Introdução à Geologia-1ª - Helix Engenharia & Geotecnia

NOTAS DE AULA 1° SEMANA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, AMBIENTAIS E DE TECNOLOGIAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL

GEOLOGIA Prof. DOUGLAS CONSTÂNCIO Téc. MIRIAN PATRICIA ZATTA

A – RESUMO DO PROGRAMA -

Mineralogia;

-

Petrografia;

-

Sedimentologia;

-

Formação do solo;

-

Geomorfologia;

-

Mapas e Estruturas (Perfis);

-

Métodos de Investigação do Subsolo;

-

Geologia e Meio Ambiente;

-

Materiais Naturais de Construção.

B – BIBLIOGRAFIA (Básica)

-

GEOLOGIA GERAL Viktor Leinz e Sérgio Estanislau do Amaral Companhia Editora Nacional.

-

GEOLOGIA GERAL José Henrique Popp Livros Técnicos e Científicos.

-

GEOLOGIA PARA ENGENHEIROS CIVIS José Carlos Rodrigues Editora Mc Graw – Hill do Brasil Ltda.

1


-

GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA Nivaldo José Chiossi Grêmio Politécnico.

-

GEOLOGIA ESTRUTURAL APLICADA Yociteru Hasui e José Augusto Mioto ABGE –Votorantim.

-

MANUAL DE MINERALOGIA Cornelius S. Hurlbut Jr. Livros Técnicos e Científicos Editora.

-

CURSO PRÁTICO DE GEOLOGIA GERAL Antenor Braga Paraguassu, Nilson Gandolfi e Paulo M. B. Landin USP – São Carlos.

-

GLOSSÁRIO GEOLÓGICO Viktor Leinz e Othon Henry Leonardos Companhia Editora Nacional

-

DICIONÁRIO GEOLÓGICO – GEOMORFOLÓGICO Antonio Teixeira Guerra Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.

C – BIBLIOGRAFIA (Complementar)

-

PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DO SUBSOLO Maria José C. Porto A. de Lima Livros Técnicos e Científicos Editora S/A.

-

GLOSSÁRIO DE TERMOS TÉCNICOS DE GEOLOGIA DE ENGENHARIA Antonio Antenor Tognon ABGE. 2


-

NORMAS TÉCNICAS DA ABNT E DA ABGE.

D – DIVISÃO DA GEOLOGIA

a) Geologia Teórica ou Natural;

b) Geologia Aplicada (Geotecnia ou Geologia de Engenharia).

Obs. Para Engenharia: FÍSICA

+

BÁSICO +

APLICADA GEOTECNIA

E – DEFINIÇÃO GEOLOGIA é o estudo da Terra, sua origem, transformações, através da análise das rochas.

GEO – TERRA (Geologia aplicada a Engenharia Geotécnica)

LOGIA – ESTUDO (Engenharia Geotécnica)

F – DIVISÃO DA TERRA

Crosta ou litosfera Manto

Núcleo

3


Núcleo

3.300 km

Manto

Crosta ou Litosfera

2.900 km 60 km

G – CONSTITUIÇÃO DA TERRA

a) Crosta ou Litosfera: -

constituída pelo SIMA (silício + magnésio) e pelo SIAL (silício + alumínio); ínio);

-

temperatura: 800° a 1000° C

b) Manto: -

constituído de sulfetos e óxidos de ferro e magnésio;

-

temperatura: 2000° C

c) Núcleo: -

constituído de níquel (Ni) e ferro (Fe);

-

temperatura: 4000° C

H – GRAU GEOTÉRMICO

A cada 30 m de profundidade na Crosta Terrestre a temperatura aumenta em 1° C em relação a Atmosfera.

4


I – CAMADA GEOLÓGICA

Representa uma unidade Litológica da Crosta ou Litosfera.

