monografiadaniel 2

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
r
Ob
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE GEOLOGIA
ap
ar
Título do Trabalho
on
aC
Processos de Alteração Hidrotermal em Rochas Ígneas e
Metamórficas e suas implicações geotécnicas:
O Estudo do caso do Túnel do Joá.
Daniel José Pontes de Campos
Orientador
Prof. Dr. Rubem Porto Jr.
Abril/2006
lta
su
Mat-200204008-5
ÍNDICE
Página
Parte I – Introdução
2
I.1 - Aspectos Gerais
2
I.2 – Objetivos
2
I.3 - Justificativa do Estudo
3
r
Ob
Parte II - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro
4
II.1 - Aspectos Litoestratigráficos
4
II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos
7
II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de
ap
11
Janeiro
Parte III – Processos de Alteração em Maciços Rochosos
III.1 - Alteração Intempérica
12
ar
III.2 - Alteração Hidrotermal
15
Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso
aC
Parte V – O túnel do Joá: Estudo de Caso
V.1 – Introdução
V.2 – Geologia
V.4 - Petrologia dos Litotipos
V.5 - Caracterização Microscópica dos Materiais de Alteração
V.7 - Utilização do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura)
Parte VI – Considerações Finais: Discussões
Parte VIII - Referências Bibliográficas
20
22
22
31
33
36
lta
V.8 - A Coloração por Bomba de Vácuo
Parte VII – Conclusões
20
su
V.6 - Relação entre Estruturas e Alteração
17
20
on
V.3 - Caracterização do Problema
12
38
46
47
49
1
ÍNDICE DE FIGURAS
Página
6
Figura 2: Mapa geológico da área
6
Figura 3: Gnaisse facoidal: estruturação dos facóides
8
Figura 4: Gnaisse facoidal: tamanho e forma dos facóides
8
Figura 5: Microclina Biotita Gnaisse: bandamento metamórfico
8
Figura 6: Microclina Biotita Gnaisse: leucossomas graníticos
8
Figura 7: Granito Utinga: assimilação de gnaisses
8
Figura 8: Granito Utinga: interação gnaisse/granito
8
Figura 9: Facóides no Microclina Gnaisse facoidal
23
Figura 10: Textura ao microscópio no Microclina Gnaisse facoidal
23
Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados
23
Figura 12: Remoção de lascas da rocha alterada
23
Figura 13: Crescimento de sericita por substituição de plagioclásio
27
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Ob
Figura
Figura 1: Mapa de localização da área
27
Figura 15: Formação de novos grãos e subgrãos de quartzo
27
Figura 16: Muscovita formada a partir da alteração de biotita
27
Figura 17: Formação de muscovita nas clivagens da biotita
27
Figura 18: Muscovita retrometamórfica isomórfica da biotita
27
Figura 19: Estrutura de foliação da muscovita retrometamórfica
27
on
aC
Figura 14: Contato côncavo/convexo nos grãos de quartzo
Figura 20: Megacristal de microclina com carbonato nas fraturas
30
Figura 21: Megacristal de plagioclásio com forte saussuritização
30
Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização
30
su
Figura 23: Crescimento de epidoto nos planos do grão de plagioclásio 30
Figura 24: Biotita com padrão “bird eyes” no início da transformação
30
Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina inalterada
30
Figura 28: K-feldspato transformado por sericitização
lta
Figura 29: Plagioclásio gerando saussuritização
32
Figura 30: Biotita sendo alterada por muscovitização
32
Figura 31: Alteração K-feldspato e plagioclásio gera Carbonatização
32
Figura 32: Biotita, anfibólio e plagioclásio gerando epidotização
32
Figura 33: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1
35
Figura 26: Biotita sofrendo processo de cloritização
Figura 27: Produção de minerais opacos por oxidação
32
32
32
2
35
Figura 35: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais
35
Figura 36: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais
35
Figura 37: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas)
35
Figura 38: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas)
35
Figura 39: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões
35
Figura 40: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões
35
Figura 41: Imagem em 3D (MEV) mascara o padrão de fraturamento
39
Figura 42: Imagem planar (MEV) realça os padrões de fraturamento
39
Figura 43: Imagem planar (MEV) realça os padrões de foliação
39
Figura 44: Imagem em 3D (MEV) realça os padrões de foliação
39
Figura 45: Fluido mostra a persistência das microfraturas
41
Figura 46: Fluido mostra a persistência das microfraturas
41
Figura 47: Fluido preenchendo espaços vazios na rocha
41
Figura 48: Espaço vazio da figura anterior sem fluido
41
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Figura 34: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1
3
Parte I - Introdução
I.1 - Aspectos Gerais
Os profissionais que atuam em problemas de túneis têm consciência da geometria
necessária às escavações subterrâneas e de suas dificuldades de alteração no traçado
de projetos, devido às descontinuidades mecânicas dos maciços rochosos.
O túnel do Joá é certamente um grande exemplo para estes problemas. Situado
r
Ob
entre as praias de São Conrado e Barra da Tijuca, o túnel teve inicialmente algumas
opções de traçados abandonadas, como descrito por Danciger & Totis (1971), pois as
mesmas atravessariam espesso conjunto milonítico já alterado além de falhas
secundárias ou, ainda, cortariam transversalmente o conjunto milonítico envolvendo rocha
ap
sã e alterada com falhas secundárias. Posteriormente o traçado escolhido atravessaria o
maciço gnáissico sem qualquer perturbação geológica, não sendo necessário um sistema
de suporte que revestiria o túnel. Quando pronto, o túnel, assumiu uma forma
perfeitamente cônica e fora das descontinuidades, isso deixou o túnel famoso na época
ar
(Figura 1).
Porem, três décadas depois o túnel começou a apresentar sérios problemas de
estabilizar o maciço escavado.
I.2 - Objetivos
on
aC
instabilidade, o que implicou na realização de necessárias ações visando controlar e
A Monografia ora apresentada trata de questões geológicas envolvidas no
"problema" túnel do Joá, focada, principalmente, nas condições e transformações
químico-mineralógicas ali acontecidas, tentando criar padrões de separação para estas
su
transformações em campos estritamente ligados a eventos geológicos (alterações
hidrotermais, retrometamorfismo) a outros de interesse mais específico no campo
geotécnico (intemperismo).
lta
De maneira mais direta, o trabalho teve por base as seguintes linhas de
abordagem:
1) caracterização mineralógica dos produtos de alteração hidrotermal presentes nos
maciços rochosos da Cidade do Rio de Janeiro tendo como exemplo o Túnel do Joá.
2) estudar a relação existente entre as estruturas geológicas existentes no maciço
rochoso e seu preenchimento por soluções hidrotermais.
3) determinar as eventuais mudanças das propriedades físicas e mecânicas dos
materiais.
4
I.3 - Justificativa do Estudo
O estudo foi estimulado a partir de freqüentes relatos de presença de alteração
hidrotermal nos Maciços Rochosos da Cidade do Rio de Janeiro. São vários os relatos de
casos onde há forte espessamento de solos coincidentes com zonas de ocorrência de
estruturas (dúcteis ou rúpteis) penetrativas. Outro fator que justifica especificamente o
trabalho dentro dos túneis da Cidade é o fato já relatado da presença de casos de
instabilidade de cortes e escavações subterrâneas influenciadas pela ação de argilas
r
Ob
expansivas produzidas por ação hidrotermal.
O Trabalho está inserido em um contexto maior no sentido de estar inserido em
programa institucional (PRONEX-PUC/RJ) na área de Geotecnia Ambiental.
lta
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aC
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ap
5
Parte II – Geologia da Cidade do Rio de Janeiro
II.1 - Aspectos litoestratigráficos
Os terrenos gnáissicos de alto grau, e de complexa história evolutiva, constituem um
verdadeiro desafio àqueles que se lançam nos estudos de caracterização petrográfica,
estrutural e litoestratigráfica das rochas neles presentes. Efeitos da partição da
deformação, processos anatéticos seguidos de migmatização regional e intrusões
r
Ob
magmáticas em estágios distintos, obliteram os elementos originais da trama. Heilbron et
al. (1998) definem o segmento central da Faixa Ribeira (onde se insere a Cidade do Rio
de Janeiro) como um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana,
profundamente erodido, com três associações de expressão regional: 1) embasamento
ap
paleoproterozóico/arqueano; 2) cobertura sedimentar deformada meso a neo-proterozóica
com episódios magmáticos, e 3) granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana
(635-480 Ma). Definem, ainda para o segmento central da Faixa Ribeira, dois diferentes
terrenos: a) margem retrabalhada do Cráton do São Francisco, definida como Terreno
ar
Ocidental, e b) Terreno Oriental, composto pelo Complexo Costeiro (ou microplaca Serra
do Mar), que possivelmente apresenta outros blocos cratônicos e/ou microplacas.
aC
Tupinambá et al. (1998) definem para o Terreno Oriental, onde se inserem as rochas do
Município do Rio de Janeiro, as seguintes associações litológicas: a) ortognaisses
tonalíticos a granodioríticos, gnaisses leucograníticos, corpos quartzo dioríticos, que
compõe o Complexo Rio Negro; b) ortognaisse granodiorítico a granítico (Batólito Serra
on
dos Órgãos) intrusivo no Complexo Rio Negro; c) rochas metassedimentares de alto grau
correspondentes a rochas do Grupo Paraíba do Sul; e d) corpos ("stocks e sills") de
rochas graníticas não foliadas. A sequência de gnaisses aqui estudada forma a maior
su
parte do Maciço da Tijuca onde se inserem as rochas estudadas. Toda a área da Cidade
foi mapeada sistematicamente por Helmbold et al. (1965) quando foram definidas duas
lta
seqüências gnáissicas principais ambas de idade Pré-cambriana, cortadas por granitóides
de idade Ordoviciana-Siluriana, diques de diabásio de idades Cretácicas-Jurássicas e
intrusivas alcalinas plutônicas e hipoabissais de idades Cretácicas-Terciárias. Segundo
estes autores, as seqüências gnáissicas integrariam duas séries distintas: a Série Inferior,
tida como de idade Arqueana, é formada por granodiorito e quartzodiorito gnaisses, com
intrusões básicas e intermediárias associadas, interpretadas como ortognaisses, sem
granada e com hornblenda e titanita como minerais característicos; a Série Superior, de
provável idade Proterozóica, é formada por paragnaisses (microclina gnaisses e
plagioclásio gnaisses da Seqüência Mista, com variações texturais marcantes, incluindo
6
os augen-gnaisses) e biotita gnaisses, kinzigitos, leptinitos, quartzitos, calcissilicáticas,
charnockitos, anfibolitos, granodioritos e quartzodioritos gnaissificados) com granada e
outros aluminossilicatos como minerais característicos.
