem, composição (estrutura), de seus processos
internos e externos e de sua evolução, através do estudo das rochas.
É objeto da Geologia o estudo dos agentes de formação e transformação das rochas, da
composição e disposição das rochas na crosta terrestre.
1.2 - Divisão :
Geologia Física
Teórica
ou
Geral
Mineralogia
Petrografia
Sedimentologia
Estrutural
Geomorfologia
Geologia Histórica
Paleontologia
Estratigrafia
Economia
Mineração
Petróleo
Geologia
Aplicada
Engenharia
Geologia Geral
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Problemas de Engenharia Civil:
FUNDAÇÕES, ESTRADAS,
BARRAGENS, TÚNEIS,
ÁGUA SUBTERRÂNEA,
MATERIAIS, etc...
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* Parte Física
Mineralogia
: Estudo das propriedades cristalográficas (forma e estrutura), físicas
e químicas dos minerais, bem como sua classificação.
Petrografia
: Se ocupa com a descrição e classificação das rochas, analisando
sua origem, composição química, minerais que as compõem, estado
de alteração, etc...
Sedimentologia : Estudo dos sedimentos: sua origem, transporte, deposição, bem
como seu modo de ocorrência na natureza.
Estrutural
: Investigação dos elementos estruturais presentes nas rochas e
causados por esforços. Ex: fraturas, falhas, dobras, orientação de
minerais , etc...
Geomorfologia : Ciência que estuda a maneira como as formas da superfície da
terra são criadas e destruídas.
* Parte Histórica
Paleontologia
Estratigrafia
: Estuda os seres que viveram em épocas anteriores e que são
conhecidos através de seus restos ou vestígios encontrados nas
rochas.
: Estudo da sequência das camadas. Investiga as condições de sua
formação e a correlação entre os diferentes estratos ou camadas.
Geologia Aplicada
Economia:
Estudo dos materiais do reino mineral que o homem extrai da terra
para a sua sobrevivência e evolução.
Sub-orgânicas: carvão e petróleo
Sub-inorgânicas: Fe, Al, Mn, Pb,Cu, Zn, Au etc.
A geologia econômica é um ramo da geologia que estuda as matériasprimas do reino mineral que o homen extrai para suas necessidades e comodidades. A
geologia econômica estuda os jazimentos de minerais metálicos, também, os não
metálicos, sendo que o valor atual destes últimos é, em vários casos, três vezes maior
que os primeiros. Além do mais, estuda a aplicação da geologia nos recursos
minerais. (4)
Compete à geologia econômica explicar a origem das diferentes jazidas
minerais, enquanto à geografia cabe a missão de cartografar, ou melhor, de fornecer
mapas em que as jazidas possam ser visualizadas no espaço terrestre. (4)
Engenharia: Entende-se por Geologia Aplicada à Engenharia, ou Geologia de
Engenharia, o emprego dos conhecimentos geológicos para a
solução de certos problemas de Engenharia Civil, principalmente
nos setores de construção de rodovias/ferrovias, implantação de
barragens, abertura de túneis e canais,
obtenção de água
subterrânea, projeto de fundações de obras em geral , etc...
A Geologia de Engenharia, além de sua raíz na Geologia, tem ligações
muito fortes com a Mecânica dos Solos e Mecânica das Rochas. Estas três juntas
formam a Geotecnia.
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Na prática profissional, Geólogos, Engenheiros Civis e Engenheiros de
Minas desenvolvem atividades complementares uma das outras, havendo,
necessariamente, uma certa superposição de conhecimentos. As atribuições de cada
profissional não é ainda uma questão definida, sendo, antes, uma questão de reflexão.
Pode-se dizer, de modo geral, que cabe ao Geólogo fazer os levantamentos e toda
investigação necessária para apresentar ao engenheiro a natueza e situação
(composição, propriedades, disposição, estruturas, etc...) dos terrenos sobre os quais
serão construídas as obras. Cabe ao Engenheiro civil projetar e construir todas as obras
usando os levantamentos geológicos e solicitando, quando necessário, novos dados.
Na prática, essas tarefas não são bem delimitadas. O Engenheiro, não encontrando as
respostas necessárias às suas dúvidas, vai frequentemente buscá-las, por si próprio, em
ensaios e experimentos de campo que forneçam tais respostas. (6)
1.3 - Aplicações da Geologia em Projetos de Engenharia Civil:
1.3.1 - Atividades de Superfície :
a) Obtenção de materiais para construções em geral.
b) Construção de estradas, corte em geral e minas a céu aberto.
c) Fundações de Edifícios.
d) Obtenção de água subterrânea.
e) Barragens de terra e aterros em geral.
f) Túneis e escavações subterrâneas.
a) Obtenção de materiais para construções em geral.
A procura de ocorrências naturais (jazidas) de materiais de construção como
pedras, saibros, argilas para exploração, constitue uma das fases importantes do
planejamento das obras civis de vulto. Nas obras situadas nas grandes cidades e nas
proximidades das mesmas, o material de construção necessário poderá ser adquirido
de fornecedores (pedreiras , areais ...) já instalados. A maioria das grandes obras
rodoviárias, ferroviárias, hidráulicas, habitacionais etc. utiliza jazidas próprias.
A localização adequada das jazidas que forneçam materiais de boa qualidade é um
dos fatores que mais influem no custo e no andamento das grandes obras civis.
Identificação de jazidas naturais para exploração de material.
- Pedreiras (Pedra): Utilizadas para confecção de concretos,
pavimentação, revestimentos de fachadas de edifícios ,etc...
- Jazidas de Cascalhos e Areia: Utilizados para revestimento de leitos de
estradas, construção de aterros de terra, concretos, obras de drenagem,
etc...
- Jazidas de Argila: para impermeabilização de obras de terra, para
cerâmica em geral (fabricação de tijolos).
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Foto 01 - Vista da construção de aterro nas proximidades do Aeroporto de Juiz de Fora
A fotografia mostra um exemplo de obra - construção de aterro - em que o material
utilizado na construção é basicamente um solo argiloso (Argila) extraído de jazida
(assinaladas com setas) próximo ao local de construção do aterro, com pequena
distância de transporte do material.
A potencialidade de uma região, quanto à possibilidade de existirem ocorrências
favoráveis para a exploração de jazidas (materiais minerais nobres, como o mármore,
granito...) pode ser verificada facilmente pelo simples exame dos mapas geológicos. O
sucesso dessa verificação dependerá muito da peculiaridade geológica da região e dos
detalhes dos mapas disponíveis.
b) Construção de estradas, corte em geral e minas a céu aberto.
Para que sejam asseguradas as condições de conforto, segurança e economia na
construção de uma rodovia, além das condicionantes geométricas de traçado, há que
se proceder as investigações de natureza geológica e geotécnica da região a
atravessar, as quais constituem os fundamentos dos estudos de drenagem e de
estabilidade dos cortes e túneis, aterros e seus terrenos de suporte, fundações de
obras de arte e dimensionamento dos pavimentos. (2)
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Os problemas de fundações de aterros para estradas surgem, em geral, na
construção de aterros sobre argilas moles ou terrenos pantanosos, quando então
é de se prever o aparecimento de grandes recalques ou, até mesmo, a ruptura da
fundação (2).
A geologia local pode ser fator determinante para a inviabilização (econômica)
de determinados traçados inicialmente idealizados.
A figura acima ilustra (à esquerda) um escorregamento superficial de solo sobre a
ocorrência de uma rocha e a outra a diferença de estabilidade num mesmo vale.
c) Fundações de Edifícios. (6)
A escolha do tipo de fundação é responsabilidade do engenheiro projetista e é
feita baseada nas informações geológicas, as quais devem fornecer dados sobre o
terreno de fundação.
O método mais comum para investigação geológica da fundação de edifícios é o
de sondagem à percussão com circulação de água, acompanhado pelo ensaio
normalizado de penetração (SPT) ou sondagem de simples reconhecimento do solo
(Normas ABNT). Este método fornece um perfil com a descrição das camadas do
solo e a
resistência oferecida por elas à penetração de um amostrador normalizado.
Pode fornecer, ainda, a profundidade do nível de água estático.
Quando a fundação é rochosa, ou parcialmente rochosa, usa-se outro método de
sondagem, a sondagem rotativa com broca de diamante e extração de testemunho
de sondagem. A rocha amostrada é descrita e avaliada quanto à resistência.
Em casas ou construções que aplicam baixa tensão sobre o solo, muitas vezes não
são
realizadas sondagens. Vale, neste caso, a experiência do Engenheiro
responsável, ou mesmo construtor, para estabelecer até onde deve ir a escavação
para ser colocada a fundação classificada como “superficial”. A experiência é
reforçada pelo conhecimento dos solos da região.
Para fundações de barragens ou outras obras que exijam estudos especiais
usam-se todos os métodos de investigação geológica. Neste caso, os mapas
geotécnicos podem fornecer valiosas informações.
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Condições geológicas desfavorável para fundações superficiais (sapatas).
d) Obtenção de água subterrânea. (3)
O interior da Terra, composto de diferentes rochas, funciona como um vasto
reservatório subterrâneo para a acumulação e circulação das águas que nele se
infiltram. As rochas que formam o subsolo da Terra, raras vezes, são totalmente
sólidas e maciças. Elas contêm numerosos vazios chamados também de interstícios,
que variam dentro de uma larga faixa de dimensões e formas. Apesar desses
interstícios poderem atingir dimensões de uma caverna em algumas rochas, deve-se
notar que a maioria tem dimensões muito pequenas. São geralmente, interligados,
permitindo o deslocamento das águas infiltradas.
Em consequência da infiltração, a água precipitada sobre a superfície da terra
penetra no subsolo e através da ação da gravidade sofre um movimento descendente
até atingir uma zona onde os vazios, poros e fraturas se encontram totalmente
preenchidos d’água. Esta zona é chamada zona saturada. Essa zona é separada por
uma linha conhecida como nível freático ou lençol freático.
A utilização da água existente no subsolo é feita através de poços caseiros e
profundos, conforme a profundidade alcançada.
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Ciclo Hidrológico da Água - Infiltração e formação de lençol freático (L.F.)
Grande número das obras de Engenharia encontram problemas relativos às águas
subterrâneas. A ação e a influência dessas águas têm causado numerosos imprevistos
e acidentes. Os casos mais comuns desse tipo de problema são verificados em cortes
de estradas, escavações de valas e canais, fundações para barragens, pontes, edifícios,
etc. De acordo com o tipo de obra, executa-se um tipo de drenagem ou rebaixamento
do lençol freático.
A construção de edifícios, barragens, túneis, etc., normalmente requer escavações
abaixo do lençol freático. Tais escavações podem exigir tanto uma drenagem, como
um rebaixamento do lençol freático. São vários os métodos para eliminar a água
existente no subsolo.
e) Barragens de terra e aterros em geral. (2)
As barragens são estruturas construídas em vales e destinadas a fechá-los
transversalmente, proporcionando assim um represamento de água.
A água acumulada por uma barragem é utilizada para as três seguintes
finalidades principais: abastecimento de cidades, suprimento à irrigação e produção
de energia elétrica. Estas são portanto barragens de acumulação.
As que se destinam ao desvio dos cursos d’água denominan-se barragens de
derivação.