.................................................... ........................................................ ........................................................ A ...................................................... _____________________________ ______________________________ _____________________________ ______________________________ B +++++++++++++++++++++++++ +++++++++++++++++++++++++ C

J – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE (%)

Segundo Clark:

ELEMENTO

PESO

VOLUME

O

46,6

91,77

Si

27,7

0,80

Al

8,1

0,76

Fe

5,0

0,68

Ca

3,6

1,48

Na

2,8

1,60

K

2,6

2,14

Mg

2,1

0,56

Total

95,5 %

99,79 %

5


K – MATERIAIS FORMADORES DA CROSTA TERRESTRE

Principais: 1) Minerais

2) Rocha 2.1) Rocha Ígnea ou Magmática 2.2) Rocha Sedimentar 2.3) Rocha Metamórfica

3) Solo 3.1) Solo Residual 3.2) Solo Transportado

4) Material em estado Amorfo

5) Mineralóide

6) Minério.

1-MINERAL

É um elemento químico ou uma combinação química formado por um processo inorgânico natural o qual possui uma estrutura cristalina, ou seja, tridimensional ordenada, portanto sua estrutura possui uma forma geométrica definida. Ex.: quartzo, feldspato, mica, calcita

Obs. Todo mineral pode apresentar a sua estrutura molecular possível de observar a olho nú, quando isto ocorre denominamos de Cristal.

6


2-ROCHA

É o agrupamento de um ou mais tipos de minerais. Podem ser classificadas quanto a:

2.1 Presença de minerais: -

Uniminerálicas: formadas por um só tipo de mineral.

Ex.: calcário, mármore

-

Pluriminerálicas: formadas por 2 ou mais tipos de minerais.

Ex.: granito, gnaisse

2.2 A origem:

-

Rochas ígneas ou magmáticas: formada pelo resfriamento do magma (lava de vulcão) em contato com a atmosfera (água ou ar) ou no interior da crosta terrestre.

Ex.: basalto, diabásio, granito

-

Rochas sedimentares: formadas pelo acúmulo de solo, matéria orgânica ou pela precipitação de substâncias químicas em bacias de sedimentação.

Ex.: arenito, siltito, argilito, gipsita, coquina, folhelho

-

Rochas metamórficas: são originadas de rochas pré-existentes que sofreram a ação dos agentes do metamorfismo (altas pressões e altas temperaturas) ocorrendo uma alteração em sua estrutura e composição mineralógica.

Ex.: gnaisse, mármore

3-SOLO

É o resultado final da decomposição de rochas ou dos minerais pela ação dos agentes do intemperismo. Estão divididos em 2 grupos básicos:

-

Solo residual: é o material que se decompõe e permanece no mesmo local onde sofreu sua decomposição. 7


-

Solo transportado: é o material intemperizado que sofreu um transporte natural pela ação dos agentes geológicos.

Ex.: solo de aluvião ou aluvionar, solo de coluvião ou coluvionar, solo de talus, solo glacial, solo eólico. Obs. Também temos o solo orgânico que é constituído por matéria orgânica, fundamentalmente vegetal.

4-MATERIAL EM ESTADO AMORFO

É um elemento químico ou uma combinação química, formada por um processo inorgânico natural, mas não possui uma estrutura tridimensional ordenada cristalina. Ex.: ágatas, sílex, calcedôneas.

5-MINERALÓIDE

É um elemento químico ou uma combinação química, formada por um processo orgânico natural. Ex.: petróleo, âmbar, pedra no rim

6-MINÉRIO

É todo o material (mineral, rocha ou solo) que tenha um aproveitamento industrial ou comercial. Portanto:

SOLO + ROCHA + MINERAL = MATERIAL NATURAL DE CONSTRUÇÃO

Obs. É verdade que experiência em Geologia (Geotecnia) não se transfere, mesmo que se queira, mas adquire-se na vida prática pela vivência. Também é importante se ter bons mestres, como tudo na vida.

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MINERAIS (MINERALOGIA)

1-DEFINIÇÃO

Mineralogia: é a ciência que estuda os minerais.