Mais tarde, Leonardos Jr. (1973) subdividiu a Série Superior em duas seqüências
estratigráficas distintas: o Grupo Pão de Açúcar, representando uma seqüência molássica
mais antiga, composto por leptinitos, augen-gnaisses e microclina-biotita gnaisses; o
Grupo Sepetiba, representando uma seqüência mais jovem e madura, composto por
r
Ob
sedimentos pelíticos e carbonáticos além, de arenitos quartzosos metamorfisados,
respectivamente, para sillimanita-cordierita gnaisses, rochas calcissilicáticas e quartzitos.
Ambos os grupos teriam sido invadidos por granodioritos, dioritos, além de rochas máficas
(incluindo gabros) e ultramáficas, tendo sido este conjunto posteriormente deformado,
ap
metamorfisado e migmatizado.
Mais recentemente, estudos detalhados dentro da área do município do Rio de
Janeiro têm reinterpretado dados referentes a algumas destas rochas incluídas nas
seqüências paragnáissicas, descrevendo-as como ortoderivadas, bem como adicionado
ar
dados acerca do metamorfismo e deformação que afetaram os litotipos destas
seqüências.
aC
Mais restritamente na área estudada, a região entre os bairros de São Conrado e
Barra da Tijuca, as rochas predominantes são o denominado Gnaisse Facoidal e o
Microclina Biotita Gnaisse que apresentam, ambos, forte variação textural e estrutural.
Ocorrências de quartzitos, leptinitos e calcissilicáticas são ainda relatadas para a região
on
(Figura 2).
O Gnaisse Facoidal é o principal litotipo em área na região. Lamego (1945,1948)
apresentou alguns estudos geológicos sobre esta rocha, como também alguns perfis
su
regionais que caracterizavam os principais aspectos de sua estruturação. Dalcomo et al
(1981) deram a configuração atual em mapa do Gnaisse Facoidal, trabalhando na escala
1:50.000, ficando demonstrado que apesar de sua forte ocorrência na zona sul da Cidade
lta
do Rio de Janeiro havia plena continuidade de sua ocorrência para a área de Niterói e
suas adjacências. Hippertt (1987, 1990) utilizando uma escala de maior detalhe, começou
a fazer interpretações petrogenéticas do Gnaisse Facoidal e das diferentes rochas que se
associam a ele. A caracterização da Zona de Cisalhamento Dúctil de Niterói (ZCDN),
onde estruturalmente esta rocha está inserida, foi proposta após ter sido executado um
trabalho petrográfico detalhado que privilegiou as interpretações estruturais. Também
foram apresentados dados químicos para rocha total referente a este litotipo, bem como
analisados quimicamente de maneira individual seus megacristais de
7
ar
ap
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Ob
Figura 1: Mapa de localização da área (túnel do Joá no retângulo).
lta
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on
aC
Figura 2: Mapa geológico simplificado da cidade do Rio de Janeiro (Heilbron et al. 1993).
6
K-feldspato. Trata-se de um tipo gnáissico fortemente bandado, migmatizado,
caracterizado pela presença abundante de facóides de Microclina pertítica que podem
atingir até 12cm. Trata-se de um tipo de composição granítica que pode variar para
composições granodioríticas a partir do enriquecimento que pode apresentar em minerais
máficos (biotita principalmente e hornblenda eventual), (Figura 3 e 4).
Outra rocha com importante presença na área é o denominado microclina-biotita
r
Ob
gnaisse, representando, em termos de área menos de 25% dos afloramentos da região.
Os contatos entre os tipos ricos em biotita (K-feldspato-biotita gnaisse) e os mais
empobrecidos, porém ricos em facóides (gnaisse do tipo semi-facoidal) é do tipo
transicional. É fortemente bandado apresentando aspecto migmatítico.
ap
A composição mineralógica fundamental desta rocha é formada por microclina,
plagioclásio, biotita, quartzo e hornblenda (eventual), em proporções variáveis.
Tem
granulomentria grossa, com megacristais de microclina podendo atingir até 7 cm, mas
predominando aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é
ar
notável em qualquer um dos tipos texturais, sendo mais relevante nos tipos ricos em
biotita, podendo ser observado claro aleitamento entre bandas máficas e outras
aC
leucocráticas enriquecidas em plagioclásio e quartzo, com alguma microclina. Essas
bandas podem variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. Sua cor
natural varia de tons róseos/avermelhados a branco acinzentado, de acordo com as
quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado (Figura 5 e
on
6).
Como relatado, o contato do tipo estrutural semifacoidal com o microclina-biotita
ganisse é gradacional, ocorrendo um aumento expressivo de quantidade de biotita. São
su
comuns as ocorrências de "bolsões" ou de "camadas" de rocha granítica de
granulomentria grossa, rica em megacristais de K-feldspato, intercaladas às bandas de
ambos os litotipos. Trata-se da ocorrência do granito "tipo" Utinga interestratificado nos
lta
litotipos gnáissicos. Feições típicas de processo de assimilação dos litotipos gnáissicos
pelo granito são relativamente comuns (Figura 7 e 8).
II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos
O Gnaisse Facoidal tem como sua principal característica a abundante presença de
megacristais róseos de K-feldspato (microclina pertítica), podendo, entretanto, por vezes
ser branco. Estes cristais apresentam hábito é retangular/tabular, mas também ovalado.
9
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Ob
Fig 4
Fig13
3
Fig
Fig15
5
Fig
Fig 16
su
on
aC
Fig17
7
Fig
Fig
Fig18
6
lta
Fig 8
8
Pode chegar a ter 15 centímetros e apresentar, em algumas ocasiões, orientação
preferencial. Há presença de massa branca acinzentada entre os megacristais Kfeldspato, indica a presença de plagioclásio (oligoclásio/andesina), quartzo e em menor
proporção álcali-feldspato, biotita, granada, clorita, minerais opacos, zircão e apatita. O
plagioclásio tem grãos que variam de tamanho, chegando a 7 milímetros. Os grãos de
quartzo podem atingir até 13 milímetros, apresentam-se alongados por estiramento e forte
extinção ondulante, por vezes indicam recristalização. A biotita, em pequenas palhetas,
r
Ob
freqüentemente se mostra cloritizada. Ocorrem com certa freqüência no interior dos
megacristais. É em volume, a biotita, o principal máfico na rocha. A granada (almandina),
ocorre regularmente, porém com baixa concentração. Os minerais opacos estão
representados quase que exclusivamente pela magnetita, freqüentemente alterada, e por
ap
inclusões minúsculas de pirita. Possui a magnetita aspecto poiquilítico quando observada
ao Microscópio Eletrônico de Varredura. É comum se observar à presença de minerais
opacos dispostos sub-paralelamente à clivagem basal da biotita e à própria clorita, que
ocorre de forma interlamelar à biotita. Zircão e Apatita ocorrem tanto englobados na biotita
ar
quanto isoladamente. A composição química do Gnaisse Facoidal (Tabela 1) bem reflete
aos valores obtidos pela análise modal (Tabela 2).
aC
O Microclina Biotita gnaisse tem por característica apresentar forte bandamento
metamórfico denotado pela intercalação de bandas claras (feldspáticas) e escuras
(biotíticas. Sua composição modal aponta para tipos de composição granodiorítica
(Tabela 2), com equivalência entre feldspatos alcalinos e plagioclásio. Seus acessórios
on
comuns são a apatita, zircão e minerais opacos (magnetita e hematita). Quimicamente
são tipos que variam em composições de caráter intermediário (Tabela1).
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FeO*
20
16
r
Ob
Na2O + K2O (% de peso)
18
14
Tholeiítico
12
10
8
Alcalino
6
4
ap
2
Subalcalino
0
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Calcioalcalino
85
SiO2 (% de peso)
Na2O + K2O
Diagrama TAS aplicado ao
biotita microclina gnaisse
aC
Peraluminoso
15
2
5
Gabro
0
1
A/(CNK)
40
Qtz-Diorito
/Granodiorito
50
60
SiO2 (% em peso)
70
lta
Diagrama ANK/ACNK aplicado aos gnaisses
pré-colisionais
2
Granito
su
Peralcalino
10
on
Na2O + K2O (% em peso)
Metaluminoso
A/(NK)
Diagrama AFM aplicado aos gnaisses
pré-colisionais
ar
3
1
MgO
Diagrama TAS classificatório aplicado aos
gnaisses pré-colisionais
Figura 4: Diagramas de classificação do Microclina Biotita Gnaisse.
10
20
FeO*
16
14
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Tholeiítico
r
Ob
Na2O + K2O (% de peso)
18
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Alcalino
6
4
2
Subalcalino
0
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45
50
55
60
65
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35
80
Calcioalcalino
85
SiO2 (% de peso)
Na2O + K2O
Diagrama TAS aplicado aos
gnaisses sin-colisionais
Peraluminoso
15
aC
Na2O + K2O (% em peso)
Metaluminoso
A/(NK)
Diagrama AFM aplicado aos
gnaisses sin-colisionais
ar
3
2
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5
Gabro
Peralcalino
0
Diagrama ANK/ACNK aplicado
aos gnaisses sin-colisionais
2
40
Qtz-Diorito
/Granodiorito
50
60
SiO2 (% em peso)
70
su
1
A/(CNK)
Granito
on
1
MgO
Diagrama TAS classificatório aplicado
aos gnaisses sin-colisionais
lta
Figura 3: Diagramas de classificação do Gnaisse facoidal.