A escolha do local para implantação de uma barragem é feita segundo um
planejamento geral em que interferem as condições geológicas e geotécnica da
região e ainda fatores hidráulicos, hidrelétricos e político-econômicos.
O estudo de uma barragem e, em particular, da sua fundação, requer
preliminarmente as seguintes investigações:
Topográficas: Cumpre, previamente, um levantamento topográfico da região
onde deverá ser construída a barragem, delineando-se assim a sua bacia de
acumulação.
Hidrológicas: Tais investigações, de grande importância, visam a conhecer o
regime de águas da região.
Geológicas: O conhecimento das condições geológicas da região é de
importância fundamental. Basta observar que das causas de acidentes de
barragens nos Estados Unidos, pelo menos 40% são, direta ou indiretamente, de
ordem geológica. O trabalho do engenheiro deve, portanto, ser secundado pelo de
um experiente geólogo de barragens.
A prospecção geológica refere-se em
particular ao estudo das rochas, com especial atenção quanto aos seus eventuais
fendilhamentos.
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f) Túneis e escavações subterrâneas. (6)
O objetivo dos túneis é permitir uma passagem direta através de certos
obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas,
etc...
São elementos de transporte, com exceção daqueles usados em mineração.
São exemplos os túneis ferroviários, rodoviários, de metrôs, de transporte de
fluídos (água). No transporte de água, a finalidade pode ser tanto para obtenção
de energia, como de abastecimento de populações.
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Os túneis são também frequentemente usados em barragens como obras
auxiliares, através dos quais as águas do rio são desviadas a fim de permitirem a
construção das estruturas da barragem no leito do rio. Os túneis de desvio são,
em certos casos, aproveitados posteriormente como túneis de adução, isto é,
transporte das águas do reservatório até a casa das máquinas.
Na maioria dos casos, o traçado, tamanho e forma da seção do túnel são
estabelecidos anteriormente ao reconhecimento geológico, escolha esta
governada primeiramente pelos interesses de tráfego e transporte. Este deve ser
o caso dos túneis urbanos, rodoviários e ferroviários e, também, nos túneis de
condução de água, nos quais as condições hidráulicas determinam seu tamanho e
forma. A tendência para o traçado de um túnel é mantê-lo o mais reto possível,
não só por seu percurso menor, mas também pela simplificação da construção e
da sua locação topográfica.
O encontro de algumas condições geológicas particularmente ruins, durante o
reconhecimento prévio, pode dar lugar a um novo traçado do túnel.
1.3.2 - Atividades de Profundidade:
a) Abertura (escavações) túneis para uso civil.
Obras civis envolvendo escavações subterrâneas em rochas e solos exigem estudos
geológicos geotécnicos detalhados e específicos, para seu sucesso.
Geologia - Fatos determinantes, definição de projeto adaptado as
paticularidades local.
Engenharia Civil - Conhecimentos técnicos científicos para a
execução da obra de engenharia.
b) Escavações de Minas em profundidade
c) Cavernas para hidroelétricas.
1.3.3 - Atividades Especiais:
a) Engenharia de Petróleo
b) Engenharia Geotécnica em Geral
c) Engenharia do Meio Ambiente (armazenamento de produtos radioativos)
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Unidade 2 - ELEMENTOS SOBRE A TERRA
E A CROSTA TERRESTRE
2.1 - Terra:
• Esferóide achatado nos Pólos e dilatado no Equador.
• Diâmetro Polar: 12.712 Km.
• Diâmetro Equatorial: 12.756 Km.
• Maior elevação: Everest 8.840m (HIMALAIA).
• Maior depressão: Fossas Filipinas 11.516m.
• Massa (calculada mediante a lei da gravitação de Newton): 6 sextilhões de
toneladas.
• Densidade: 5,52 (5,52 vezes o peso da água).
Rochas de ocorrência na superfície: d = 2,7-3,0 ; interior da terra: > Densidade.
Conclusão: Materias de ocorrência em maiores profundidades apresentam maior
densidade.
2.2 - Composição da terra:
• Raio Médio: 6300 Km.
• Perfuração Atingida: 7Km (0,1%).
• Informações sobre o interior da terra:
Meios Indiretos.
Estudos de Propagação de ondas sísmicas originadas por terremotos;
cujas vibrações são medidas por sismógrafos.
Velocidade f (densidade, estado físico, ...).
Sismologia: Ciência dos terremotos (abalos sísmicos).
Um abalo sísmico produz ondas de várias espécies. (1)
Dentre elas devemos considerar, por ora, as ondas de compressão ou longitudinais, e
as ondas de distorsão ou transversais.
As ondas longitudinais apresentam maior velocidade de transmissão e por isso são
ditas principais ou ondas P. A vibração se dá na direção da propagação, de modo análogo às
ondas sonoras.
As onda transversais são mais lentas e são também denominadas ondas secundárias ou
ondas S. A vibração se faz em direção perpendicular à direção de propagação do modo
análogo às ondas luminosas.
Não se propagam num meio fluido.
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A velocidade das ondas P e S dependem da densidade do meio em que se propagam.
Ao atingirem a superfície de separação de dois meios fisicamente diferentes elas ficam
sujeitas aos fenômenos da refração e da reflexão, dando lugar a uma descontinuidade na curva
da velocidade, em função da profundidade.
Existem duas descontinuidades mais importantes chamadas de 1ª ordem, por
corresponderem a uma alteração muito sensível na curva velocidade-profundidade.
a) Descontinuidade Mohorovicic - observada numa profundidade de 30 à 50 km nas regiões
continentais e muito menos nas regiões oceânicas.
b) Descontinuidade de Weichert-Gutenberg - mais notável do que a primeira, a uma
profundidade de 2.900 km.
Ambas as descontinuidades descritas verificam-se para as ondas P e S. Convém
observar que as ondas S (transversais) não são propagadas em profundidades superior a 2.900
km; logo, o material no interior correspondente à descontinuidade Weichert-Gutenberg se
comporta como um líquido relativamente à propagação das ondas elásticas.
Limites da crosta, manto e núcleo:
As descontinuidades de Mohorovicic de Weichert-Gutenberg são adotadas para
delimitar as partes do globo. Assim temos:
a) Crosta - que vai desde a superfície até a descontinuidade abaixo dos oceanos e de 30 à 50
km nas regiões continentais.
A crosta terrestre será estudada no ítem seguinte.
b) Manto - Compreendido entre as descontinuidades de Mohorovicic e do WeichertGutenberg, com uma espessura de 2.900 km.
De acordo com a velocidade de transmissão das ondas sísmicas identificou ser
formado de material de silicatos, alguns sulfetos e óxidos de ferro.
d = 3,3 - 4,7
c) Núcleo - compreendido entre a descontinuidade de Weichert-Gutenberg e o centro da terra.
É formado de um material que se comporta na parte exterior como um líquido e na parte mais
interna possivelmente sólida - Ligas de ferro e níquel.
d =: 12,2
2.3 - Crosta (Litosfera):
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Baseado na velocidade de propagação das ondas P, a crosta terrestra pode ser dividida
em duas camadas, SIAL, ou camada “granítica” e SIMA, ou camada “basaltica”.
Regiões Continentais: Zonas superiores (placas), predominância de rochas de
constituição granítica, ricas em sílica e alumínio. SIAL
Regiões
Marinhas e inferiores aos continentes: predominância de rochas de
constituição basáltica, ricas em silicatos de magnésio e ferro.
SIMA
O SIAL propaga as ondas elásticas com uma velocidade de 6,0 a 6,5 km /seg.
compatível com o valor observado em laboratório para o granito em condições de temperatura
e pressão correspondente a profundidade relativamente pequenas. O SIAL é a camada
superior da crosta e em geral está coberta pelas formações sedimentares. O termo SIAL vem
de Si e Al que são elementos predominantes no granitos. O SIMA (Si e Mg) é a camada
inferior da crosta e propaga as ondas elásticas, com maior velocidade (de 6,5 a 7,0 km/seg.
segundo Gutenberg - 1955), cuja ordem de grandeza é verificada em laboratório para as
rochas basálticas.
Estima-se que nas regiões continentais a espessura do SIAL é da ordem de 15 km e a
espessura do SIMA é da ordem de 30 km. Já nas regiões oceânicas, o SIAL está praticamente
ausente e o SIMA tem de 5 à 10 km de espessura.
Constituição: Rochas
(Agregados naturais de uma ou mais espécies de minerais.
Constituindo
assim unidades mais ou menos definidas da
crosta terrestre)
Classificação quanto a gênese (Formação):
– Magmáticas: São aquelas formadas a partir do resfriamento e consolidação do
magma, que é um material em estado de fusão no interior da terra.
– Sedimentares: Formadas por consolidação de materiais derivados da decomposição e
desintegração de qualquer rocha.
– Metamórficas: Aquelas originadas pela ação da pressão, temperatura e de soluções
químicas de outra rocha qualquer.
Composição:
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Rochas Sedimentares
Rochas Magmáticas (e Metamórficas)
Rochas Magmáticas (e Metamórficas)
Rochas Sedimentáres
5%
75%
25%
95%
RELAÇÃO SEGUNDO
VOLUME DA CROSTA
RELAÇÃO SEGUNDO
ÁREA
• Composição média, em óxidos, para a crosta nas áreas continentais:
SiO2................. 60,2 %
Al2O3............... 15,6 %
Fe2O3.............. 7,0 %
FeO................. 7,0 %
Na2O................ 3,9 %
MgO................. 3,6 %
K2O.................. 3,2 %
CaO.................. 5,2 %
• Elementos químicos mais comuns na Crosta da Terra:
PESO (%)
O
Si
Al
Fe
Mg
Ca
Na
K
VOLUME (%)
46,6
27,7
8,1
5,0
2,1
3,6
2,8
2,6
92,0
0,8
0,8
0,7
0,6
1,5
1,6
2,1
2.4 - Escala geológica do tempo:
• Idade da Terra?? - Dados Bíblicos
- Extrapolação sobre a velocidade de fenômenos Geológicos atuais,
transferindo-se seus resultados para o passado.
- Estudos modernos: Radioatividade.
Possibilidade de determinação do tempo de transmutação de um elemento em outro
(mudança do nº atômico com o tempo).
MEIA VIDA DE UM ELEMENTO
Tempo T no qual METADE da massa inicial estará transformada em outro elemento.
Após 2T a metade desta nova massa se desintegra, restando a quarta parte.
• Função exponencial com o tempo
1g Urânio 4,6 bilhões
0,5g U
25%
1
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de anos
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0,43 g Pb 65%
0,07g He 10%
MÉTODO ATUAL: POTÁSSIO - ARGÔNIO
T= 1,3 Bilhões de anos
MÉTODO RUBÍDIO - ESTRÔNCIO: Para rochas mais antigas
T= 50 Bilhões de anos
ESCALA GEOLÓGICA DO TEMPO
ERAS
PERÍODOS
CENOZÓICA
QUATERNÁRIO
TERCEÁRIO
CRETÁCEO
JURÁSSICO
TRIÁSSICO
PERMIANO
CARBONÍFERO
DEVONIANO
SILURIANO
ORDOVICIANO
CAMBRIANO
MESOZÓICA
PALEOZÓICA
PRÉ CAMBRIANO
SUPERIOR MÉDIO
INFERIOR
INÍCIO DA
TERRA
TEMPO EM
MILHÕES DE
ANOS
0-1
12 - 70
135
180
220
270
350
400
430
490
600
+ 2 Bilhões
+ 4,5 Bilhões
2
CARACTERÍSTICAS
HOMEM
MAMÍFEROS
RÉPTEIS
GIGANTESCOS
ANFÍBIOS
PEIXES
INVERTEBRADOS
RESTOS RAROS DE
ESPONJAS,
BACTÉRIAS,
FUNGOS
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Unidade 3 - MINERALOGIA
Mineral: elemento constituinte das rochas.