Mineral: é um elemento químico ou uma combinação química, formado por um processo inorgânico natural, com fórmula química definida e possui estrutura cristalina, ou seja, estrutura tridimensional ordenada.

Cristal: é quando o mineral apresenta externamente sua estrutura molecular.

2-ORIGEM

–

Resfriamento do magma (lava de vulcão);

–

Resfriamento de soluções ou gases magmáticos;

–

Evaporação de soluções salinas;

–

Reações entre substâncias.

3-IDENTIFICAÇÃO

-

Cristalografia por difração de raio X;

-

Microscopia cristalográfica;

-

Análise química;

-

Propriedades (físicas e químicas).

9


4-PROPRIEDADES FÍSICAS (possíveis de identificação a olho nú)

-

Clivagem;

-

Fratura;

-

Dureza; -

Escala de Mohs (relativa): -

1 talco

-

2 gipso

-

3 calcita

-

4 fluorita

-

5 apatita

-

6 ortoclásio

-

7 quartzo

-

8 topázio

-

9 corindon (água marinha, safira, rubi)

-

10 diamante

-

Tenacidade;

-

Peso específico ou Densidade relativa;

-

Propriedades que dependem da luz (brilho, traço, cor);

-

Magnetismo.

5-PROPRIEDADES QUÍMICAS

Dissolução dos calcários (carbonatos de cálcio) por ácidos (ácido clorídrico).

Ex.:

CaCO3 + HCl = CaCl2 + H2O + CO2

10


6-ALGUNS DOS PRINCIPAIS MINERAIS

-

Quartzo (SiO2);

-

Feldspato (ortoclásio ou plagioclásio);

-

Mica (muscovita ou biotita);

-

Calcita (CaCO3);

-

Hematita ( minério de ferro);

-

Pirita (minério de ferro);

-

Talco (pedra sabão);

-

Gipso;

-

Barita.

7-ESCALA PRÁTICA PARA DETERMINAÇÃO DA DUREZA

Unha – 2,5 Moeda – 3,0 Canivete – 5,0 Vidro – 5,5

DUREZA Baixa – 1 à 2 Média – 3 à 5 Alta – 6 à 10

Porcelana – 6,0 Quartzo – 7,0

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3° SEMANA



ROCHAS (PETROGRAFIA)

1-DEFINIÇÃO

È o agrupamento de um ou mais tipo de mineral. As rochas podem ser: a) Uniminerálicas: formadas por um só tipo de mineral; Ex.: mármore (calcita)

b) Pluriminerálicas: formadas por dois ou mais tipos de minerais. Ex.: granito (quartzo, feldspato e mica)

2-TIPOS DE ROCHAS

2.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas (Primárias)

-

É o material resultante do resfriamento do magma em contato com a atmosfera (água ou ar);

-

O magma (lava de vulcão) é o material de característica plasto-viscosa, que ocorre abaixo da crosta a altas temperaturas, composto por: - Componentes voláteis: H2O, CO2, Co, N2, H2, SO3; - Componentes não voláteis: O, Si, Fe, Mg.

2.1.1 Tipos de magma:

- Magma básico (superfície): maior concentração de Fe, Mg e uma menor concentração de SiO2; 12

3° SEMANA

- Magma ácido (profundidade): maior concentração de Al, Na, K, e de SiO2.

2.2 Tectônica de Placas ou Teoria das Placas

2.2.1 Conseqüências do movimento das Placas:

-

Vulcanismo: podemos definir como a subida do magma (lava) até a superfície da crosta;

-

Plutonismo: é o magma (lava) que não consegue ser expelida (lançada na superfície) e resfria-se no interior da crosta.

2.3 Classificação quanto à Gênese ou Origem

2.3.1 Rochas Extrusivas ou Vulcânicas

É o magma que sofre o seu resfriamento em contato com o ar ou água, na superfície da crosta. 13

3° SEMANA

Ex.: Basalto: -

resfriamento rápido;

-

minerais de tamanho microscópio;

-

Rc = 800 kgf/cm2 (resistência à compressão simples)

-

Cor escura (preta).