3
II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de Janeiro
As rochas gnáissicas, as quais são as mais antigas da cidade do Rio de Janeiro,
apresentam variadas composições, desde plagioclásio gnaisses a microclina gnaisses.
Alguns parâmetros petroquímicos para análise geoquímica indicam que esses gnaisses
são de origem magmática e que correspondem a um grupo de rochas subalcalinas, as
quais evoluíram de uma série calcioalcalina, cujo caráter é metaluminoso.
A porcentagem em sílica indica a presença de dois segmentos. O primeiro com
r
Ob
cerca de 56,94% até 62,94% de SiO2 com coríndon normativo e sem diopsídio, e um
segundo segmento com variação de 65,56% a 70,92% de SiO2 com diopsídio normativo e
ausência de coríndon. Devido à presença de hematita no primeiro caso é possível que as
rochas tenham evoluído em um ambiente no qual a fugacidade de oxigênio era elevada.
ap
As rochas graníticas estão caracterizadas por pertencerem ao magmatismo do tipo
subalcalino, com evolução para uma série calcioalcalina. Tais rochas têm caráter
metaluminoso e possuem ampla variação no conteúdo de sílica e com gaps de
composição entre 64% e 68% e 72% e 75%, os quais correspondem ao conjunto de
ar
rochas tonalíticas. Esta separação entre essas rochas em duas séries calcioalcalinas
diferentes mostra que elas não são cogenéticas. Há um intervalo de geração entre os
aC
litotipos, sendo que os tonalitos são sin-tectônicos e os granitóides pós-tectônicos. O
ambiente tectônico compressivo de arco magmático teve um relaxamento termal e deu
origem a eventos de extensão crustal.
lta
su
on
14
Parte III – Processos de Alteração em Maciços Rochosos.
III.1 - Alteração Intempérica
O intemperismo pode ser estudado sob muitos pontos de vista, tais como, processo
inicial para sedimentação, processo de formação de solo, processo de enriquecimento em
certos elementos, processo geológico de interesse em si. O nosso interesse no
intemperismo prende-se ao fato de o mesmo modificar drasticamente o comportamento
r
Ob
químico e físico das rochas. Isto importa sobremaneira à Geotecnia e mesmo a
Geomorfologia. De qualquer forma, é preciso conhecer o processo em si para se tirar
algumas conclusões sobre a influência do intemperismo nessas áreas.
Por intemperismo entendem-se os processos de desintegração e decomposição
ap
(modificação de mineralogia e química das rochas) que ocorrem na superfície da crosta,
em função do contato desta com a atmosfera ou, em parte, com a hidrosfera. Não se
inclui neste conceito o processo de erosão. Este implica remoção de partículas sólidas.
No intemperismo há remoção de substancias em solução.
ar
Intemperismo físico é o conjunto de processos que levam a fragmentação e
desintegração da rocha. Intemperismo químico é o conjunto de processos que levam à
>> Intemperismo Físico:
aC
decomposição da rocha.
a) diaclasamento: pode ter origem tectônica, no resfriamento de lavas, etc, e,
on
nestes casos, nada tem a ver com intemperismo. Entretanto, o diaclasamento, devido à
remoção de camadas sobrejacentes a uma determinada rocha, não só põe essa rocha a
descoberto, mas também libera tensões ali existentes facilitando o diaclasamento e
su
impondo um efetivo processo intempérico. Todas as rochas são elásticas, isto é,
diminuem de tamanho numa ou em todas as direções, quando comprimidas. Logo, o
pode gerar padrões de diaclasamento.
lta
alívio das tensões aos quais as rochas podem estar submetidas quando em profundidade
Na abertura de túneis, por exemplo, é possível medir o estado de tensão da rocha
pelo seu estado de deformação. A lei de Hook relaciona o estado de tensão com a
deformação σ = ε. Ε (Ε = módulo de elasticidade; σ = tensão; ε = extensão ou deformação
linear). Portanto, a deformação da rocha vai ser proporcional à carga que existe sobre ela
e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade da rocha. Uma vez liberada a
carga, essa rocha vai se expandir. Para cima, essa rocha pode se expandir livremente,
mas estará confinada lateralmente e por isso sofrera compressão paralela à superfície,
15
criando condições de fraturamento paralelo à superfície do terreno, da mesma forma que
um corpo de prova, sob uma prensa, mostra fissuras paralelas à direção de aplicação da
forca. O resultado no terreno é um fraturamento paralelo à superfície e tanto mais intenso
quanto mais próximo dela. Pronto: estão formadas as fraturas de alívio.
b) Diaclasamento devido à variação de temperatura: O mesmo efeito é atribuído a
variações diárias ou sazonais de temperatura. O aquecimento da rocha na superfície,
quando essa está exposta, cria expansão que leva a um aumento de volume no sentido
r
Ob
perpendicular à superfície do terreno e em sentido paralelo ao terreno, leva à criação de
tensões, que provocam fraturamento, da mesma maneira mecânica que a outra.
c)
Desplacamentos
devidos
à
intemperização
química
da
rocha:
Os
desplacamentos, tipos Pão de Açúcar, bastante reconhecidos na área em questão e na
ap
Cidade do Rio de Janeiro em geral, podem ser explicados pelos processos descritos, mas
também são atribuídos ao intemperismo químico. Esta interpretação, entretanto, é
discutível. Pois as rochas alteradas são menos densas que as sãs. Isto pode implicar num
lixiviamento de elementos e transformação de outros de menor peso. Porém, durante o
ar
processo de formação de matacões dentro do solo, desenvolvem-se placas esferoidais
que tendem a se destacar do núcleo central, aparentemente por expansão. Ou, ainda
aC
devido ao alívio de tensão.
d) Ação do congelamento: Quando a água penetra algum espaço vazio da rocha,
gera aumento de volume ao congelar, atuando assim como campo de tensão nos
maciços. Para o clima brasileiro esta ação é irrelevante.
on
e) Cristalização de sais dentro das rochas: Certas soluções salinas podem penetrar
nos poros ou fissuras das rochas, e após a evaporação os sais cristalizados provocam
aumento de tensão na rocha, fazendo seu volume aumentar. Este fenômeno é mais
su
comum em áreas marinhas. Bloom (1970) descreve que tais fenômenos são mais ativos
em regiões poluídas com enxofre. Neste caso, a água da chuva reage com o enxofre
formando H2SO4, que por sua vez pode formar CaSO4.6H2O após reagir com cálcio das
lta
rochas. Isto mostra como a influência da poluição pode ser decisiva para o intemperismo.
f) Secagem e umedecimento: Estes dois contribuem para ação de dois processos
que desagregam: o “slaking’ e a expansão”. Segundo Menezes e Dobereiner (1991), o
“slaking” é a desagregação de rochas pelitícas causada pela alternância de secagem e
umedecimento. Expansão: alguns minerais que absorvem água provocam um aumento de
volume na rocha, tais como argilas. Algumas rochas como basaltos, após inicio de sua
intemperização química e absorção de água, formam argilo-minerais expansíveis que se
expandem e retraem, fragmentando a rocha.
16
g) Atividade orgânica: A atividade de animais fuçadores, vermes e outros, apenas
contribuem para o intemperismo químico após a abertura de fissuras nas rochas.
>> Intemperismo Químico
a) Resistência dos minerais ao intemperismo: segundo Bowen (1928), a ordem de
cristalização dos minerais é inversa a sua resistência ao intemperismo. Bowen apresentou
as séries de cristalização mineralógica onde fica demonstrado de maneira simples a
r
Ob
evolução químico mineralógica pela qual passa o magma durante a sua cristalização.
Considerando a geração primária das rochas a partir de processos magmáticos, podemos
considerar que mesmo aquelas modificadas (sedimentares e metamórficas) atendem com
relativa precisão a estes parâmetros.
lta
su
on
aC
ar
ap
17
Como dito, os produtos de reações químicas, associados a processos de
intemperismo são inversamente proporcionais à ordem de cristalização inicial. Os
minerais secundários (fruto de modificações químicas por ação hidrotermal ou
intempérica) e certas soluções são provenientes da decomposição de alguns minerais
primários.
O tipo de argilomineral formado depende do meio, material originário e da
lixiviação. A precipitação de sílica em solução ao redor de grãos de quartzo dá bastante
r
Ob
resistência ao mineral, o que pode formar nódulos de Chert em sedimentos. K+, Ca++ e
Mg++ são fixados por minerais argilosos rapidamente consumidos pelas plantas. Já o Na+
é muito solúvel e de difícil fixação.
ap
>> Efeitos do intemperismo de interesse geotécnico:
a) Relação entre intemperismo e a resistência: o que dá resistência a rocha é o seu
grau de sanidade, principalmente para as ígneas e metamórficas, sendo possível seu uso
para todo tipo de obra. Segundo Farjallat (1972), a importância dos materiais rochosos em
ar
construção reside principalmente em quatro efeitos: diminuição de resistência com ou
sem produção de finos, variação nas características mecânicas de deformação e
variação
na
porosidade
e
permeabilidade
aC
deformabilidade,
e,
diminuição
nas
características de aderência e adesividade.
O processo de classificação do grau de alteração (Chiossi,1979) usa os termos:
racha praticamente sã, rocha alterada e rocha muito alterada. A comissão para
on
mapeamento geotécnico da AIGE propõe a seguinte classificação:
su
Classe Grau de alteração Termo
0-25
Fracamente alterado
2
25-50
Moderadamente alterado
3
50-75
Altamente alterado
4
75-100
Completamente alterado
5
100
Solo residual alterado
lta
1
b) Durabilidade das rochas: é função da velocidade de alteração sofrida pelo corpo
rochoso. O clima é fundamental para a definição da velocidade de alteração de uma
rocha, mesmo em profundidade. Exemplos são granitos de países tropicais que em
poucos anos são alterados, enquanto que rochas mobilizadas por geleiras continuam
18
praticamente sãs (Hunt, 1972). No Brasil as rochas basálticas precisam ser bem
estudadas antes de sua utilização em uma obra, pois pode não suportar as intempéries
de uma geração.