3.1 - Conceito:
Mineral: Compostos químicos formados por processos inorgânicos da natureza, de
composição química definida. Os minerais em geral são sólidos. Somente a água e o mercúrio
se apresentam no estado líquido, em condições normais de pressão e temperatura. São
formados a partir de determinados arranjos entre átomos de diferentes elementos químicos em
proporções adequadas.
Petróleo e Âmbar: são considerados minerais, apesar de não terem
composição química definida e serem matéria orgânica.
Cristal: Formados quando há um ambiente
favorável (lento aquecimento). Os grupos de
átomos (moléculas) se juntam em forma ordenada.
É definido numa geometria em que as faces são
planas.
"Toda formação em Cristal é identificado
como matéria mineral, mas nem todo mineral se
apresenta em forma de cristais".
A figura ao lado mostra um mineral:
Composição: Sio2 (Sílica)
Classificação Química: Silicato
(será estudado a seguir)
Variedade: “Ametista” - Quartzo Roxo - em forma
de cristais (extremidades) prismáticos
hexagonais.
3.2 - Propriedades dos Minerais:
3.2.1- Propriedades Morfológicas:
Hábito: Maneira mais freqüente com que um mineral ou cristal se apresenta. Todos minerais
estão enquadrados em um dos tipos de sistema cristalino.
Ex. Quartzo: Prismático, terminando por faces de romboedro.
Feldspatos: Prismas monoclínicos ou triclínicos.
Micas: Placas tabulares.
Simetria:
Associação de Minerais:
Não será
estudado no Curso
19
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A figura acima mostra a proporção dos comprimentos de eixos, ângulos formados,
figuras geométricas correspondentes e a forma mais comum de um mineral se cristalizar. (9)
3.2.2 - Propriedades Físicas
Dureza: É a resistência ao risco. É dada pela escala empírica de MOHS.
Dureza Mineral
1
2
3
4
5
Dureza Mineral
6
7
8
9
10
Talco
Gesso
Calcita
Fluorita
Apatita
Ortoctlásio
Quartzo
Topázio
Coríndon
Diamante
Obs.: • A variação da dureza dessa escala não é gradativa ou proporcional
• Dureza função de: - composição química
- estrutura cristalina
Ex.: Diamante e grafita - carbono
10
1a2
Traço: É a propriedade de o mineral deixar um risco de pó, quando friccionado
contra uma superfície não polida de porcelana branca.
• Dureza superior ao da porcelana (7) - incolor
(provoca um sulco na porcelana).
• O traço nem sempre apresenta a cor do mineral.
Ex.: Hematita (preto - cinzento)
Traço Vermelho - Sangue
20
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Clivagem: É a propriedade de os minerais se partirem em determinados planos ou
já apresentarem esses planos, de acordo com suas direções de
fraqueza.
Proeminente
Perfeita (aspereza)
Distinta (escalonamento)
Indistinta
Mica/calcita
Feldspatos
Fluorita
Apatita
Direções de Clivagem: (A) segundo uma única direção, (B) se faz em dois planos, (C)
segundo três direções, (D) três direções em ângulos não reto e (E) em octaedro.(9)
Fratura: Quando os minerais não
superfície irregular.
se partem em planos, mas segundo uma
Conchoidal (Concavidades ± profunda)
Plana
Irregular
Tenacidade: É a resistência ao choque de um martelo, ou ao corte de uma lâmina de
aço.
Quebradiços ou friáveis - reduzem-se a pó quando submetidos à pressão.
Ex: calcita
Sécteis - podem ser cortados por uma lâmina. Ex: gipsita
Maleáveis - redutíveis a lâminas pelo martelo. Ex: ouro
Flexibilidade: Propriedade que os minerais possuem de sofrerem deformações
Def. Elástica: Deixa de existir quando retirado o esforço Ex: mica
Def. Plástica: Permanece após a retirada do esforço. Ex: talco
Peso Específico: (Densidade)
21
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peso volume "y" do mineral
G=
peso volume "y" de água destilada a 4°C
Fatores que influenciam no peso específico:
a) natureza dos átomos
Peso Atômico > → G >
b) estrutura atômica
diamante → compacto
(3,5)
grafita → menor no. de átomos (2,2)
Volume
Brilho: É o aspecto da reflexão da luz na superfície do mineral.
Metálico: Semelhante ao brilho dos metais polidos.
Não metálico: Outro aspecto.
(vítreo, sedoso, acetinado, graxo, resinoso, adamantino)
Cor: Observação em superfície de fratura recente.
A superfície exposta ao ar se transforma, formando películas de alteração.
3.2.3 - Propriedades Químicas:
De acordo com a sua composição química, os minerais podem ser classificados em:
ÓXIDOS, SILICATOS, SULFATOS, CARBONATOS, SULFETOS
Óxidos:
Anídricos:
Ex. Gelo
Hematita
Magnetita
Corindon
H2O
Fe2O3
Fe3O4
Al2O3
Hidratados: Ex. Geotita
Bauxita
FeO(OH)
Hidratados de Alumínio
Carbonatos:
Ex: Calcita
Dolomita
Magnesita
Siderita
CaCO3
CaMg(CO3)
MgCO3
FeCO3
Silicatos: Principal classe de minerais - Será estudada na sub-unidade 3.4
Ex: Grupo do Quartzo
Grupo dos Feldspatos
Grupo das Micas
Grupo dos Piroxênios e Anfibólios
Sulfetos:
22
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Ex: Galena
Pirita
Blenda
Calcopirita
PbS
FeS2
ZnS
CuFeS2
Ex: Barita
Gipsita
BaSO4
CaSO4.2H2O
Sulfatos:
Rocha: Minerais Máficos + Félsicos
Minerais Máficos: Contém Fe e Mg em sua composição química. Minerais escuros.
Minerais Félsicos: Não contém Fe e Mg. São minerais de cor clara.
3.3 - Minerias de uma Rocha:
A fotografia ao lado apresenta uma
“amostra” de uma rocha, no caso GRANITO, em
que os minerais essenciais são:
- Quartzo
- Feldspato e
- Mica
Apresenta os seguintes minerais acessórios:
- Anfibólio
- Piroxênio
- Zircão
- Apatita
Minerais essenciais
ROCHA
Minerais acessórios
Minerais que formam as rochas mais comuns da Crosta
(Aparecem com a maior percentagem)
Grupo dos Feldspatos
60%
Grupo do Quartzo
12%
Grupo dos Piroxênios e Anfibólios
17%
Grupo das Micas
4%
Que não predominan na constituição das rochas.
Não são considerados na classificação de uma rocha.
Minerais acessórios
7%
3.4 - Características dos Silicatos:
23
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Silicatos: Compostos químicos mais presentes na constituição das rochas.
Grupo dos Feldspatos:
KAlSi3O8
NaAlSi3O8
CaAl2Si2O8
- Ortoclásio 
 Feldspatos alcalinos ou ortoclásios
- Albita

 Feldspatos alcali-cálcicos ou plagioclásios
- Anortita 
Clivagem: 2 direções
Cor: Ortoclásios: Creme, tijolo, róseo ou vermelho (impurezas da hematita)
Plagioclásios: Cinza, branco, pardo, esverdeado.
Brilho: Vítreo em fratura recente
Ocorrência: Rochas Magmáticas e Rochas Metamórficas, mais raros nas Rochas
Sedimentares porque se decompõe em argila e caulim.
Grupo do Quartzo:
SiO2 (sílica) - Cristalizado macroscopicamente - Quartzo (branco)
Ametista (roxa)
- Amorfa (não apresenta estrutura cristalina) - Opala
- Microcristalina - Calcedônia
Clivagem: Ausente
Cor: Branco (incolor-cinza-roxa)
Brilho: Vítreo
Ocorrência: Deve ser suspeitada em quase todo tipo de rocha.
Amostra de Calcedônia - “Ágata Polida”
Amostra de Quartzo em Cristais
Grupo dos Piroxênios e Anfibólios:
24
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São minerais de aparência muito similar. São prismáticos, de cor escura (quantidade
de Fe e Mg), com clivagem em 2 planos.
PIROXÊNIOS
ANFIBÓLIOS
Clivagem:
Quase perpendicular
Oblíquos
Cor:
Verde escuro a preto,
claro, branco
verde claro,cinza,
azulado
Brilho:
Vítreo
Vítreo sedoso
Ocorrência:
Principalmente Rochas
Magmáticas e também
Metamórficas
Principalmente
Metamórficas e
também em Magmáticas.
* São muito susceptíveis à alteração em clima úmido, com formação de minerais
argilosos e liberação de hidróxidos de Ferro e Manganês, conferindo uma coloração
avermelhada ao mineral da rocha em alteração ou aos solos deles derivados.
Grupo das Micas:
Minerais caracterizados por uma ótima clivagem laminar e boa elasticidade.
Distiguem 2 variedades principais:
Mica branca
→ Muscovita
Mica Preta
→ Biotita
Clivagem:
Perfeita em 1 direção
Brilho:
Acetinado
Ocorrência: Magmática e Metamórfica
∗ A Biotita se altera facilmente por hidratação, enquanto a muscovita não tão
facilmente.
Amostra de Rocha com Cristais
(Lâminas) de Mica Preta Biotita
Amostra de Anfibólio - “Amianto”
25
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Unidade 4 - ROCHAS MAGMÁTICAS (ou Ígneas)
Formadas a partir do resfriamento e posterior consolidação do magma no interior ou
na superfície da crosta terreste.
4.1 - Magma:
Material em estado de fusão no interior da terra. Mistura complexa de silicatos,
óxidos, fosfatos e compostos voláteis, sendo a água o mais importante.
O Magma seria a rocha em estado de fusão. As temperaturas medidas em
corridas de lava são da ordem de 900° a 1150°C.
Quanto à acidez os magnos podem ser classificados como:
Ácido
- teor de SiO2 (sílica) > 65%
Básico
"
" entre 45 a 65%
Ultra básico
"
"
< 45%
Lava:
Magma que atinge a superfície da terra, através dos vulcões, vindo de certas
profundidades (regiões superaquecidas). É expulsa de maneira calma ou acompanhada
de explosões (quando a emissão de gases aquecidos ocupam considerável volume das
lavas - formação de partículas finísssimas denominadas “Cinzas vulcânicas”).
A figura ilustrra uma região de vulcanismo,
observe a câmara magmática e o orifício de extravazamento
26
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4.2 - Rochas Magmáticas Vulcânicas, Extrusivas ou Efusivas:
Quando o magma atinge a superfície da terra, esparramando-se. Rochas
formadas na superfície (derrames).