2.3.2 Rochas Hipo-abissais

É o magma que sofre o seu resfriamento no interior da crosta em profundidades intermediárias (+/- 50 m). Ex.: Diabásio -

resfriamento lento;

-

minerais de pequeno tamanho, mas possíveis de observar a olho nú.

-

Rc = 1200 à 1700 kgf/cm2 (resistência à compressão simples)

-

cor cinza escura.

2.3.3 Rochas Intrusivas ou Plutônicas

É o magma que sofre o seu resfriamento a grandes profundidades (+/- 300 m). Ex.: Granito -

resfriamento muito lento;

-

minerais bem desenvolvidos;

-

Rc = 2500 kgf/cm2 (resistência à compressão simples)

-

cor clara.

Obs. Quanto mais lento e profundo for o resfriamento do magma, mais desenvolvido será os minerais que a constitui, consequentemente, maior a resistência à esforços mecânicos de compressão a rocha terá. 2.4 Modos de ocorrência do Magma na Crosta -

derrame;

-

sill;

-

dique;

-

batolito (stokes).

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3° SEMANA

Observação:

↑

SUPERFÍCIE

BASALTO VESICULAR (ÁGUA) BASALTO COLUNAR OU PRETO (AR)

Superfície da Crosta

_________________________________________________________ DIABÁSIO

INTERIOR

↓

Interior da Crosta

GRANITO PEGMATITO

Obs. As rochas mais utilizadas como Brita dentro da Engenharia Civil são: -

basalto colunar;

-

diabásio;

-

granito.

15

4° SEMANA



ROCHAS SEDIMENTARES 1-DEFINIÇÃO

È o estágio final de um conjunto de processos naturais que vão da decomposição da rocha pré-existente até o seu transporte e sedimentação.

2-INTEMPERISMO É um conjunto de processos naturais que ocasiona a desintegração e a decomposição de rochas e minerais por ação dos agentes atmosféricos e biológicos.

3-AGENTES DE INTEMPERISMO São divididos em 2 grupos: a) Físicos -

variação de temperatura; congelamento da água; cristalização dos sais; ação física dos vegetais.

b) Químicos -

hidrólise; hidratação; oxidação; carbonatação; ação química dos organismos e das matérias orgânicas.

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4° SEMANA

4-FATORES QUE INFLUENCIAM NO INTEMPERISMO -

Clima; Topografia; Tipo de rocha; Vegetação (capeamento natural).

5-HORIZONTES DE INTEMPERISMO São as fases de transformação que uma rocha ou material pré-existente sofre quando submetido aos efeitos dos agentes do Intemperismo. ______________________________________ SOLO ORGÂNICO

- Restos vegetais

______________________________________ SOLO RESIDUAL

- Resíduos sendo possível observar os fragmentos de quartzo

______________________________________ SOLO SAPROLÍTICO

- Solo de rocha podre, com vestígios da estrutura da rocha

______________________________________ SAPROLITO ______________________________________ ROCHA ALTERADA

- Rocha podre, que conserva as características da rocha original, porém desagregável. - Rocha intensamente fraturada (no regime de fadiga)

______________________________________ ROCHA SÃ

- Com suas características inalteradas

______________________________________

6-CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES -

Origem química; Origem mecânica; Origem orgânica.

18

4° SEMANA

6.1-Origem Mecânica (clástica) Consiste na lenta compactação dos extratos de sedimentos que tende a comprimir os grãos, produzindo embricamento (união de grãos ou formação de uma estrutura) dos mesmos e agregação.

Intemperismo ou Meteorização

Rocha Sã ou Pré-existente

→

Solo Residual

Ação dos agentes geológicos (água de rios, vento, gelo, chuva)

Deposição

→

→

Solo Transportado

Diagnese: -Litificação; -Compactação; Cimentação

Sedimento

↓ Rocha Sedimentar

-

Litificação: deposição em camadas ou estágios superpostos.