III.2 – Alteração Hidrotermal
>> Caracterização da Atividade Hidrotermal
r
Ob
O termo hidrotermal está intimamente associado à atividade de fluidos
relativamente quentes originadas por atividade magmática (ou mesmo metamórfica) ou
por atividade ígnea residual. Assim, processos hidrotermais associam-se à atividade
ígnea e envolvem águas aquecidas ou superaquecidas.
ap
A alteração hidrotermal, de rochas e minerais, é fruto da reação dos fluidos
hidrotermais, água principalmente, com as fases minerais sólidas pré-existentes. O
estágio da atividade hidrotermal está associado ao resfriamento magmático ou ao
incremento no grau metamórfico, quando são possíveis de ser acumuladas fases
ar
residuais voláteis. Os limites exatos referentes a estes estágios são variáveis e,
dependendo do autor, podem ser definidos por assembléias minerais presentes na rocha,
aC
por estimativa de temperatura, pela composição dos fluidos atuantes dentre outros.
Há ainda aquilo que se define como metamorfismo hidrotermal. Este tipo é causado
pela percolação de fluidos ou de soluções de gases aquecidos por entre fraturas e/ou
foliações e que causam mudanças de fases mineralógicas presentes. Atividades no
on
campo do hidrotermalismo associadas a padrões estruturais (zonas de cisalhamento, por
exemplo) são bastante frequentes.
Depósitos hidrotermais são agregados minerais formados por precipitação e que
su
ocorrem, principalmente, relacionados a processos de substituição mineral em planos de
fraturas, brechas, planos de falhas, espaços intergranulares. Esta atividade envolve
processos que ocorrem entre 50 e 600 graus Celsius, sendo melhor caracterizado no
lta
intervalo entre 50 e 400 graus Celsius em pressões variando entre 1 e 3Kbars. Como
resultado de sua ação, a presença de rochas em algum nível alteradas é comum.
Sua ocorrência e estudo são quase desconhecidos no ambiente da Geotecnia.
Constituem de complexos aspectos geoquímicos atuantes em transformações ocorrentes
em maciços rochosos. Alguns eventos magmáticos, metamórficos de alta temperatura,
penetração de água subterrânea em áreas profundas e zonas de cisalhamento são
capazes de gerar uma variação termal nas rochas que estão envolvidas nesses
processos. Os fluidos hidrotermais agem nas rochas através de seus condutos, brechas,
19
fraturas primárias ou secundárias, foliações, sendo esta ação dependente da
permeabilidade do maciço. Alguns elementos dissolvidos e/ou minerais produzidos
depositados sofrem ação de líquidos e soluções de alta temperatura gerando o processo
de alteração hidrotermal, o qual age diretamente na rocha e forma argilominerais através
da deposição de soluções quentes.
As diferentes composições e temperaturas do fluido têm importante papel nos
processos de alteração hidrotermal são capazes de gerar alguns dos principais
r
Ob
processos, como:
>> Cloritização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio).
>> Sericitização: atuante em minerais félsicos ricos em K (K-feldspato e Plagioclásio
alcalino)
ap
>> Saussuritização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio).
>> Muscovitização: atuante em minerais máficos (biotita) e félsicos (K-feldspato).
>> Caulinização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio e k-feldspato).
>> Epidotização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio) e félsicos (plagioclásio).
ar
>> Oxidação: atuante em minerais opacos (óxidos e sulfetos) e ocorrendo como resíduo
em alguns dos processos anteriores.
lta
su
on
aC
>> Carbonatização: atuante em minerais félsicos (K-feldspato e plagioclásio).
20
Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso do
Túnel do Joá.
Metodologia Tradicional
A metodologia tradicional de abordagem dos problemas relacionados aos aspectos
geológico-geotécnicos em túneis envolve uma série de parâmetros. Dentre os mais
r
Ob
comuns são usadas a visitação de pontos críticos, com descrição das feições dos
afloramentos e amostragem de material para análises laboratoriais de bancada (ensaios
de compressão e tensão, por exemplo) subseqüentes.
Aplicação de Novos Métodos
ap
No caso do Túnel do Joá foi possível abordar o problema sob novos parâmetros,
como por exemplo: levantamento detalhado de dados estruturais durante a realizaçào de
perfis de campo (lineações, foliações); análise do material coletado por métodos
ar
micropetrográficos, coloração de lâminas de rocha, utilização raios-X (MEV) para
determinação semiquantitativa das fases modificadas; análise semiquantitativa por viaúmida para determinação de variação do volume de H2O.
aC
Portanto, este estudo, desenvolvido ao longo dos últimos dois anos aponta
para a possibilidade de utilização de técnicas simples e de baixos custos de amplo uso na
"geologia básica" para determinação de parâmetros geotécnicos.
on
>>Descrição dos Métodos
a) Petrografia: Foi utilizada a metodologia comum aos processos de interpretação
su
petrográfica. O acervo de lâminas petrográficas realizadas especificamente para o Túnel
do Joá foi de 18 seções delgadas. Esse conjunto representa a coleta e descrição dos
tipos estudados durante a realização do trabalho. Ele compõe parte de um acervo de
lta
cerca de 80 lâminas já confeccionadas com vistas ao desenvolvimento do estudo. Todas
as lâminas foram feitas sem a utilização de lamínulas para a cobertura para que fosse
feito o estudo posterior em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). O trabalho de
produção das lâminas petrográficas foi realizado pelo Laboratório de Laminação do
Departamento de Geociências da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. À análise
das lâminas procurou-se determinar quais, e em que volume ocorriam, os minerais
coloridos, incolores, as fases acessórias, os minerais secundários, os tipos de texturas,
microestruturas, a seqüência de cristalização, finalizando-se o trabalho com a
21
classificação dos litotipos. Para tal estudo foram utilizados para estudos em luz
transmitida os microscópios Olimpus Bx-40 do Departamento de Geociências da
UFRuralRJ. O processo de classificação dos litotipos atendeu às normas do IUGS.
> Validação do Método: O processo de interpretação das texturas e estruturas ao
microscópio mostrou-se extremamente valioso, pois, além de permitir a devida
caracterização dos processos de transformações presentes, permitiu relacioná-los aos
padrões estruturais e pré-existentes.
r
Ob
b) Análise Estrutural: realizada com base no estudo das estruturas observadas nas
lâminas, permitiu que pudesse ser estabelecida uma relação entre as estruturas
geológicas persistentes neste nível de observação com o surgimento de novos materiais.
ap
> Validação do Método: a metodologia mostrou-se valiosa, pois permitiu que as estruturas
observadas previamente no levantamento de campo pudessem ser identificadas em
escala microscopia demonstrando assim a sua persistência e permitindo ainda que
fossem estabelecidos parâmetros demonstrativos da relação existente entre estas
ar
estruturas e os minerais de alteração surgidos seja no âmbito da fase residual magmática,
seja no âmbito do retrometamorfismo.
aC
c) Coloração de lâminas delgadas (petrográficas): Teve por objetivo um
“mapeamento“ da penetratividade das fraturas observando o grau de permeabilidade do
conjunto rochoso. Foi utilizado pela primeira vez no estudo das rochas da região da Grota
on
Funda, sendo aqui utilizado pela segunda vez para este tipo de abordagem. Utiliza-se
uma lâmina petrográfica sem lamínula na qual é injetado um fluido, não reagente (azul de
Ceres), pressionado por uma bomba de vácuo.
su
> Validação do Método: de fácil aplicação e de rápida e acurada resposta, o método de
coloração de lâminas permitiu definir que a observação meramente visual da rocha não é
suficiente, nem precisa, na caracterização de seus parâmetros de alterabilidade. Muitas
lta
das rochas sãs analisadas, mostraram-se mais permeáveis ao fluido do que aquelas
consideradas como alteradas, função do parâmetro microtectônico de sua petrotrama.
d) Análise semi-quantitativa por via-úmida para determinação de variação do
volume de H2O (Perda ao Fogo): Procedimentos básicos relacionados ao método: coleta,
diminuição, moagem, prensagem, primeira pesagem, secagem e segunda prensagem.
22
> Validação do Método: de fácil aplicação, rápida e acurada resposta, a medida da perda
ao fogo permitiu a caracterização do volume de água incorporada à rocha em função das
transformações mineralógicas por elas sofridas.
e) Análise por Raios -x utilizando-se de microscópio eletrônico de varredura (MEV):
Procedimentos básicos relacionados ao método: preparação de lâmina delgada,
individualização das fases a serem analisadas, obtenção de imagens e resultados
r
Ob
analíticos qualitativos e semiquantitativos.
> Validação do Método: a aplicação do método mostrou-se válida principalmente no que
diz respeito à possibilidade de confirmar, a nível submicroscópico, a perpetuação do
fraturamento imposto pelo tectonismo ao qual a rocha foi submetida. A utilização de EDS,
ap
acoplado ao exame estrutural, permite ainda estimar (semiquantitativamente) quais são
as mudanças composicionais mais significativas, bem como permite maior acurácia na
determinação do tipo de argila que preenche os planos de fraturas existentes.
ar
Outros métodos ainda poderiam vir a ser utilizados, entretanto até aqui não foram
utilizados.
aC
a) Análise espectral para determinação de porosidade da rocha: visa obter, por
métodos digitais, o valor da porosidade e permeabilidade da rocha analisada. Baseia-se
na captura de imagens petrográficas de lâminas de rocha, que podem ser submetidas a
permeação por fluidos, ou não. Capturada a imagem, ela é tratada digitalmente e um
on
software específico analisa e calcula os dados de referentes a sua porosidade e
permeabilidade. Utilização de microsonda eletrônica para determinação quantitativa das
fases modificadas visa a obtenção da composição química, em valores absolutos, das
su
fases minerais presentes na rocha. É possível assim, obter-se uma definição de alta
acurácia dos processos modificadores da rocha, bem como o tipo de substituição
elementar acontecida.
lta
b) utilização de microsonda eletrônica: este método não foi até aqui utilizado,
entretanto entendemos ser pertinente a sua utilização, haja visto a possibilidade de
obtermos a baixo custo informações precisas sobre a composição das fases minerais em
todas as etapas de suas transformações.