O resfriamento é rápido, não passando por estágios de resfriamentos. Os
cristais da rocha são muito pequenos, microscópicos (granulação AFANÍTICA).
DERRAME = f (fluidez)
FLUIDEZ = f (composição química)
Formações:
Derrames → Magmas básicos (pobre em sílica e rico em Fe e Mg - de coloração mais
escura). São mais móveis e menos viscosos. Alcançam grandes
distâncias do ponto de estravasamento.
Estruturas Vulcânicas → Magmas ácidos. Há um acúmulo de material próximo do
orifício de estravasamento não se derramando.
Ex. de Rocha de origem vulcânica (formação extrusiva):
27
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Basalto: Rocha básica, constituída essencialmente de plagioclásios cálcicos e
piroxênios. A coloração é bem escura, chegando a ser preta.
O Basalto é a rocha efusiva correspondente do GABRO(rocha intrusiva
correspondente).
Recobre extensas áreas da região sul do Brasil: Formação de solos
“escuros” → Terra roxa.
Tipos (conforme sua estrutura):
Denso ou maciço: Estrutura compacta
Vesicular: Apresenta cavidades
Vesicular Amigdaloidal: Cavidades
prenchidas com minerais claros como
Exemplo de um basalto vesicular amigdaloidal
4.3 - Rochas Magmáticas Plutônicas ou Intrusivas:
Quando o magma não consegue romper as camadas superiores da
crosta.
O resfriamento é gradual, passando por estágios de resfriamentos dando origem a
rochas cristalinas, de constituição macroscópica (granulação FANERÍTICA).
As rochas consolidadas no interior da crosta dependem da estrutura geológica e da
natureza das rochas que elas penetram.
As formas intrusivas mais comuns:
a) Sills: Camadas de rocha de forma tabular, relativamente pouco espessas. Magma
que penetrou nas camadas de rocha, em posição aproximadamente horizontal.
b) Diques: São formações normalmente verticais, mais ou menos tabulares, que
cortam angularmente as camadas de rochas invadidas.
⇒ Saliências espassadas (rocha) em superfície de terreno: Quando a rocha
encaixante é mais resistente à erosão que a rocha encaixada.
c) Batólitos: São grandes massas magmáticas consolidadas internamente e de
constituição granítica. Sendo o granito o exemplo mais representativo desta formação.
Quando expostas pela erosão, abrangem grandes áreas.
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Figura publicada por Chiossi (3)
Ex: de Rocha de origem plutônica (formação intrusiva):
Granito: Rocha ácida, constituída de quartzo e feldspatos alcalinos e
acessoriamente por biotita, muscovita ... A coloração pode ser branca, cinza, rósea ou
vermelha, dependendo da cor dos feldspatos. Se apresenta em batólitos. Muito
utilizado na construção civil para revestimento de fachadas de edifícios, ou como brita
para concretos e para pavimentação de ruas (em pedras).
4.4 - Classificação das Rochas Magmáticas:
Ö Percentagem de sílica:
Ácidas
Intermediárias
Neutras ou básicas
- sílica > 65%
- "
65 - 52%
- "
< 52%
Leucocráticas
Mesocráticas
Melanocráticas
- < 30% minerais máficos
- 30 - 60%
"
- > 60%
"
Ö Cor dos minerais:
Ö Granulação:
Granulação grossa
∅ médio > 5 mm
(rochas de grande profundidades)
Granulação média
∅
1 a 5 mm
Granulação fina
∅ médio < 1 mm
(rochas formadas na superfície)
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Unidade 5 - ROCHAS SEDIMENTARES
5.1 - Definição:
Rochas que resultam da desintegração e decomposição de rochas
preexistentes (magmáticas, metamórficas ou sedimentares), graças a ação de
intemperismo -conjunto de processos mecânicos, químicos e biológicos que
ocasionam a transformação das rochas em sedimentos.
Ciclo de transformações através do qual se formam as rochas sedimentares.
Rocha Preexistente
(Magmática, Sedimentar ou Metamórfica)
Desintegração (ação física)
Decomposição (ação química)
Intemperismo
Fragmento de todos os tamanhos
Soluções de Ca, Mg, K, SiO2
coloidal, argilas e óxidos de Ferro
Detritos
Soluções
Transporte e Distribuição
(Por gravidade, galerias, vento, água, organismos, rios etc ...)
Rocha Sedimentares
Sedimentos clásticos ou mecânicos
(arenitos conglomerados, folhelhos
etc ...)
Precipitados químicos e orgânicos
(calcário dolomitos, saL, carvão
etc ...)
Sedimentos de Origem Mecânica
A fotografia acima mostra a transformação de pedregulhos (em formas de seixos rolados)
em um sedimento arenoso.
30
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Na classificação e identificação dos solos ou sedimentos e comum utilizar-se a
nomeclatura apresentada, e oficializada pela ABNT, abaixo:
5.2 - Condições para formação das Rochas Sedimentares (3)
- Presença de rochas (fonte de materiais).
- Presença de agentes que desagregem ou desintegrem as rochas (ação de intemperismo).
- Presença de um agente transportador dos sedimentos recém-formados (água, vento,
etc).
-Acúmulo de material (sedimentos) em local favorável ao processo de sedimentação
(bacias de acumulação).
- Consolidação desses sedimentos através do peso das próprias camadas superiores e/ou
por meio de soluções cimentantes (carbonatos, óxidos ...)
Diagênese: Fenômemo que compreende as modificações sofridas
pelos sedimentos até a formação da rocha definitiva.
5.3 - Exemplos de Formação:
Folhetos - formado a partir de sedimentos muito finos (argilas, ∅ < 0.002 min),
densamente compactados e/ou cimentados. É finamente estratificado (apresenta planos de
deposição de material), fragmentando-se de modo lamelar, em plaquetas.
Indica sempre a decomposição de sedimentos em ambiente calmo, em lagos ou regiões de
água estagnada.
31
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Argilitos - Semelhantes aos folhetos sendo a estratificação não facilmente notada.
Formação Sedimentar - Estratificação plano-paralela de camadas entre siltitos e argilitos (9)
Arenitos - Rocha detrítica, compostos predominantemente de grãos de quartzo (areias). O
sedimento é atravessado por uma solução que pode ser de sílica, carbonato de cálcio, óxido
de ferro, etc. que pode agir como um verdadeiro cimento. O tipo de cimento é que dá as
propriedades de resistência da rocha assim formada.
Arenito: areia + calcário
areia + óxido de ferro ...
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Arenito eólico com estratificação - deposição dos sedimentos - cruzada (9)
5.3 - Classificação das Rochas Sedimentares
Sua classificação se baseia no tipo de agente que transportam os
sedimentos para a bacia de deposição e nas características de sua sedimentação.
- Rochas de origem mecânica (clásticas ou detríticas).
Se formam a partir do transporte de detritos inconsolidados.
Grosseiros: Ex.: conglomerados, brechas
Arenosos: Ex.: arenitos, siltitos
Argilosos: Ex.: folhelhos, argilitos
- Rochas de origem química
Se formam através da precipitação de soluções químicas em bacias
sedimentares.
Ex.: cloreto, sal-gema, silex
- Rochas de origem orgânica
Devem sua origem ao acúmulo de matéria orgânica de natureza diversa.
Ex.: calcários, carbonosas
Foto de um Peixe fóssio em uma rocha sedimentar de origem mecânica do Cretácio (9)
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Unidade 6 - ROCHAS METAMÓRFICAS
6.1 - Conceitos
Rocha Metamórfica:
Rocha proveniente de transformações sofridas por qualquer tipo de
rochas preexistentes que foram submetidas a processos termodinâmicos,
(efeitos de variação de temperatura e pressão) os quais produziram
novas texturas e novos minerais que geralmente se expressam
orientados segundo diferentes traçados (fenômeno de metamorfismo).
Metamorfismo:
Mudanças Mineralógicas e Estruturais que sofrem as rochas (sem que
sofram fusão) quando submetidas a condições físicas e químicas diferentes
daquelas que originalmente as formaram.
Alterações Básicas:
Deformação dos Minerais
(ação da pressão)
Recristalização dos Minerais
(ação maior da temperatura)
Mudança de estrutura e textura (leva ao
alinhamento e orientação dos grãos)
Desenvolvimento de novos minerais (leva os
grãos a uma nova formação, com surgimento de
grandes grãos)
Mudanças nas condições (P e T) de sua
estabilidade. O mineral passa a uma nova forma
estável.
A foto ao lado mostra um
corte em rocha na execução de
um traçado de uma estrada.
Estrutura típica de rocha
metamórfica em que se observa a
presença de diversas fraturas e
planos de alinhamento de
minerais.
O exemplo mostra um
xisto com minerais dispostos em
planos inclinados em relação a
horizontal (Pista de Rolamento
da Estrada), com veios de quartzo
que se destacam.
34
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Observa-se
na
fotografia, tomada em
close, o alinhamento dos
minerais - xistosidade
(presença de pressão no
processo
de
sua
formação)
que
se
contrasta com um veio
de quartzo intrusivo.
Tipos mais importantes:
Ardósias: (xistosidade perfeita e planar, minerais não visíveis a olho nú).
Gnaisses: (minerais granulados quartzo + feldspato + mica em faixas alternadas
de tons claros e escuros)
Xistos:
(fortemente xistosas, cristais bens visíveis e de granulação grosseira)
Filitos:
(rochas xistosas, de granulação fina e brilho lustroso dado pela mica)
Mármores: (metamorfismo de calcários)
Outras:
Quartizitos, Itabiritos, Micaxistos, Migmatitos
6.2 - Formação das Rochas Metamórficas: (3)
Metamorfismo Normal
- Minerais de mesma natureza química dos minerais da rocha que sofrem os efeitos
metamórficos.
35
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- Transformações sem qualquer adição ou perda de novo material.
Ex.
Arenito
Rocha mole com
camadas
camadas horizontais
Quartzito
Elevada dureza
Calcário
Mármore
e
estrutura
maciça
ou
inclinadas / dobradas
Metamorfismo Metassomático
- Mudança de composição química da rocha, evidenciada pela formação de novos
minerais não existentes anteriormente.
Ex.:
Gnaisse (Ortognaisse: proveniente do granito e paragnaisse: de argilito)
Elevado grau de metamorfismo, com composição mineralógica variável.
Argilito → Ardósia → Filtro → Micaxisto → Xisto → “Paragnaisse”
Vista Geral de uma Jazida de Mármore sendo explorada - Cachoeira de Itapemirim - ES
Vista da área de corte dos blocos
Pátio de estocagem para carregamento
6.3 - Tipos de Metamorfismo
36
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Agentes do Metamorfismo:
- Aumento de temperatura Met. Termal
- Aumento de pressão
Met. Cataclástico (dinâmico)
- Aumento de pressão
Met. Dinamotermal (Regional)
e temperatura
Áreas restritas e
localizadas
Áreas extensas
6.3.1 - Metamorfismo Termal
Denomina-se Metamorfismo Termal a todos os tipos de mudanças que passam as
rochas, sendo o fator dominante o calor.
* Metamorfismo de Contacto
Desenvolve-se ao redor de corpos ígneos intrusivos (como batólitos) que cedem parte
de sua energia térmica a rochas vizinhas.