Extratos ou Camadas

-

Compactação: compactação lenta e natural pelo peso próprio das partículas (solo).

Extratos ou Camadas

-

Cimentação: cimento natural que proporciona coesão (colagem) à futura rocha.

Cimento natural

19

4° SEMANA

Ex.: -

Conglomerado: partículas >2,0 mm;

-

Arenito: partículas entre 2,00 à 0,062 mm;

-

Siltito: partículas entre 0,062 à 0,002 mm;

-

Argilito: partículas < 0,002 mm;

-

Varvito de Itu;

-

Siltito Argiloso.

6.2-Origem Química

Rochas inorgânicas que se formam através da precipitação de soluções químicas em bacias de sedimentação.

ANTES:

N.A.

Materiais em suspensão: sais dissolvidos

Bacia

DEPOIS: Água evapora

Água infiltra Rocha Sedimentar

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4° SEMANA

Ex.: -

Calcáreo;

-

Gipsita.

6.3-Origem Orgânica

Acúmulo de animais, vegetais, ou seja, matéria orgânica de natureza diversa, que encontram condições favoráveis de formação, tais como, pântano, fundo do mar ou rios, onde se acumulam. Matéria orgânica morrem Depositam

Fundo do Pântano Formam a Rocha Sedimentar

Ex.: -

Folhelho Betuminoso (restos vegetais);

-

Coquina (restos de concha).

7-ROCHAS SEDIMENTARES DE APLICAÇÃO NA ENGENHARIA

- Arenito (calçamento)

Rc= 250 kgf/cm2;

-

Varvito de Itú (piso de piscina, revestimento interno);

-

Calcáreo (fábrica de cimento);

-

Gipsita (gesso, cimento Portland).

21

5° SEMANA



ROCHAS METAMÓRFICAS 1-DEFINIÇÃO

São aquelas originadas de outras rochas que sofreram a ação de altas pressões e elevadas temperaturas, ou tiveram contato com gases e líquidos magmáticos. Ex.: Arenito (Sedimentar)

Quartzito (Metamórfica);

Cálcáreo (Sedimentar)

Mármore (Metamórfica);

Granito (Magmática)

Gnaisse (Metamórfica)

2-METAMORFISMO

São fenômenos naturais que provocam alteração na estrutura, como também na composição mineralógica da rocha original (magmática e sedimentar).

Metamorfismo

Esmagamento

Metamorfismo

22

5° SEMANA

3-TIPOS DE METAMORFISMO

a) Cataclástico: ação de altas pressões dirigidas que provocam mudanças na estrutura da rocha original; Ex.: Cataclasito, Milonito.

b) Termal (Contato): ação de altas temperaturas (transferência de calor de massas magmáticas) que provocam mudanças na composição da rocha original (recristalização). Ex.: Mármore

Sedimento ou Rocha Sedimentar

Metamorfismo de Contato

Transferência de calor forma a nova rocha Metamórfica

Magma

c) Dinamotermal: ação de altas pressões + pressões dirigidas que provocam alterações na estrutura e na composição mineralógica da rocha original. Ex.: Itacolomito, Itabirito, Xisto, Filito, Ardósia.

23

5° SEMANA

d) Plutônico: ação de altas temperaturas + pressões confinantes (hidrostática) que provocam alterações na estrutura e na composição mineralógica da rocha original. Ex.: Granulito, Eclogito.

4-ROCHAS MAIS EMPREGADAS NA ENGENHARIA CIVIL

-

Gnaisse: brita, fachada de residência;

-

Ardósia: piso, fachada (revestimento externo e interno);

-

Itacolomito (pedra mineira): piso, fachada;

-

Mármore: piso, revestimento (externo e interno), lajes polidas (pia).