23
Parte V – O Túnel do Joá: Estudo de Caso
V.1 - Introdução
Com inauguração na década de 70, o túnel do Joá, o qual não possui revestimento,
assim como outros quatro do município do Rio de Janeiro, registrou seus primeiros
acidentes em 1995. Alguns blocos de, aproximadamente, 2m3 de volume começaram a
ceder, chocando-se com veículos. Portanto, a partir desta constatação foram realizados
estudos geo-estruturais, que evidenciaram diferenças nas características do maciço assim
r
Ob
como descrito em Danciger & Totis (1971).
O gnaisse facoidal é a rocha que compõe, praticamente, todo o maciço rochoso
onde o tunel está instalado. Esta rocha possui, interdiogitada, bandas eventualmente ricas
em biotita, veios pegmatíticos e finos diques de diabásio, além de estruturas
ap
anteriormente não descritas como xistosidade subhorizontal, que as vezes concordam
com fraturas, formando lascas subhorizontais. Há também zonas cisalhadas e alteradas
com fluxo de água, em parte alteradas, com duas ou mais famílias de fraturas conspícuas,
com espaçamento de 1mm a 5mm.
ar
Após mais acidentes, incluindo um com vítima, foi contratada uma empresa para
remoção dos blocos iminentes a cair. Além disso, foi realizado estudo sobre as
aC
características geológicas do túnel principalmente aquelas ligadas a fatores como
estruturação e alteração hidrotermal primária.
V.2 - Geologia
on
Após mapeamento do maciço rochoso, geólogos indicaram quais blocos deveriam
ser removidos, caracterizando o grau de alteração das rochas. Nesta etapa foram
coletadas amostras para descrição petrográfica macroscópica e microscópica.
su
As rochas que compõem o túnel do Joá são gnáissicas, migmatíticas, com
composição granodiorítica a granítica. Os minerais constituintes principais são: microclina,
lta
plagioclásio, biotita, quartzo, hornblenda e alguma granada. Há predominância de
minerais feldspáticos, mas também ocorrem litotipos ricos em minerais máficos.
A rocha predominante é um litotipo rico em facóides de microclina, e mais
eventualmente de plagioclásio, que caracterizam o denominado gnaisse facoidal (Figura
9). A composição mineralógica fundamental, a qual pode ser identificada à vista
desarmada, é formada por microclina, plagioclásio, biotita, quartzo, com hornblenda e
granada eventual. As proporções relativas aos minerais são variáveis, entretanto, sempre
com predominância volumétrica dos minerais feldspáticos.
24
Trata-se de rocha inequigranular, com granulometria da matriz de tamanho médio e
megapórfiroblastos grossos (facóides) de microclina de até 7 cm, predominando,
entretanto, aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é notável
em qualquer um dos tipos, sendo mais relevante nos tipos em que a matriz é rica em
biotita. É evidente o aleitamento entre bandas máficas enriquecidas em biotita e outras
félsicas enriquecidas em plagioclásio, quartzo e microclina. Dispersos na matriz é que se
encontram os megaporfiroblastos de microclina. Essas bandas (máficas/félsicas) podem
r
Ob
variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. A cor natural dos litotipos
varia de tons róseos / avermelhados a branco acinzentados, de acordo com as
quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado.
O estudo ao microscópio atendeu às características gerais de observações que
ap
devem ser feitas quando do estudo deste tipo de rocha. Assim, foram realçadas as
características relacionadas aos aspectos gerais da textura, da granulação e das
estruturas penetrativas (Figura 10).
Além disso, foi feito um cuidadoso estudo dos processos de alterações
ar
mineralógicas que puderam ser identificados, fossem eles associados a padrões
estruturais, à atividade hidrotermal, ou mesmo de alteração intempérica.
aC
Com relação a processos de alteração intempérica, pode ser afirmado que, tendo
em vista a amostragem feita e estudada, os mesmos não tem pertinência, não havendo
sido encontrado nenhum tipo de transformação mineral que pudesse ser associada, de
maneira objetiva, a este tipo de processo.
on
Com relação às transformações hidrotermais, já se tem um padrão diferente. São
várias as transformações minerais que a este tipo de processo puderam ser relacionadas,
sendo algumas condicionadas por estruturas tectônicas e outras a processos
su
metamórficos e magmáticos.
Para apresentar estes padrões de transformação optou-se aqui por apresentar a
descrição completa de lâmina delgada de todas as litologias representativas do interior do
lta
túnel, sendo realçadas as informações pertinentes a estas alterações.
Quanto a transformações relacionadas intrinsecamente a padrões estruturais,
puderam ser identificadas, desde aquelas referentes a processos de preenchimento de
microfraturas em minerais e em planos persistentes à rocha, quanto àquelas relacionadas
a processos de recristalização no estado sólido relacionadas aos cisalhamentos D3. As
relações entre os processos estruturais e os minerais de alteração surgidos também
serão aqui analisadas. Ao microscópio as amostras estudadas têm os seguintes minerais
formados por alteração hidrotermal: carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e
25
argilo-minerais. Eles são frutos processos magmáticos e metamórficos em estruturas
tectônicas. As características ópticas dos minerais também se alteram deixando claro a
ação dos processos hidrotermais. A ação do intemperismo não foi encontrada nas rochas
do maciço e por isso é irrelevante neste caso.
V.3 - Caracterização do Problema
A despeito do largo predomínio de faixas do maciço rochoso composto por rocha
r
Ob
gnáissica sã, observa-se nitidamente um material de alteração preenchendo algumas
descontinuidades estruturais – particularmente das bandas de cisalhamento - estes
minerais secundários têm aspecto sedoso e à vista desarmada foram caracterizados
como uma mistura de clorita e argilo-minerais.
ap
A sua principal característica é, ao bordejar fragmentos de tamanhos diversos -
compostos pela matriz de quartzo e microclina inalterados - modificar substancialmente o
perfil de rugosidade das fraturas, tal como mostrado na (figura 11), conferindo-lhes uma
resistência ao cisalhamento qualitativa muito baixa.
ar
Foi justamente em locais onde estas faixas ocorrem que aconteceram as quedas
de blocos e lascas rochosas associadas aos acidentes de 1995, 2001 e 2002, tal como
golpe do martelo.
V.4 – Petrografia dos Litotipos
on
aC
mostrado na (figura 12). Nelas observa-se que a remoção de lascas se dá ao simples
As características observadas a partir das amostras coletadas e do estudo ao
microscópio (lãminas petrográficas) pode ser resumida para cada um dos litotipos
principais.
Macroscopia:
lta
su
>> Microclina Gnaissse (Gnaisse Facoidal)
Trata-se de um litotipo de cor cinza róseo, leuco a mesocrático, bandado,
semifacoidal a facoidal, com grãos de microclina e plagioclásio realçados em uma matriz
rica em biotita e plagioclásio. A rocha não mostra sinais de transformação intempérica. É
um litotipo fortemente estruturado com bandamento gnáissico bem definido. Fitas de
quartzo podem representar um evento deformacional distinto daquele que determinou o
arranjo da foliação.
26
ap
r
Ob
Fig 10
12
Fig 16
su
Fig15
11
Fig
on
aC
ar
Fig13
9
Fig
Figura 9: Facóides de microclina e de plagioclásio no Microclina Gnaisse facoidal.
lta
Figura 10: Caracterização da textura ao microscópio do Microclina Gnaisse facoidal.
Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados de microclina e quartzo (litotipo gnáissico)
Figura 12: Remoção de lascas, por golpes de martelo, devido a alteração que a rocha sofreu.
27
Microscopia:
A rocha apresenta como característica principal um forte padrão de deformação,
marcado por padrões de recristalização mineral e pela imposição de forte bandamento
gnáissico, individualizado a partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas,
com predominância daquelas de características félsicas, em um proporção de volumétrica
3 para 1.
A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio,
r
Ob
quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita e minerais opacos como
acessórios principais e carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e argilo-minerais
como produtos de alteração secundária, induzidos por retrometamorfismo, ação
hidrotermal e deformação dinâmica.
ap
Do ponto de vista da separação das bandas félsicas e máficas, as félsicas se
constituem de microclina, plagioclásio, quartzo e muscovita, enquanto a máfica se
constitui essencialmente de biotita e demais minerais acessórios.
A microclina ocorre em cristais de granulação grossa, geminados por Tartan, mas
ar
com geminação perdida no centro dos grãos. Mostra-se estirada tendo caráter xeno a
hipidioblástico, com hábito quadrático a tabular, em grãos em geral límpidos podendo,
aC
entretanto apresentarem-se fraturados, sendo estas fraturas preenchidas por material
carbonático e sericítico. Os grãos de microclina, por seu volume e tamanho, controlam o
padrão estrutural da banda, com os demais minerais adequando-se a sua presença.
O plagioclásio apresenta grãos xenoblásticos, intensamente transformados
on
(saussuritizados) podendo este processo ser de intensidade tão forte que alguns grãos
perdem as propriedades óticas inerentes ao plagioclásio propriamente dito. As
substituições mais visíveis são pelo crescimento de muscovita (mica branca) (Figura 13) e
su
epidoto. A transformação dos grãos se dá preferencialmente a partir de feições estruturais
inerentes à cristalização do plagioclásio, preferencialmente a partir de planos de
geminação (Carlsbad e Lei da Albita) e pelos planos de clivagem. A granulação do
lta
plagioclásio varia de média (grãos da matriz da rocha) a grossa (megapórfiros), com grão
de hábito tabular a colunar. A geminação presente é controlada pela Lei da Albita, mas
geminação por Carlsbad também ocorre. Quanto maior o grau de alteração no grão
menos identificável é a geminação. Os grãos mostram-se levemente estirados ao longo
do plano da foliação da rocha, apresentando, por vezes, deformação das lamelas de
geminação.
O quartzo ocorre em proporção similar a do plagioclásio. São grãos xenoblásticos,
límpidos, intensamente deformados, com terminações cominuídas no padrão côncavo28
convexo, que sofreram evidente processo de deformação dinâmica que pode ser
caracterizada pela presença de "ribbons" de extinção ondulante constante e presença de
subgrãos e novos grãos (Figura 14 e 15).