Rochas Metamorfoseadas apresentam-se em auréolas.
37
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* Pirometamorfismo: ( não é considerado como Metamorfismo Termal)
Mudanças que ocorrem pelo contato imediato com o magma.
Ex.: lava esparramada pelas vizinhanças de um vulcão (modificando a natureza física
e química da superfície das rochas por onde passa).
6.3.2 - Metamorfismo cataclástico (dinâmico)
Rochas que sofrem esforços dirigidos e tornam-se fraturadas, adquirindo estruturas e
texturas próprias ou trituradas.
Exemplos:
Cataclasitos Milomitos -
Rochas formadas por esmigalhamento sem
reconstituição química.
Formada por moagem e cisalhamento dos grãos
Regiões de elevada permeabilidade.
6.3.3 - Metamorfismo dinamotermal (Regional)
- Ação conjunta da pressão e temperatura
- Ocorre em regiões de dobramentos da crosta terrestre (processo de tectonismo movimentação contínua ou descontínua da crosta) com a consequente formação de
grandes cadeias montanhosas.
38
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- Os fenômenos dinamotermais são responsáveis pelo aparecimento de rochas muito
comuns como xistos e gnaisses (importância em se identificar estes materiais para
melhor prever cortes em estradas e escavações...).
- Metamorfismo plutônico:
Influência de temperatura elevada em grande pressão uniforme (não existindo pressão
dirigida), ocorridas em grande profundidade.
6.4 - Identificação Macroscópica das Rochas: (3)
Metamórficas
a) Presença de xistosidade
Estrutura orientada em paralelismo dos minerais
b) Dureza média elevada
(Exceção das micáceas e carbonatadas)
c) Cor variável
d) Presença comum de fraturas
Magmáticas
a) Estrutura maciça, compacta
b) Dureza média a elevada
c) Cor homogênea
Sedimentares
a) Estrutura em camadas
b) Dureza baixa
c) Cor variável no sentido horizontal e vertical
39
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Ciclo de Trasnformação das Rochas
Observe os fenômenos geológicos destacados e estudados até então:
Metomorfismo
: Transformação de rocha ígnea ( magmática ) a
sedimentar para rocha metamórfica.
Litificação (Sedimentação) : Transformação de sedimentos em rocha sedimentar
a
partir da cimentação e compressão de partículas
minerais em geral.
Resfriamento e Consolidação: Transformação de lava e magma em rocha magmática.
Intemperismo
: Transformação de qualquer rocha preexistente em
sedimentos. Este fenômeno geológico será estudado na
Unidade 08.
40
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Unidade 7 - PROPRIEDADE DAS ROCHAS
APLICADAS À ENGENHARIA
Os materiais naturais são os mais antigos materiais de construção utilizados pelo
homem. Muitas civilizações empregaram a pedra de maneira intensa.
Hoje em dia, em decorrência de suas altas qualidades de durabilidade, resistência e
baixo custo, a “pedra” continua ocupando importante papel nas construções, principalmente
em enrocamentos, fundações pouco profundas, lastro de vias férreas, pavimentos, agregados
para concreto, filtros, cantaria e muitas mais.
Como ocupa grandes volumes, a pedra deve ser buscada próximo ao local da obra,
com o objetivo de não encarecer demasiadamente o transporte. Com isso, o Engenheiro terá a
sua disposição não exatamente o material de que gostaria, e sim aquele disponível.
Os estudos realizados sobre rochas são, portanto, justificados, pois o seu
conhecimento possibilita a utilização daquelas que se tem à disposição, da melhor maneira
possível, diminuindo o custo da obra e não conduzindo a erros que possam comprometê-la.
(6)
O comportamento da rocha pode ser avaliado diretamente, observando-se a pedra
aplicada em obras construídas anteriormente ou, então, indiretamente, submetendo-se a rocha
a experiências ou ensaios.
São as seguintes as
propriedades que serão
estudadas e que visam
sua caracterização e
classificação:
• Físicas
(7.1)
• Químicas
(7.2)
• Mecânicas (7.3)
• Geotécnicas (7.4)
Vista de um laboratório de Mecânica das Rochas. Vê-se sobre a bancada, a direita, vários
corpos de prova a serem ensaiados no equipamento sendo operado pelo laboratorista, e a
esquerda, reagentes para determinação de propriedades químicas das amostras.
Os diversos ensaios de laboratórios mais interessam para a sua caracterização. Destas
propriedades, a serem estudadas, algumas terão valor como classificação, enquanto que outras
determinarão a possibilidade de emprego da rocha.
7.1 - Propriedades Físicas: (3)
40
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- Cor
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• Tendo em vista a sua grande variabilidade, a cor é um fator bastante fraco para sua
classificação, uma vez que pode apresentar cores diversas em uma mesma jazida.
• Classificação das Rochas em geral tendo por base a cor :
Monócromas - Única coloração, uniformemente distribuída.
Polícromas - Formada de mais cores.
- Peso Específico
• Função do peso específico dos elementos constituintes e de sua porosidade.
Aparente: Não é descontado os vazios (poros) na sua determinação.
Real: Considera somente o volume de rocha.
A fotografia mostra uma serra
diamantada,
com
a
amostra
(testemunho) posicionada para corte
e extração de um Corpo de Prova
(CP). Laboratório da CESP
Peso Rocha
OBS: Densidade =
Peso Água à 4o C
41
(igual volume)
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Amostras de sondagem rotativa (testemunhos) armazenadas em caixas de madeira
apropriadas, onde se identificam a profundidade da coleta.
- Porosidade
• Propriedade das Rochas em conter espaços vazios.
η=
Volume de Vazios
(%)
Volume Total da Rocha
Classe
Índice de vazios
Porosidade (%)
1
maior que 0,43
2
0,43 - 0,18
3
0,18 - 0,05
4
0,05 - 0,01
5
menor que 0,01
Obs.: Para solos existe outra classificação.
maior que 30
30 - 15
15 - 5
5-1
menor que 1
Termo
muito alta
alta
média
baixa
muito baixa
• A maior ou menor porosidade de uma rocha será em função:
a) Tipo de Rocha
Sedimentares - maior porosidade
Magmáticas Intrusivas
baixa porosidade
Extrusivas
> que intrusivas
Metamórficas - baixa porosidade (de acordo com o grau de metamorfismo)
b) Grau de Alteração
Alteração da Rocha = f (dissolução e remoção de materiais das rochas)
• Relação Porosidade x Permeabilidade
> Porosidade - > Permeabilidade (se os poros forem interligados)
OBS: Importância na elaboração de projetos de Fundações de Barragens
• Relação com Resistência
> Porosidade - < Resistência à compreessão
42
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- Permeabilidade
• É a propriedade da Rocha que está relacionada com a maior ou menor resistência que
ela oferece à percolação da água.
• Permeabilidade Primária - Existe desde a sua formação
Permeabilidade Secundária - Devido a lixiviação, dissolução de componentes
mineralógicos, etc.
< Permeabilidade
> Permeabilidade
Rochas Metamórficas e Magmática.
Rochas Sedimentares
- Absorção
• É a propriedade pela qual certa quantidade de líquido é capaz de ocupar os vazios de
uma rocha ou parte deste vazios (ação física).
Peso Após Longa Imersão
Pa - Ps
Ca =
. 100
Ps
Peso Seco
Vista interna de
uma
estufa
de
laboratório
com
temperatura controlada
em torno de 105º.
São mostrados
08 (oito) corpos de
prova de rocha sendo
secos - retirada do teor
de umidade natural da
amostra de rocha.
- Dureza
• De difícil determinação, uma vez que as rochas são formadas por vários minerais que
apresentam diferentes durezas.
• Na prática são considerados três estágios de dureza:
Moles - Riscável pela unha / fácil pelo canivete
Médias - Riscável pelo canivete
Duras - Difícil pelo canivete ou não riscável
- Deformabilidade
43
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É a propriedade do material se deformar quando submetido a um carregamento.
• Corpo elástico: Quando descarregado, volta a posição original.
• Corpo plástico: Não volta a posição original.
• Rocha
Propriedades Elásticas e Plásticas
(deformação elástica e plástica)
• Parâmetros
E = ∆ Tensão
∆ Deformação Longitudinal
Módulo de Elasticidade
ν=
∆ Deformação Transversal
∆ Deformação Longitudinal
Coeficiente de Poisson
O gráfico apresentado ao lado mostra as tensões
aplicadas no CP e as correspondentes deformações.
Para este ensaio, a variação de tensão (obtida no
trecho linear: Reta de Hooke) é igual a 3060 KPa, e
a variação de deformação longitudinal é igual a 0,32%.
É fácil obter no gráfico a máxima tensão aplicada no
CP (no momento da ruptura), que é igual a 4500 KPa.
• Determinação em Laboratório
Corpo de prova deitado sobre uma mesa, sendo verificado a sua altura
média com um paquímetro
- Rochas Xistosas ou Estratificadas
44
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F
Carga paralela a Xistosidade
F
Carga perpendicular a Xistosidade
>E
< Deformação
<E
> Deformação
• Conclusões:
- As propriedades elásticas de um maciço rochoso são afetadas pela anisotropia (direção a qual
se considera para a medição de uma determinada propriedade).
- São também fatores de influência:
• A condição de saturação (umidade)
• A presença de fraturas
• O módulo de elasticidade e o coeficiente de poison tem importância em problemas
relacionados com a construção de túneis, galerias e fundações de barragens, entre outras.
7.2 - Propriedades Químicas
- Composição Química
A determinação da composição química de uma rocha, por si só, não constitui
elemento suficiente para definí-la.
A composição química de uma mesma rocha pode variar muito, de amostra para
amostra.
- Reatividade
Uma determinada rocha contém elementos reativos ou não inerte, quando esses
elementos químicos são capazes de reagir ao entrar em contato com outros compostos.
Ex.:
Sílica Mineral reage com álcalis do cimento Portland.
Água fluindo para dentro de um túnel e contendo sulfato de cálcio pode atacar o
concreto de revestimento.
- Durabilidade
É a resitência da rocha à ação do intemperismo.
A durabilidade de uma rocha interessa no que diz respeito ao seu emprego como
material de construção, uma vez que espera-se deste material uma permanência de suas
diversas propriedades.
7.3 - Propriedades Mecânicas
- Resistência à Compressão
45
Elementos de Geologia - 1995
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• É obtida em laboratório por meio de ensaios de compressão simples em corpos de
prova cilíndricos (relação entre altura/diâmetro > 2) ou cúbicos.
A fotografia mostra um ensaio de
Compressão Simples em um corpo de prova
cilíndrico, observe:
• O posicionamento do CP no equipamento
(foto acima).
• Equipamento eletrônico ao fundo para as
medidas de deformações longitudinais
(no sentido da altura do CP).
• A linha de ruptura da amostra já visível,
logo após a obtenção da máxima tensão
no material (resistência à compressão).
• Os resultados de resistência à compressão de rochas apresentam variações em função
dos:
- Constituintes mineralógicos
- Fissuramento
- Leitos de estratificação e xistosidade.
- Umidade, entre outros fatores
• Os corpos de prova a serem ensaiados deverão conter as várias situações que a rocha
pode apresentar para que os resultados exprimam uma média da propriedade da rocha.