A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom
intensa, pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São de
granulação média e mostram-se transformados, por vezes totalmente substituídos, por
fases tardias como clorita e muscovita. Pode formar pequenos agregados com as fases
r
Ob
acessórias (apatita, zircão e minerais opacos).
As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha.
As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação
mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.
ap
A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita.
Os grãos de muscovita surgem através de três processos: 1) alteração hidrotermal do
plagioclásio; 2) alteração hidrotermal da biotita; e 3) crescimento retrometamórfico.
A muscovita que cresce por ação hidrotermal no plagioclásio é fruto da
ar
intensidade de transformação sofrida pelos grãos feldspáticos durante o processo de
deformação dúctil ao qual a rocha foi submetida. Tal processo implica na migração de
aC
fluidos de forma intercristalina, fazendo com que fases menos estáveis a estas condições
sofram processos de transformação por eles induzidos. Assim, há a tendência do grão de
plagioclásio se transformar, inicialmente de maneira pontual, em minerais como mica
branca (ilita -> sericita -> muscovita); carbonato (em geral cálcico -> calcita) e epidoto. O
on
que definirá a presença de grãos individualizados de cada uma dessas fases secundárias
é a intensidade do processo. Assim, pode ser afirmado para o caso da amostra estudada,
que a presença de grãos individualizados de muscovita surgidos às expensas do
submetida (Figura 16).
su
plagioclásio, aponta para uma intensidade alta do processo hidrotermal ao qual a rocha foi
A muscovita que surge da alteração hidrotermal da biotita atende aos mesmos
lta
preceitos relacionados àquelas relacionadas aos grãos de plagioclásio e descritos acima
(Figura 17). Como marcador deste processo há evidências de crescimento de muscovita a
partir dos planos de clivagem da biotita. Evidentemente que planos, quaisquer que sejam
eles, existentes previamente nas fases minerais primárias, serão caminhos naturais para
a percolação dos fluidos relativos ao hidrotermalismo sofrido pela rocha.
A muscovita que surge por ação retrometamórfica é caracterizada por grãos de
granulação média, bem individualizados, com características óticas bem definidas. Eles
surgem pela substituição (isomorfismo) total de fases preexistentes, ou pelo seu
29
crescimento primário a partir de fases previamente formadas e total ou parcialmente
desestabilizadas. Com isso temos a geração de grãos límpidos e com hábito tabular
característico (Figura 18).
É importante que seja ressaltado que um padrão estrutural superimposto à rocha
com truncagem da foliação e relacionado à presença de planos de cisalhamento de
baixos ângulos, pode ser marcado ao microscópio pelo crescimento ordenado dentro
destes planos de grãos de muscovita primárias (retrometamórfica) (Figura 19).
r
Ob
As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais
restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo finos planos de
fraturamento em microclina. Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os
grãos de microclina não foram, de maneira significativa transformados por qualquer
ap
processo. Pode ser observado ainda crescimento de carbonato às expensas do
plagioclásio. Epidoto surge também da alteração do plagioclásio, mas em volume restrito.
Outro marcador importante para processos de alteração nesta rocha é a presença de
clorita. Este mineral está associado tanto a processos de caráter hidrotermal quanto
ar
àqueles de caráter retrometamórfico e a individualização a partir do estudo dos grãos
mostrou-se difícil neste caso. Fundamentalmente, tem-se o crescimento de clorita às
aC
expensas de biotita, com o surgimento dos grãos de clorita se dando a partir dos planos
de clivagem da biotita. O único fator de separação entre os processos é o fato de que
quando a substituição se dá de forma total (isomórfica) esta deve ser entendida como
associada a retrometamorfismo, enquanto que quando a substituição é parcial, tanto
on
processos hidrotermais quanto o próprio retrometamorfismo podem ser os causadores.
su
Processo
Transformação Observada
Observado
Intensidade
Muscovitização: plagioclásio --> muscovita
lta
Epidotização: plagioclásio --> epidoto
médio
Carbonatização: plagioclásio --> carbonato
médio
Biotita --> Clorita
médio
Biotita --> Muscovita
médio
Plagioclásio --> Sericita
médio
Plagioclásio --> Muscovita
médio
Sericitização: microclina --> sericita
Retrometamórfico
intenso
Cloritização: biotita --> clorita
biotita --> muscovita
Hidrotermal
Grau de
plagioclásio --> sericita
médio
fraco
intenso
médio
30
Fig 14
ar
ap
r
Ob
Fig 13
Fig 15
Fig 16
aC
3
Fig 17
su
on
3
Fig 18
lta
Fig 19
21
Do ponto de vista da observação microestrutural, são evidentes as presenças de
planos de foliação determinados pelo embricamento de grãos de microclina e de
plagioclásio, bem como pelo arranjo planar das biotitas. Grãos de quartzo ocorrendo
como "ribbons" ao longo do plano da foliação sugere intenso processo de recristalização
no estado sólido induzido, talvez, pelos cisalhamentos D3. Microfraturas em grãos de
microclina são indicativos de atuação de D4 (deformação rúptil). Planos de transposição
assinalados pelo preenchimento dos mesmos por material sericítico e por muscovita,
r
Ob
aponta para a uma relação temporal entre o retrometamorfismo e os planos de
cisalhamento D3.
>> Microclina Biotita Gnaisse (Gnaisse Semi-Facoidal)
ap
Macroscopia:
A amostra corresponde a um litotipo de cor cinza rosado, leucocrático, bandado,
semifacoidal a facoidal. Os grãos de microclina e plagioclásio estão realçados em uma
ar
matriz rica em biotita. A rocha é não mostra processos de alteração intempérica
evidentes. É um litotipo que apresenta forte estruturação com bandamento gnáissico bem
bandas félsicas e máficas.
Microscopia:
on
aC
definido e cisalhamentos de baixo ângulo marcado principalmente na interface entre as
A observação geral ao microscópio aponta como característica principal para a
amostra um forte padrão de deformação, marcado por feições de recristalização mineral,
pela presença de forte bandamento gnáissico e de planos de cisalhamento marcados pelo
su
alinhamento de grãos recristalizados. O bandamento gnáissico está individualizado a
partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas, com predominância das
bandas félsicas, em uma proporção de volumétrica de 2 para 1.
lta
A presença de facóides de microclina e de grãos grossos de plagioclásio, por
vezes, mascara alguns padrões texturais presentes.
A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio,
quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita, titanita e minerais opacos como
acessórios principais. Carbonato, muscovita, sericita, ilita, clorita e argilo-minerais são os
produtos de alteração secundária induzidos por retrometamorfismo, ação hidrotermal e
deformação dinâmica.
32
A microclina ocorre em cristais de granulação grossa (semi-facóides), com
geminação difusa no padrão Tartan, variando para grãos médios presentes na matriz. Os
grãos são alongados e levemente estirados de caráter xenoblástico. Tem hábito tabular,
em grãos em geral límpidos com raras inclusões. São controladores do padrão estrutural
da rocha. Mostra-se fraturado com as fraturas estando preenchidas por material
carbonático (Figura 20).
O plagioclásio apresenta grãos xeno a hipidioblásticos, muito saussuritizados
r
Ob
(Figura 21) ou não (Figura 22), sendo estes últimos representantes de fases de
crescimento tardio talvez concomitante ao metamorfismo principal. As substituições no
plagioclásio mais evidentes são marcadas pelo crescimento de muscovita (mica branca) e
epidoto (Figura 23) a partir do preenchimento de planos de clivagem mineral e/ou de
ap
geminação.
O quartzo ocorre em proporção menor que a do plagioclásio. São grãos
granoblásticos, límpidos, deformados, com terminações cominuídas ou corroídas e que
preferencialmente preenchem espaços intergranulares, marcando o seu crescimento
ar
como tardio.
A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom
aC
intensa, fortemente pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São
de granulação média e mostram-se pouco transformados, predominando apenas o padrão
conhecido como "birds eyes" que caracteriza o início do processo de transformação pela
entrada de água nos retículos de sua estrutura (Figura 24).
on
As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha.
As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação
mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.
su
A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita,
porém em grãos não tão desenvolvidos. Os grãos de muscovita, neste caso, surgem
fundamentalmente pela alteração hidrotermal do plagioclásio.
lta
As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais
restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo fraturas em
microclina (Figura 25). Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os grãos de
microclina não foram transformados por qualquer um dos processos identificados.
33
Fig 21
aC
ar
ap
r
Ob
Fig 13
20
Fig 22
3
Fig 23
su
on
3
Fig 24
lta
1
Fig 18
Fig 25
Figura 20: Megacristal de microclina com preenchimento de material carbonático nas fraturas.
Figura 21: Megacristal de plagioclásio com evidente saussuritização.
Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização.
Figura 23: Substituição do plagioclásio por crescimento de epidoto nos planos do grão.
Figura 24: Biotita com padrão “bird eyes”, marcando o início da transformação da rocha.
Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina (inalterada).
34
Processo
Transformação Observada
Grau de
Observado
Intensidade
Muscovitização: plagioclásio --> muscovita
médio
biotita --> muscovita
fraco
Sericitização: microclina --> sericita
Hidrotermal
plagioclásio --> sericita
médio
Cloritização: biotita --> clorita
fraco
Epidotização: plagioclásio --> epidoto
fraco
Carbonatização: plagioclásio --> carbonato
médio
microclina --> carbonato (preenchimento)
médio
Biotita --> Clorita
fraco
Biotita --> Muscovita
fraco
Plagioclásio --> Sericita
médio
Plagioclásio --> Muscovita
médio
r
Ob
Retrometamórfico
ausente
ap
Do ponto de vista da observação microestrutural, há um evidente controle imposto
pela foliação (bandamento gnáissico), bem como pela presença de cisalhamentos que
ar
induziram a penetração de fluidos que atuaram nos processos de transformação, tanto
hidrotermal, quanto retrometamórficos. Pode ser dito ainda que a parte do conjunto
aC
amostrado mais transformada é aquela que se relaciona à presença de planos de
cisalhamento, catalisadores da transformação por permitirem aporte de fluidos ao local.
Ao microscópio a rocha deve ser classificada como um microclina biotita gnaisse
semifacoidal.
on
V.5 Caracterização ao Microscópio dos Materiais de Alteração
su
A principal característica das amostras analisadas é a presença de minerais
secundários - carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e argilo-minerais - formados
por alteração hidrotermal - retrometamorfismo, ação hidrotermal e deformação dinâmica –
lta
controlada por estruturas tectônicas e processos metamórficos e magmáticos.
Secundariamente destaca-se o forte padrão de deformação das rochas, marcado por
intensa recristalização mineral, na qual os grãos xenoblásticos e límpidos de quartzo
exibem "ribbons" de extinção ondulante constante e presença de subgrãos e novos grãos.
A alteração hidrotermal está relacionada intrinsecamente ao material de
preenchimento de microfraturas dos minerais principais e dos planos de descontinuidades
estruturais (bandas de cisalhamento e fraturas), tal como indicado nas figuras 26, 27, 28,
29, 30, 31 e 32.
35
Fig 27
ar
ap
r
Ob
Fig 26
Fig 28
Fig 29
su
on
aC
Fig 30
Fig 31
lta
Fig 32
36
O preenchimento das microfraturas atinge particularmente a microclina nos seus
grãos fraturados – com carbonato e sericita – e o plagioclásio nos seus grãos
xenoblásticos – com saussurita. Estes últimos perderam as suas propriedades óticas
inerentes, sendo substituídos pelo crescimento de muscovita (mica branca) e epidoto a
partir de feições estruturais inerentes à cristalização - planos de geminação e de
clivagem. O preenchimento também atinge a biotita - grãos transformados encontram-se,
por vezes, totalmente substituídos por fases tardias como clorita e muscovita.
r
Ob
Já o material de preenchimento das descontinuidades estruturais está associado
fundamentalmente ao forte padrão estrutural superimposto à rocha, marcado pela
truncagem da foliação e pela presença de planos de cisalhamento de baixos ângulos, nos
quais crescem ordenadamente grãos de muscovita e clorita por ação retrometamórfica.
ap
Enquanto a muscovita é caracterizada por grãos de granulação média, bem
individualizados, com características óticas bem definidas, formada a partir da
substituição (isomorfismo) total de fases preexistentes, ou pelo seu crescimento primário
a partir de fases previamente formadas e total ou parcialmente desestabilizadas, a clorita
ar
é formada por substituição total isomórfica, a partir dos planos de clivagem da biotita.
Com relação a processos de alteração intempérica, pode ser afirmado que, tendo
aC
em vista a amostragem feita e estudada, os mesmos não tem pertinência, não havendo
sido encontrado nenhum tipo de transformação mineral que pudesse ser associada, de
maneira objetiva, a este tipo de processo.
on
V.6 - Relação entre Estruturas e Alteração.
Durante a execução da pesquisa ficou evidenciada a existência de uma relação
su
direta entre a presença de estruturas geológicas primárias e os processos de alteração.
Objetivamente, foi definido que os principais produtos de alteração existentes nas rochas
examinadas não se associavam a qualquer processo de intemperismo (a não ser as
lta
fraturas de alívio superficiais). Todas as alterações observadas associavam-se a
processos de fase residual do processo de cristalização magmática (fase hidrotermal resfriamento do magma) ou a processos de retrometamorfismo.
É importante caracterizarmos o ambiente de formação destas rochas para que
fique clara a existência entre sua formação magmática (são rochas ortoderivadas) com a
propagação dos efeitos da estruturação do Orógeno Brasiliano. Trata-se de rochas
associadas aos processos iniciais de estabelecimento e deformação do referido Orógeno,
37
e sendo assim foram submetidas a todos os esforços inerentes ao processo evolutivo de
uma Orogenia.
> Caracterização das estruturas principais: a estrutura majoritária presente na fase D1 é o
bandamento tectônico S1, com ângulos baixos e mergulhos geralmente para SSE/SSW
(Figura 33 e 34). A segunda fase D2 com alto grau de deformação dúctil gera zonas de
cisalhamentos locais e algumas de empurrões, sendo que, ela é simultânea às condições
atuantes do metamorfismo primário (M1). Também se iniciou um conjunto de dobras
r
Ob
assimétricas, recumbentes a reclinadas, apertadas a isoclinais, e de superfícies e eixos
axiais com diversos caimentos em todos os quadrantes. A foliação S1 foi transformada
em S2 durante este evento (Figura 35 e 36). A terceira fase D3 de posterior metamorfismo
(M2) a qual foi regida sob regime tectônico rúptil-dúctil, foi capaz de criar dobras normais,
ap
suaves e abertas, as quais se associam a cisalhamento com direção NW sinistrais (Figura
37 e 38). O regime de deformação rúptil que caracterizou a fase D4 tem caráter
extensional, sendo o processo que atual na reativação de algumas estruturas de D3.
Durante esta última fase houve a geração de fraturas subverticais com direção
ar
preferencial NW, e localmente estas fraturas se associam a zonas de brechas fortemente
silicificadas. Intrusões de diabásios, fonolitos e traquitos posteriores a deformação
toda área (Figura 39 e 40).
lta
su
on
aC
preenchem as fraturas e cortam as seqüências gnáissicas, assim como os granitos de
38
Fig 34
ar
ap
r
Ob
Fig 33
Fig 35
Fig 36
su
on
aC
Fig 37
Fig 38
lta
Fig 39
Fig 40
39
V.7 - A Utilização do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura)
O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um equipamento capaz de produzir
imagens de alta ampliação (até 300.000 x) e resolução. As imagens fornecidas pelo MEV
possuem um caráter virtual, pois o que é visualizado no monitor do aparelho é a
transcodificação da energia emitida pelos elétrons, ao contrário da radiação de luz a qual
estamos habitualmente acostumados.
r
Ob
O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons
por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma
diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 KV. Essa variação de voltagem permite
a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A
parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente
ap
os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A
correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os
feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons
ar
antes dos elétrons atingirem a amostra analisada.
aC
>> Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-X - EDS
O que é o EDS? O EDS (energy dispersive x-ray detector, EDX ou EDS) é um
acessório essencial no estudo de caracterização microscópica de materiais. Quando o
feixe de elétrons incide sobre um mineral, os elétrons mais externos dos átomos e os íons
on
constituintes são excitados, mudando de níveis energéticos. Ao retornarem para sua
posição inicial, liberam a energia adquirida a qual é emitida em comprimento de onda no
espectro de raios-x. Um detector instalado na câmara de vácuo do MEV mede a energia
su
associada a esse elétron. Como os elétrons de um determinado átomo possuem energias
distintas, é possível, no ponto de incidência do feixe, determinar quais os elementos
sendo observado.
lta
químicos estão presentes naquele local e assim identificar em instantes que mineral está
O diâmetro reduzido do feixe permite a determinação da composição mineral em
amostras de tamanhos muito reduzidos (< 5 µm), permitindo uma análise quase que
pontual. O uso em conjunto do EDS com o MEV é de grande importância na
caracterização petrográfica e estudo petrológico nas geociências e aqui apontamos
também para o seu potencial uso na área de Geotecnia.
40
Enquanto o MEV proporciona nítidas imagens, o EDS permite sua imediata
identificação. Além da identificação mineral, o equipamento ainda permite o mapeamento
da distribuição de elementos químicos por minerais, gerando mapas composicionais de
elementos desejados. A importância do sistema MEV-EDS na caracterização petrológica
tem sido amplamente empregada na caracterização de minérios, sendo a sua grande
vantagem a observação direta de bordas ou contornos de grãos (ou em seções polidas), e
na
caracterização
de
porosidade
inter e
intragranular.
Realçamos
que
estas
r
Ob
características são também tremendamente importantes quando do estudo aqui realizado
onde se tenta relacionar a existência de padrões estruturais com o surgimento de novas
fases minerais.
Bordas de grãos são locais onde se concentram um grande número de defeitos
ap
cristalinos. Nessas regiões estão presentes grandes números de poros e estruturas
resultantes da atuação de diversos processos no agregado policristalino, incluindo os
processos de deformação e metamorfismo e processos resultantes da exposição do
ar
mineral aos agentes atmosféricos (intemperismo). Determinar as feições, atribuindo-as a
cada processo específico, ou seja, caracterizar as microestruturas e identificar seus
mecanismos formadores é um passo fundamental para se conhecer e determinar padrões
aC
associados ao surgimento de uma nova fase mineral.
Um outro aspecto importante nesta caracterização é a determinação de sua
composição química da fase mineral. Os MEVs equipados com detectores de energia
on
dispersiva de raios-x (Energy Dispersive x-ray Spectrometer - EDS) são de fundamental
importância na determinação da composição das fases minerais. Com o SEM-EDS, é
possível determinar a composição química pontual das fases minerais que compõem o
su
minério, constituindo o EDS ferramenta indispensável na caracterização e distribuição
espacial de elementos químicos. Elementos como Al, P, Mn, entre outros contaminantes
podem muitas vezes estar presentes em fases minerais de tamanho muito reduzido, o
lta
que torna impossível sua identificação em microscopia ótica, ou por métodos de análises
químicas de rocha total.
>> Difração de Elétrons Retroespalhados
Funcionamento: O EBSD (Electron Backscattering Diffraction) é uma técnica que
consiste em colocar uma amostra com superfície perfeitamente plana inclinada a 70º com
o feixe de elétrons incidente. Os elétrons retroespalhados geram um padrão de difração,
41
que aparece na forma de raias (raias de Kikuchi), que pode ser visualizado em um
monitor de vídeo junto com a imagem SEM do local de incidência do feixe.
Utilização: O EBSD vem sendo amplamente utilizado na caracterização
microestrutural de agregados policristalinos de qualquer natureza. Seu emprego permite a
determinação de orientações de qualquer plano ou direção cristalográfica em regiões
muito pequenas (dependendo da largura do feixe elétrons do MEV) ou em todo o
r
Ob
agregado cristalino. O EBSD, usado em conjunto com o EDS, permite a identificação de
qualquer material cristalino a partir dos elementos constituintes, da simetria e dos
parâmetros do retículo cristalino.