Ex.: argilito (rocha acamada)
3 CP Compressão paralela a estratificação, seco
3 CP Compressão paralela a estratificação, saturado
3 CP Compressão perpendicular a estratificação, seco
3 CP Compressão perpendicular a estratificação, saturado
São apresentados os resultados isolados e médios para cada uma das condições.
Verifica-se:
- Em uma mesma espécie de rocha, amostra de grãos finos possui maior resistência que
amostra de grãos grossos.
- Quanto mais forte for o ligamento entre os cristais, maior a resitência à compressão.
- Os corpos de prova com compressão perpendicular aos planos de estratificação
apresentam maior resistência à compressão.
Exercício numérico de aplicação:
46
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- Resistência ao Choque
É a resistência que uma rocha oferece ao impacto de um peso que cai de uma certa
altura.
A resitência ao choque tem importância quando a rocha for usada para pavimentação de
estradas e aeroportos.
- Resistência ao desgaste
* Resistência ao desgaste por atrito mútuo.
É a resistência que a rocha apresenta, sob a forma de agregado (Pedra Britada), quando
submetida a atrito mútuo de seus fragmentos.
Conforme o tipo de máquina empregada para sua determinação, a resistência ao
desgaste recebe o nome de: resistência ao desgaste Los Angeles, Deval, etc.
* Resistência ao desgaste por abrasão (desgaste das superfícies das rochas).
Tem importância especial quando a rocha for empregada sob forma de pavimento
(paralelepípedos).
Se a resistência à abrasão for baixa, em pouco tempo terá suas superficies lisas, o que a
torna inconveniente (escorregadia, perigosa ao tráfego).
→ Resistência à abrasão Los Angeles
47
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- Certa quantidade de rocha, de granulometria determinada, é submetida a um carga
abrasiva a 500 revoluções à velocidade de 30 a 33 rpm, num cilíndro de aço.
- Carga abrasiva: esferas de aço de diâmetros e pesos conhecidos.
- Por fim o material é lavado secado e pesado.
Peso incial - Peso final
Ra =
x 100
Peso Inicial
Máquina Los Angeles
para ensaio de desgaste por
abrasão.
Este equipamento é
encontrado no Laboratório de
Pavimentação da Faculdade
de Engenharia da UFJF.
- Resistência ao Corte
É a resistência apresentada por uma rocha para se deixar cortar em superfícies lisas.
Dependendo da disposição dos minerais em uma determinada rocha, ela pode apresentar
menor ou maior dificuldade ao corte.
- Comportamento ante a Britagem
Resistência à britagem é a propriedade da rocha em apresentar maior dificuldade de se
fragmentar, quando submetida à britagem.
Vem medida pela percentagem de material fragmentado abaixo de uma certa dimensão,
quando submetida à compressão em máquinas padronizadas.
Exemplo dos valores obtidos em uma rocha
A título de exemplo, são citados alguns valores de ensaios realizados em diorito
(rocha magmática extrusiva correspondente ao granito) da Tijuca (RJ), muito utilizado
como pedra de cantaria ou revestimento.
Peso Específico ϒ = 2,89 g/cm3
Porosidade η = 0,82 %
Absorção Ca = 0,28 %
Módulo de Elasticidade E = 667.000 kg/cm2m
Coeficiente de Poisson ν = 0,15
Resistência à Compresão Simples σr = 1.065 kg/cm2
Abrasão Los Angeles (aproximado) = 32 %
7.4 - Propriedades Geotécnicas:
48
Elementos de Geologia - 1995
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O exposto foi preparado e publicado pela A.B.G.E.
Os parâmetros para a caracterização geotécnica das rochas podem ser em número de
quatro:
1 - grau de alteração
2 - grau de resistência à compressão simples
3 - grau de consistência
4 - grau de fraturamento
Os três primeiros parâmetros se aplicam tanto a amostra de rochas como a
maciços rochosos, enquanto o grau de fraturamento só se aplica a maciços rochosos,
sendo as medidas efetuadas em furos de sondagem ou em levantamentos de paredes e
cortes, ao longo de uma determinada direção.
Cada parâmetro, individualmente, tem expressão limitada e só adquire real valor
quando associado aos outros.
- Grau de alteração
Podemos considerar três graus de alteração: rocha praticamente sã, alterada e
muito alterada. Tal número de graus prende-se ao fato de que o estabelecimento de
limites é muito subjetivo e o emprego de maior número de graus é pouco prático.
É conveniente lembrar que nos três graus acima não se inclui rocha extremamente
alterada, que deve ser considerada material de transição ou solo de alteração de rocha.
- Grau de Resistência à Compressão Simples
Representa um parâmetro que tem tido grande aceitação no meio geotécnico. É
relativamente fácil de se obter, com reduzido número de corpos de prova.
No quadro a seguir, as rochas são subdivididas em cinco níveis de resistência à
compressão.
Grau de resistência à compressão simples
Resistência (Kg/cm2)
> 1200
1200 - 600
600 - 300
300 - 100
< 100
Rocha
muito resistente
resistente
pouco resistente
branda
muito branda
- Grau de Consistência
O parâmetro a seguir baseia-se em características físicas facilmente
determináveis: resistência ao impacto (tenacidade), resistência ao risco (dureza) e
friabilidade. As rochas são assim divididas em quatro níveis de consistência:
Rocha
Características
muito consistente
- quebra com dificuldade ao golpe do martelo
49
Elementos de Geologia - 1995
consistente
quebradiça
friável
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- o fragmento possui bordas cortantes que resistem
ao corte por lâmina de aço.
- quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo
- o fragmento possui bordas cortantes que podem ser
abatidas pelo corte com lâmina de aço
- superfície riscável por lâmina de aço
- quebra facilmente ao golpe do martelo
- as bordas do fragmento podem ser quebradas pela
pressão dos dedos
- a lâmina de aço provoca um sulco acentuado na
superfície do fragmento
- esfarela ao golpe do martelo
- desagrega sob pressão dos dedos
- Grau de Fraturamento
É normalmente apresentado em número de fraturas por metro linear, em
sondagens ou em paredes de escavação, ao longo de uma dada direção.
Consideram-se, logicamente, apenas as fraturas originais e não as provocadas pela
própria perfuração ou escavação.
Rocha
ocasionalmente fraturada
pouco fraturada
medianamente fraturada
muito fraturada
extremamente fraturada
em fragmentos
Grau de fraturamento
Número de fraturas por metro
<1
1-5
6 - 10
11 - 20
> 20
torrões ou pedaços de diversos tamanhos,
caoticamente dispostos
- Caracterização Geotécnica da Rocha
A reunião dos parâmetros anteriormente apresentados (a saber: 1 - grau de
alteração; 2 - grau de resistência à compressão simples; 3 - grau de consistência; 4 grau de fraturamento) expressa a caracterização geotécnica da rocha.
O quadro exemplifica o emprego de tais parâmetros. Para efeito da
exemplificação, atribuímos determinados valores ao grau de alteração das rochas.
Classificação petrográfica
granito
xisto
arenito
Caracterização geotécnica da rocha
Grau de alteração Grau de
Grau de
Grau de
resistência consistência fraturamento
(muito alterado)
(brando)
(quebradiço (medianamente
)
fraturado)
(praticamente são) (resistente) (consistente (muito fraturado)
)
(alterado)
(pouco
(consistente (ocasionamente
resistente) )
fraturado)
50
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Unidade 8 - INTEMPERISMO
8.1 - Definição:
Conjunto de processos que ocasionam a desintegração (ação física) e a
decomposição (ação química) das rochas e dos minerais, por ação de agentes
atmosféricos e biológicos. Fenômeno também conhecido como “Meteorização”.
“Não existe rocha alguma que possa escapar à sua ação. Até mesmo uma rocha tão
resistente como o granito, quando sujeita por muito tempo à ação intensa do
intemperismo, chega a desfazer-se entre os dedos”. (3)
Intemperismo →
Destruição das rochas
⇓
Produção de materiais desintegrados que formarão:
* Sedimentos
(arenoso, argiloso... - Granulometria e composição uniforme)
* Solos (mistura ou não de sedimentos)
* Rochas sedimentares (sedimentos cimentados)
A fotografia mostra um corte profundo (escavação a céu aberto) em um terreno com
aproximadamente 5,00 m de solo (manto de decomposição) sobre uma rocha alterada e em
profundidade maior fraturada a sã. Observe tratar de um típico perfil de intemperismo em que
a rocha se desintegrou facilitando posteriormente a decomposição química de seus minerais
transformando-os em sedimentos (solo).
51
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* Regolito ou manto de decomposição:
Produto final do intemperismo. Recobre a rocha inalterada, com sua
espessura variando de alguns centímetros até dezenas de metros.
8.2 - Processo de Intemperismo:
Ö 2 fases
* Física ( desintegração das rochas)
Entende-se por integração como a ruptura das rochas inicialmente em fendas
(fraturas), progredindo para partículas de tamanhos menores sem, no entanto, haver
mudança na composição, constituindo apenas em fraturamento da rocha.
Agentes: variação de temperatura, congelamento de água etc...
* Química (decomposição das rochas)
A presença de trincas (fendas) permite a circulação da água e de agentes químicos,
que em contato direto com os diversos minerais existentes contribui para a sua
decomposição (alteração da composição).
Agentes: hidrólise, oxidação, carbonatação, etc
O perfil acima (9) mostra em uma profundidade maior a ação de agentes físicos que
resultou no fraturamento da rocha e em profundidades menores a ação dos agentes químicos
que resultou na transformação de fragmentos em solo. Ressalta-se que quanto mais profundo
menor a ação do intemperismo.
8.3 - Fatores que influem no Intemperismo:
52
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A ação maior ou menor de um determinado agente no processo de
intemperismo depende de diversos fatores, tais como:
Clima:
Regiões áridas e ou geladas - ação mais intensa dos agentes físicos
(NE do Brasil).
Regiões úmidas e quentes - ação mais intensa dos agentes químicos
(Centro Sul Brasil).
Topografia:
Regiões de aclive (elevada) - A ação da gravidade favorece a
remoção
da camada de solo que protege a rocha da ação das intempéries
Regiões com cadeias montanhosas - barragem de correntes de ar,
influenciando na ação de precipitações (chuvas). O que interfirá
no
clima.
Tipo de Rocha: Diferentes são as resistências oferecidas ao ataque físico e químico.
Um tipo ou outro de rocha apresentará maior ou menor facilidade
de
sofrer a ação do intemperismo.
Vegetação:
A fixação do solo, com suas raízes, contribui para que esta
camada superficial não seja removida protegendo a rocha da ação
de
intempéries.
8.4 - Intemperismo Físico:
a) Ação da variação de temperatura
As variações de temperatura
repentinas (durante o dia a temperatura nas
rochas chegando a 60 a 70oC e a noite
podendo cair próximo a 0oC) fazem com
que os minerais das rochas estejam ora em
estado de expansão, ora em contração.
Como os coeficientes de dilatação técnica
são diferentes causam nas rochas pequenas
trincas que vão se alongando com o
tempo, fraturando todo o maciço o que
contribui para a sua desintegração em
blocos.
b) Congelamento da água
Fendas (trincas) preenchidas com
água, em regiões que alcançam baixas
temperaturas, tem um acréscimo de
pressão quando do seu congelamento
(aumento de seu volume em 10%), o que
contribui para o seu fraturamento.