>> A Utilização no estudo: infelizmente no momento em que foi possível a execução das
ap
análises no microscópio eletrônico de varredura (MEV) o aparelho de EDS a ele
associado encontrava-se com problemas tendo produzido resultados não aproveitáveis.
Assim, a parte referente a este método ficou focada na obtenção de imagens a partir de
observações obtidas com elétrons secundários e com elétrons retroespalhados. A
ar
comparação dentro do conjunto obtido apontou para algumas surpresas.
Por exemplo, era esperado que as imagens obtidas por SE (elétrons espalhados)
aC
que nos permite ter uma visão tridimensional do objeto de estudo, fosse nos proporcionar
facilidades para o exame da pertinência dos padrões estruturais em escalas bem
pequenas quando comparadas a imagens obtidas por elétrons retroespalhados (BSE) que
nos permite a observação em escala bidimensional. Não foi o que observamos. Do ponto
on
de vista da observação das estruturas o padrão SE (3D) apesar de permitir imagens com
maior nitidez "esconde" as estruturas justamente por apresentar os minerais em imagens
tridimensionais. Assim, minerais de hábito micáceo, por exemplo, tendem a "cobrir" as
su
microestruturas associadas às rochas, enquanto que as imagens do tipo (BSE) as
realçam já que são imagens planares (Figuras 41,42, 43, 44).
lta
42
ap
r
Ob
Fig 41
Fig 42
Fig 17
on
aC
ar
43
Fig 15
44
Fig 16
Fig 41: Imagem SE (Eletrons Secundários). Imagem em 3D acaba por mascarar po padrão de
Fig 18
su
fraturamento (MEV DSM 960 10 KV. Aumento de 500x.)
Fig 42: Imagem BSE (Eletrons Retroespalhados) Imagem planar onde são realçados os
lta
padrôes de fraturamento (MEV DSM 960 10 KV. Aumento 500x). Obs: mesma imagem anterior.
Fig 43: Imagem BSE (Eletrons Retroespalhados) Imagem planar onde são realçados os
p a d r ô e s d e f o l i a ç ã o d a r o c h a ( M E V D S M 9 6 0 1 0 K V. A u m e n t o 1 5 0 0 x ) .
Fig 44: Imagem SE (Eletrons espalhados) Imagem tridimensional onde são realçados os
padrôes de foliação da rocha (MEV DSM 960 10 KV. Aumento 1500x). Obs: mesma imagem anterior..
43
V.8 - A Coloração por Bomba de Vácuo
Utilizando-se de lâminas petrográficas sem lamínula, pode ser caracterizada a
pertinência das estruturas geológicas em escalas microgranulares. O objetivo foi
obtermos um “mapeamento“ da real penetratividade das estruturas/fraturas caracterizadas
nas observações em afloramento e amostras de mão, observando o grau de
permeabilidade/penetratividade de fluidos, submetidos a uma certa pressão, no conjunto
rochoso. Foi utilizado pela primeira vez no estudo das rochas da região da Grota Funda.
r
Ob
Para a obtenção dos resultados foram utilizadas lâminas delgadas sem lamínula nas
quais foi injetado um fluido, não reagente (azul de Ceres), pressionado por uma bomba de
vácuo. O experimento foi realizado nas dependências do Laboratório de Geotecnia do
DG/UFRJ. Como resultados foi possível obter padrões de disseminação dos fluidos na
ap
grade granular, que, inicialmente, eram absolutamente imperceptíveis. Mostrou de
maneira afirmativa que o fato da rocha apresentar-se como sã em afloramentos, segundo
os padrões geotécnicos, não quer dizer que ela esteja imune a participar de processos de
detonação de movimentos, pelo fato dela ter associada a sua formação primária, uma
ar
série de "cicatrizes" que podem servir como detonadoras iniciais de acontecimentos
geotécnicos. (Figura 45, 46, 47, 48).
lta
su
on
aC
44
ap
r
Ob
Fig 46
Fig 48
su
Fig 47
on
aC
ar
Fig 45
Figura 45 e 46: preenchimento das microfraturas, através da injeção do fluido azul de Ceres
mostrando
a
persistência
das
fraturas
em
nível
microscópio.
lta
Figura 47 e 48: grandes espaços foram preenchidos pelo fluido, onde poderia haver uma
interpretação
equivocada
de
presença
de
outro
mineral.
45
Parte VI – Considerações Finais
Discussão
No início dos estudos, a expectativa era de que grande parte dos problemas de
instabilidade no interior do túnel, completando em 2002 mais de 30 anos, devia-se à
influência do tempo de auto-sustentação em escavações não revestidas e às alterações
intempéricas nos planos de fraturas naturais e induzidas pelo fogo, condicionadas pelo
r
Ob
fluxo d´água e pelo ph redutor do ambiente fechado do túnel.
Segundo esta hipótese inicial, o decréscimo da qualidade do maciço rochoso
escavado, classificada como boa antes da construção, seria a justificativa dos acidentes e
do acentuado volume rochoso retirado no bate-chôco e do grande número de
ap
chumbadores fixados, os quais suplantaram as expectativas iniciais, justificando um ritmo
mais lento das obras e a necessidade de ampliação do seu prazo de execução.
Na realidade existem, como regra, mais pontos problemáticos do que trechos
absolutamente estáveis no interior do túnel.
ar
Isto contudo não se deve, tal como revelado pelas análises petrográficas, à
existência de material de alteração intempérica ao longo das fraturas e à baixa vazão de
aC
água percolada dentro do túnel, mas sim à presença de material de alteração hidrotermal
e ao alto grau de fraturamento em trechos extensos do túnel, condições estas que
desautorizam a classificação geomecânica do maciço rochoso feita à época da sua
construção e a decisão de mantê-lo sem revestimento.
lta
su
on
46
Parte VII – Conclusões
Existe uma relação direta e objetiva entre os processos de alteração hidrotermal
encontrados nas rochas da Cidade do Rio de Janeiro e a estrutura tectônica pertinente a
cada conjunto litoestratigráfico.
A persistência dessa observação se dá em qualquer escala de observação. A
r
Ob
maior parte dos processos que impuseram um grau de alterabilidade às rochas, está
associado a padrões hidrotermais em associação a petrotramas estruturais, e, não
necessariamente, ligados a agentes intempéricos. A abordagem metodológica que vem
sendo empregada, é inovadora, não havendo registros na literatura especializada de
utilização deste conjunto de ferramentas para a obtenção dos resultados pretendidos.
ap
Ressalte-se que a mera observação visual dos conjuntos rochosos envolvidos, e a
determinação não parametrizada de suas características físico-mecânicas e de grau de
alteração, não são suficientes para a determinação de suas características de
ar
estabilidade.
A manutenção da sistemática de “estudos de caso”, como até aqui vem sendo feito,
garante a geração de um volume de informações que permitirá, no futuro próximo, a
aC
obtenção de um padrão sistematizado que poderá ser utilizado para a definição do tipo de
intervenção mais propícia a cada conjunto litoestratigráfico.
O baixo custo da aplicação da metodologia apresentada, em comparação com o
on
volume de informações disponibilizadas, aponta para uma ótima relação custo/benefício.
É necessário que se invista mais tempo no aprimoramento do método, incluindo a
utilização das ferramentas até aqui não utilizadas, bem como refinar os resultados e
su
interpretações já obtidos.
Por fim, o entendimento dos acontecimentos geológicos, ao longo de todo o tempo
geológico, vem se mostrando, no que se refere aos problemas de encostas e túneis
lta
existentes na Cidade do Rio de Janeiro, como determinante para a compreensão dos
processos que levam a manutenção ou a perda da estabilidade dos maciços rochosos da
Cidade.
Com relação aos aspectos geológico-geotécnicos inerentes ao túnel do Joá,
podemos afirmar que: a escolha do traçado definitivo do Túnel do Joá, a geologia garantiu
economia da obra e a antecipação de problemas na escavação. Vinte e cinco anos e
alguns acidentes depois, constata-se que o traçado de fato evitara problemas maiores de
ordem geológica, mas não os eliminou, principalmente porque ao material de alteração
hidrotermal que preenche as fraturas, particularmente ao longo da bandas de
47
cisalhamento, e ao espaçamento médio reduzido dos sets principais de fraturas do
maciço rochoso, somaram-se a abertura das fraturas pela escavação e um pequeno mas
contínuo fluxo d'água. Estas são as condicionantes geológicas que contribuíram para a
ocorrência dos recentes acidentes associados a queda de blocos e lascas rochosas no
interior do Túnel do Joá.
As intervenções de estabilização urgentes nas situações de risco mais críticas
foram executadas sem a necessidade de fechamento do túnel ao tráfego, mas as
r
Ob
investigações geológicas demonstraram claramente que a única forma de se eliminar
definitivamente o risco atual para os usuários da via é o total revestimento do Túnel do
Joá.
lta
su
on
aC
ar
ap
48
Parte VIII – Referências Bibliográficas
BLOOM, A. (1970). Superfície da Terra. São Paulo, 184p.
CHIOSSI, N.J. (1979). Geologia Aplicada à Engenharia. São Paulo.
CONTEMAT (2002). Acervo Técnico da Obra no Túnel do Joá. Relatório Técnico. 21p.
r
Ob
DANCINGER, F.; TOTIS, E. (1971). Geologia dos Túneis do Anel Rodoviário do Estado
da Guanabara. Semana Paulista de Geologia Aplicada, 3, Anais, São Paulo, SP, vol. I, pp
63-88.
ap
FARJALLAT, J.E.S. (1972). Relato sobre o tema (Desagregabilidade de rochas e
problemas relativos à sua aplicabilidade). In: SEMANA PAULISTA DE GEOLOGIA
APLICADA, p. 19-54.
ar
GEO-RIO (1996). Levantamento Geológico-Estrutural do Túnel do Joá. Relatório final.
aC
GEO-RIO (2001). Levantamento dos Acidentes do Túnel do Joá. Relatório final.
HEILBRON, M.; TUPINAMBÁ , M.; ALMEIDA, J.C.H.; VALERIANO, C.M.; VALLADARES,
on
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