No Brasil (clima tropical) não
ocorre muito.
c) Cristalização de Sais
53
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Certas águas que circulam no interior de fendas existentes contendo
soluções com sais dissolvidos se infiltram nas rochas e com sua posterior evaporação
precipitam (sais), cristalizando-se e exercendo uma certa pressão, que contribui para a
desintegração das rochas (comum em regiões costeiras - água do mar rica em sais).
d) Ação física dos vegetais
O processo de desintegração física
de uma rocha pode ser incrementado
quando da ação do crescimento de raízes
ao longo de sua fraturas.
8.5 - Intemperismo Químico
Água Pura ⇒ é relativamente inerte, não reagindo, com os minerais (maioria)
Água + substâncias dissolvidas - ácidos, sais, nitratos, óxidos, produtos
orgânicos ⇒ ataque aos minerais
a) Hidrólise
O mais importante agente do intemperismo químico
Íons da água combinam-se com os íons dos minerais formando novas substâncias.
Os feldapatos são relativamente pouco estáveis e sofrem facilmente a ação
desse ataque.
K AL Si3 O8 + H2 O → H AlSi3 O8 + KOH
(feldspato)
argila
solução
(ortoclásio)
(mineral)
dissolvida de K
b) Hidratação
Certos minerais adicionam moléculas de água à sua composição, formando
novos compostos.
Os minerais tem seus volumes aumentados, o que contribuiu para uma aumentados
o que contribui para um aumento de pressão interna e consequente desintegração
(tensão maior nos vértices arredondamento dos blocos).
c) Oxidação
Alguns minerais se decompõe facilmente pela ação oxidante do O2 e do CO2
dissolvidos na água.
Minerais que possuem íons como o Fe++ na sua composição são mais susceptíveis
devido ao Fe++ ter grande afinidade com o oxigênio.
d) Carbonatação
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O CO2 contido na água forma pequena quantidade de ácido carbônico, contribuindo
para a decomposição de uma rocha.
CaCO3 + H2 CO3 → Ca (HCO3)2
(calcita) (ac. carb.) (bicabornato de cálcio)
e) Decomposição químico-biológica.
Húmus: produto da decomposição de microorganismos e de detritos orgânicos
que se transformam dando origem ao ácido húmico, que como outros ácidos,
contribui e acelera a decomposição das rochas e dos solos.
Analise de intemperização de uma rocha como por exemplo o granito (3)
Do que foi exposto, verifica-se que da decomposição de um granito resultam
substâncias diversas, que podem ser agrupadas em:
a) Minerais inalteráveis - quartzo, zircão e muscovita.
b) Resíduos insolúveis - argilas, substâncias corantes.
c) Substâncias solúveis - sais de potássio, sódio, cálcio, ferro, magnésio e sílica.
No Brasil, a importância do fenômeno da decomposição é muito grande. Em São
Paulo, por exemplo, foram observados os seguintes valores.
Tipo de rocha
Intemperizada até uma
profundidade máxima de:
Arenito
Basalto
Granito
Gnaisse
15 m
25 m
40 m
60 m
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Unidade 9 - SOLOS
9.1 - Conceitos:
O solo deve ser considerado sob o aspecto de ente natural e, como tal é tratado
pelas ciências que estudam a natureza, como a geologia, a pedologia e a
geomorfologia.
Uma boa introdução sobre o assunto voltada para a área de Engenharia Civil, é
apresentada pelo Prof. Milton Vargas (12), sendo utilizada como referência
bibliográfica na redação desta e da seguinte unidade.
Vista aérea (1994) de uma “obra de terra” - Construção de um grande aterro nas
proximidades de uma cabeçeira do Aeroporto (J. Fora), que utilizou apenas solo como
material de construção. Observe a coloração diferenciada do solo cortado, mostrando o
contorno da antiga rocha ali existente, que se intemperizou, transformando-se.
A palavra solo não tem um significado intuitivo imediato. Em português
clássico, o termo solo significa tão somente a superfície do chão, sendo o significado
original da palavra herdada do latim “solum”.
Agricultura
Geologia
Enga Civil
Diferentes conceitos.
Adquire significados específicos de acordo com a finalidade.
No campo específico da agricultura, solo é a camada de terra tratável,
geralmente de poucos metros de espessura, que suporta as raízes das plantas.
Na geologia o termo adquire um significado já abordado no capítulo anterior,
qual seja: Produto do intemperismo físico e químico das rochas, situado na parte
superficial do manto de intemperismo. Constitui-se de material rochoso decomposto.
Com a finalidade específica da Engenharia Civil, portanto, os termos solo e
rocha poderiam ser definidos, considerando-se o solo como todo o material da crosta
terrestre que não oferecesse resistência intransponível à escavação mecânica e que
perdesse totalmente toda resistência, quando em contato prolongado com a água; e
rocha, aquele cuja resistência ao desmonte, além de ser permanente, a não ser quando
em processo geológico de decomposição, só fosse vencida por meio de explosivos.
56
Elementos de Geologia - 1995
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Portanto, sob um ponto de vista puramente técnico, aplica-se o termo solo a
materiais da crosta terrestre que servem de suporte, são arrimados, escavados ou
perfurados e utilizados nas obras da Engenharia Civil. Tais materiais, por sua vez,
reagem sob as fundações e atuam sobre os arrimos e coberturas, deformam-se e
resistem a esforços nos aterros e taludes, influenciando as obras segundo suas
propriedades e comportamentos. O estudo teórico e a verificação prática dessas
propriedades e atuação é que constituem a Mecânica dos Solos. É essa última,
portanto, um ramo da Mecânica, aplicada a um material preexistente na natureza.
9.2 - Origem e Constituição:
Mecanismo de formação dos
solos
(processo físico-químico de
fragmentação e decomposição
das rochas, transporte e
evolução pedogênica).
1o Estágio: Expansão e contração térmica, alternadas das
rochas sãs.
• Fraturamento
mecânico.
• Percolação de água e crescimento de raízes de plantas nas fissuras das
rochas.
• Surgem grandes blocos a pequenos fragmentos.
2o Estágio: Alteração química das espécies minerais.
• Ataque pela água acidulada, ácidos orgânicos, oxidação ....
• Decomposição química, transformando os fragmentos em argilas/areia.
3o Estágio: Transporte por agente qualquer, para local diferente ao da
transformação.
(Pode ou não ocorrer)
• Formação dos “solos transportados” ou “sedimentares”.
4o Estágio: Evolução pedogênica
• Processos físico-químico e biológicos
• Lixiviação do horizonte superficial
com concentração de
partículas coloidais (menores) no horizonte profundo. Impregnação com
húmus (matéria orgânica) do horizonte superficial.
Exs.: Processo de formação.
No caso da rocha madre ser por exemplo, um basalto em clima tropical (Brasil),
de invernos secos e verões úmidos, a decomposição se faz, principalmente, pelo
ataque químico das águas aciduladas aos plagioclásios e outros elementos
melanocráticos, dando como resultado predominantemente argilas. Não apareceria
neste solo a fração areia, pois o basalto não contém quartzo, mas aparecem, em
pequenas porcentagens, grãos de óxidos de ferro, muitas vezes sob a forma de
magnetita. É o caso da terra roxa, do interior Centro-Sul do Brasil, que é
predominantemente uma argila vermelha.
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Os arenitos, das formações sedimentares brasileiras do paleozóico ao cretáceo,
dão origem a um solo essencialmente arenoso, pois não existem feldspatos ou micas
em sua composição. O elemento que altera é o cimento que aglutina os grãos de
quartzo. Quando esse cimento é silicoso - forma-se um solo residual extremamente
arenoso. Quando o cimento é argiloso aparece no solo residual de arenito uma
pequena porcentagem de argila.
9.3 - Classificação dos Solos:
Registros Fotográficos de serviços de campo: Coletas de amostras de solo
a) Coleta em uma jazida a ser ensaiada para ser utilizada como material de construção.
b) Coleta em um leito de futura Avenida em São Pedro, próximo a UFJF.
c) Coleta de amostra em uma das camadas de um pavimento em construção.
9.3.1 - Quanto a Granulometria:
Sabe-se que o comportamento dos solos está de certo modo ligado ao tamanho
das partículas que os compõem. De acordo com a granulometria, os solos são
classificados nos seguintes tipos, de acordo com o tamanho decrescente dos grãos:
a) Pedregulhos ou cascalho b) Areias - Grossas, Médias e Finas c) Siltes d) Argilas
Na natureza, raramente um solo é do tipo “puro”, isto é, constituído na sua
totalidade de uma única granulometria - diâmetro fixado em escalas como as
apresentadas a seguir. Dessa maneira, o comum é o solo apresentar certa porcentagem
de areia, de silte, de argila, de cascalho, etc.
58
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• Características das Frações:
Areia: A espécie mineralógica é, comumente, o quartzo. Mineral inerte, não se
decompondo na presença da água.
Argila: As pesquisas em argilas revelam, que elas são constituídas de pequeníssimos
minerais cristalinos, chamados minerais argílicos, dentre os quais destinguem-se três
grupos principais: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. As estruturas dos minerais
argílicos compõem-se do agrupamento de duas unidades cristalográficas
fundamentais, indicadas na figura com a respectiva representação simbólica de cada
unidade. (2)
Caolinitas - São formadas por unidades de
silício e alumínio, que se unem
alternadamente, conferindo-lhes uma
estrutura rígida. Em consequência, as
argilas caoliníticas são relativamente
estáveis em presença da água.
Montmorilonitas - São estruturalmente
formadas por uma unidade de alumínio
entre duas unidades de silício. A ligação
entre essas unidades, não sendo
suficientemente firme para impedir a
passagem de moléculas de água, torna as
argilas
montmoriloníticas
muito
expansivas e, portanto, instáveis em
presença da água.
Assim, tais argilas, com presença de água,
experimentam expansões, fonte de
inúmeros problemas para a engenharia de
solos.
Ilitas (hidrômicas) - São estruturalmente análogas às montmorilonitas, sendo
porém menos expansivas.
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A fotografia mostra uma ampliação em 32.000 vezes
de uma lâmina de um Folhelho (Rocha Argilosa), rico
em ilita-montmorilonita; as setas indicam partículas
de ilita; argila expansível usada para fabricar
agregados leves.
Jazida Santa Isabel, Jarinu (SP).
• Nomeclatura: Pedregulhoso, arenoso, siltoso, argiloso ou argilo-arenoso > %
argila
< % areia
Ex.: Formação
GRANITO → Rocha
M.E. (Feldspatos,
Silicato de
Al e K
Intemperismo
↓
Minerais
Argílicos
SOLO
ARENO-ARGILOSO
Muscovita,
Biotita e
Silicato Hidratado de
Al e K
Al,K,Fe e Mg
↓
↓
Grãos
Minerais
(Palhetas)
Argílicos
Quartzo)
Silica
↓
Material
Granular (areia)
Tamanhos de Grãos diferentes
Minerais Acessórios (Zircão e Apatita)
• Características dos Solos: (Granulometria)
Solo argiloso :
físico
ruptura
• Presença de coesão (atração das partículas - interação
química), propriedade responsável pela resistência à
destes solos.
• Comportamento plástico (se deixam moldar em diferentes
formas)
Solo siltoso:
• São solos de granulação fina que apresentam pouca ou
nenhuma plasticidade. Um torrão de silte seco ao ar pode ser
desfeito com bastante facilidade
Solo arenoso:
não
• Comportamento depende apenas da sua granulometria,
importando sua constituição mineralógica.
• Não apresenta coesão, sua resistência à ruptura se dá apenas
por atrito entre suas partículas.
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Elementos de Geologia - 1995
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Como exemplo de um solo predominantemente arenoso, e que apresenta uma
porcentagem de argila variável é o conhecido saibro, solo largamente utilizado na
construção civil para confecção de massa de reboco e emboço de alvenaria, construção
de pavimento de estradas...
Pátio de estocagem de
vários “montes” a serem
utilizados em uma obra
próxima ao depósito.
Abaixo são mostrados
exemplos de composição
(granulometria) de dois
saibros de jazidas de Juiz de
Fora, em %.
Jazida
Linhares
Milho Branco
Pedregulho
0.2
0.3
Areia
90.7
70.1
Silte
2.8
17.3
Argila
6.3
12.3
Registros Fotográficos de serviços de laboratório: Ensaios para determinação das
características e propriedades de amostras de solo.
a) Diversas amostras em pátio (UFJF) de secagem ao ar, a serem ensaiadas.
b) Tigelas esmaltadas com solo lavado, submetido ao ensaio de granulometria.
c) Laboratoristas operando diversos equipamentos, realizando anotações e cálculos.
9.3.2 - Quanto a Origem de Seus Constituintes: (Formação Geológica)
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Quando o solo, produto do processo de decomposição permanece no próprio
local em que se deu o fenômeno, ele se chama “residual”. Quando em seguida é
carregado pela água das enxurradas ou rios, pelo vento ou pela gravidade - ou por
vários desses agentes simultaneamente - ele é dito “transportado” ou “sedimentar”.
Mas existem outros tipos de solos, nos quais aparecem elementos de decomposição
orgânica que se misturam ao solo transportado. Há ainda as terras diatomáceas,
constituídas por carapaças de algas ou infusórios. Finalmente, existem os solos
provenientes de uma evolução pedogênica, tais como os solos superficiais que
suportam as raízes das plantas ou os solos “porosos” dos países tropicais.
As características de formação geológica de cada um dos solos citados serão
estudos em separados na unidade seguinte.
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Elementos de Geologia - 1995
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Unidade 10 - FORMAÇÃO GEOLÓGICA DOS SOLOS
Tipos de solos segundo a origem dos seus constituintes.
Residual
Transportado
ou
Sedimentar
aluvial - água
coluvial - gravidade
eólico - vento
Orgânicos
Pedogênicos (lateríticos)
10.1 - Solo Residual:
São aqueles provenientes da decomposição e alteração das rochas “in situ”. Os
produtos de alteração permanecem ainda no local em que se deu a transformação.
Subdivididos, conforme a zona de intensidade de intemperismo, em horizontes
que, geralmente, se organizam da superfície para o mais profundo, mas que,
eventualmente, podem estar ausentes, num perfil de solo residual. Por outro lado a
transição entre um horizonte e outro é gradativa, de forma que a separação entre dois
deles pode ser arbitrária.
Perfil de Intemperismo (3)
O perfil à direita (dados reais obtidos em uma boletim de sondagem) evidencia a
ocorrência de solo do tipo residual.
A ocorrência de grãos de quartzo não “rolados” - formados quando há
transporte, ocorrência de placas ocasionais de mica e após 10.00 m solo micáceo,
rocha alterada, fraturada até sã.
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Fenômeno de erosão
contribuindo para o
desmoronamento
de
grandes volumes de
solo
permitindo-nos
visualizar um horizonte
(mais superficial) de
solo residual maduro mais escuro e abaixo
de saprolito. Observe
as “manchas” claras
evidenciando
a
decomposição
das
concetra-ções
de
determinados minerais
contidos na rocha de
origem.
Solo residual maduro - superficial ou inferior a um horizonte “poroso” ou “húmico”.
É a situação em que o solo perdeu toda a estrutura original da rocha-madre e tornou-se
relativamente homogêneo.
Solo Residual Jovem ou Saprolito - Situação em que o solo mantém a estrutura
original da rocha-madre, inclusive veios intrusivos, fissuras, xistosidade e camadas,
mas perdeu totalmente sua consistência. À vista pode confundir-se com uma rocha
alterada, porém, pela pressão dos dedos, esboroa-se completamente.
Solo de alteração de rocha / Blocos em material alterado - é o horizonte em que a
alteração progrediu ao longo de fraturas ou zonas de menor resistência, deixando
relativamente intactos grandes blocos da rocha original envolvidos por solo de
alteração de rocha.
10.2 - Solos Transportados (Sedimentares):
Quando os produtos da alteração foram transportados por um agente qualquer,
para local diferente ao da transformação.
Classificam-se segundo o agente de transporte:
Coluvial: gravidade
Solo
Aluvial: água
Eólico: vento
10.2.1 - Solos Coluviais:
Transporte e sedimentação por um agente transportador : desde a simples
gravidade, que faz cair as massas de solo e rocha ao longo dos taludes, até um
enxurrada, por exemplo, que carreia o material constituinte dos solos residuais. Nas
escarpas abruptas, como as da Serra do Mar, os mantos de solo residual com blocos de
rocha podem escorregar, sob a ação de seu próprio peso, durante chuvas violentas,
indo acumular-se ao pé do talude em depósito de material detrítico, geralmente fofo,
formando os “talus”.
Tais depósitos (talus) são formados por grãos de tamanho muito variável,
inclusive blocos de rocha. Em geral, os grãos de argila são levados pela enxurrada e
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carreados pelas ribeiras que descem a serra. Tais “talus” são sujeitos a movimento de
rastejo (expansões e contrações periódicas, pelo efeito de temperatura, que resultam
num lento movimento talude abaixo). Esse é o transporte por gravidade ou coluvial.
Mas, nem todo transporte coluvial é tão violento, muitas vezes uma topografia
suavemente ondulada é o resultado de erosão no topo dos morros de solo residual
profundamente alterado e deposição coluvial nos vales. Esse é o caso do planalto
brasileiro, onde ocorrem camadas recentes de solo coluvial fino sobre solo residual de
material semelhante.
OBS: a gravidade não forma o solo, ela já estava formado, sendo apenas transportado.
O perfil acima, na extremidade sul do túnel da “Lagoinha”, em Belo Horizonte,
exemplifica uma situação de ocorrência de solo columionar acima de um solo residual.
10.2.2 - Solos Aluviais
Quando o transporte é feito por grandes volumes de água, aparecem os solos
aluviais que, quando recentes, formam os terraços aluvionais das margens e as
planícies recentes dos deltas dos grandes rios. A princípio as grandes torrentes
carregam consigo todo o detrito das erosões, mas logo depositam os grandes blocos e
depois os pedregulhos. Ao perder sua velocidade, e portanto sua capacidade de carrear
os sedimentos, os grandes rios passam a depositar as camadas de areia e, em seguida,
os grãos de menor diâmetro, formando os leitos de areia fina e silte. Finalmente,
somente os microcristais de argila permanecem em suspensão nas grandes massas de
água dos lagos ou das lagunas próximas ao mar. A sedimentação da argila dá-se,
então, ou por floculação das partículas em suspensão, devido à neutralização de suas
cargas elétricas de mesmo sinal, pelo contato com água salgada do mar, ou por efeito
da radiação solar nas águas doces dos lagos interiores.
Assim, a enxurrada e as águas dos rios em seu caminho para o mar transportarão
os detritos de erosão e os sedimentos em camadas, na ordem decrescente de seus
diâmetros. Inicialmente sedimentam-se as camadas de pedregulhos, depois as de areias
e siltes e, por fim, a camada de argila. Essas camadas constituem os solos
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transportados aluvionares, formando o seu conjunto, “ciclos de sedimentação”. Em
cada camada predominam ordenadamente os tamanhos de grãos correspondentes aos
pedregulhos, areias, silte e argila.
Embora os aluviões sejam, via de regra, fonte de materiais de construções, são,
por outro lado, péssimos materiais de fundações.
Ocorrência de
aluvião no traçado do
“Acesso Norte” em
Juiz de Fora, próximo
ao Cimento Tupi,
próximo à Benfica.
Observa-se
o
fato de estar próximo
do rio paraibuna.
10.2.3 - Solos Eólicos:
Dépositos de material granular, proveniente do transporte, pelo vento, das areias
das praias ou desertos.
Apresenta uma grande uniformidade dos grãos (seleção dos ventos).
loess = depósitos eólicos formados a grandes distâncias. Partículas muito finas.
10.3 - Solos Orgânicos:
Dá-se pela impregnação da matéria orgânica em sedimentos pré-existentes ou
pela transformação carbonífera de materiais, geralmente de origem vegetal, contidos
no material sedimentar.
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São os solos de cor escura encontrados nas baixadas litorâneas ou nas várzeas
dos rios interioranos.
Decomposição da matéria orgância:
- Produto escuro: húmus
- Facilmente carregado pela água
O húmus impregna permanentemente as argilas e siltes, que são solos finos, e
em menor extensão as areias e os pedregulhos (solos permeáveis).
Quando a matéria orgânica provém da decomposição sobre o solo de grande
quantidade de folhas, caules e troncos de árvores há um processo incipiente de
carbonificação, então forma-se um solo fibroso, essencialmente de carbono, que se
chama turfa.
A diferença entre as argilas, siltes orgânicos e a turfa está na densidade. As
primeiras são mais pesadas, pois a turfa é constituida de grandes teores de carbono que
tem pequena densidade.
10.4 - Solos Pedogênicos (Lateríticos):
Evolução Pedogênica - por esse nome se agrupa uma complexa série de
processos físico-químicos e biológicos que governam a formação dos solos da
agricultura. Em essência esses processos compreendem a lixiviação do horizonte
superficial e concentração de partículas coloidais no horizonte profundo, e, além disso,
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a impregnação com húmus do horizonte superficial. A camada de solo que sofre esse
processo, recebe na Engenharia o nome de “solo superficial”, o qual tem escasso
interesse técnico nos casos em que é de pequena espessura.
Entretanto, de grande valor técnico, para nós, são as camadas de “solos
porosos”, cuja formação se deve a uma evolução pedogênica em clima tropical de
alternâncias secas, no inverno, e extremamente úmidas, no verão, resultando dessa
evolução, na maioria dos casos, os solos lateríticos. Tais solos têm espessuras que
podem atingir mais de 10 m e recobrem extensas zonas do Brasil Centro-Sul. São
solos de granulometria arenosa, porém, não raro, são argilosos - como é o caso das
argilas vermelhas porosas dos espigões da Cidade de São Paulo.
Um tipo de solo de natureza pedogênica são os pedregulhos latéricos - ou,
simplesmente, as lateritas - cuja importância técnica é cada vez maior, em enormes
zonas do país, para a construção de bases rodoviárias. São concreções formadas em
clima de profunda alternância de estações secas e úmidas.
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