24

6° SEMANA



FORMAÇÃO DO SOLO

1-SOLO RESIDUAL

É o resíduo final da decomposição da rocha, ficando somente vestígio de quartzo quando a rocha o possui em sua constituição. Ex.: - Basalto

decomposição

Terra roxa (argila vermelha);

- Calcário

decomposição

Argila branca, cinza, clara;

- Granito

decomposição

Areia fina silte argilosa micácea

2-SOLO TRANSPORTADO

É o material proveniente do transporte de solo residual + solo saprolítico + matéria orgânica, pela ação dos agentes geológicos ou agente de dinâmica interna (transporte), para as Bacias de Sedimentos.

2.1- Tipos de Solos Transportados

a) Solo de aluvião ou aluvionar: é o material depositado pela ação do transporte de água de um rio em épocas de cheias, onde o volume de água aumenta, atingindo as baixadas marginais. Quando o mesmo retorna a sua normal, provoca a deposição do material transportado (sólido).

Ex.: Transporte de partículas: -

Solução: íons de sódio, cálcio, fosfato; 26

6° SEMANA

-

Suspensão: partículas finas;

-

Rolamento: partículas maiores no fundo do leito (areia até 0,2 mm);

-

Saltação: bate no fundo e salta (assim sucessivamente);

Ex.: seixos rolado.

ROCHA SÃ

SOLO RESIDUAL

SOLO TRANSPORTADO Agentes Geológicos

Intemperismo

ANTES CHUVA

NA

Baixada ou Marginais

DURANTE CHUVA Partículas em transporte

DEPOIS CHUVA NA

Vento

b) Solo Eólico: parte de camadas de alta pressão para as camadas de baixa pressão. A ação do vento provoca erosão e transporte de partículas e quando se dá a diminuição de velocidade temos o depósito do material. 27

6° SEMANA

Em resumo: Erosão

Corrosão;

Transporte

Suspensão, rolamento, saltação;

Deposição

Depósitos eólicos;

Vento

Depósitos Deposição

Solo eólico

Ex.: - Areia do deserto

conseqüência do desgaste de paredões rochosos;

- Dunas

são depósitos de material de granulação uniforme (areia);

- Locais no Brasil

Cabo Frio, Lagoa dos Patos, Lagoa de Abaeré, Vila Velha.

c) Solo Glacial: as geleiras tem poder de erosão e transporte muito maior que dos rios e, consequentemente, maior deposição. Os materiais de locais de antigas geleiras vem sendo transportado durante a ação do degelo e funciona como uma lixa que vai raspando os materiais (intemperizando-os) em regiões topograficamente bem caracterizadas. Portanto, das regiões mais altas , grandes blocos desagregam-se e descem para regiões mais baixas. O gelo se liqüefaz e forma depósitos glaciais, os quais são constituídos por materiais mais resistentes, não ocorrendo o intemperismo químico. Ex.: -

Varvito de Itú ou Siltito argiloso (depósito glacial mais famoso do Brasil)

28

6° SEMANA

Material intemperizado + Blocos de rocha

Degelo

Pé de elevação

Solo glacial

O solo de aluvião pode também se formar nos momentos em que o curso do rio sofre diminuição de velocidade, ou seja, em seus meandros.

Erosão Depósito Solo de aluvião

Erosão Depósito

d) Solo Coluvial (Creeping): solo residual que escorrega lentamente na proporção de 1 à 3 cm de espessura ao ano. Seu transporte se dá em regiões altas para as baixas pela ação da gravidade. Ex.: Serra do Mar.

29

6° SEMANA

Solo residual ou intemperizado

Elevação

Transporte lento

Solo coluvial

Pé de elevação

e) Solo de Talus: material intemperizado + blocos de rocha que sofrem um transporte rápido ( desmoronamento) das regiões altas para as baixas. Ex.: Curva da Onça (Rodovia Anchieta)

Transporte rápido (desmoronamento)

Material extremamente heteregêneo Talus

Obs. Ação geológica dos organismos

f) Carvão: originam-se de vegetação continental (matéria orgânica) que sujeita a processos químicos vai transformando a celulose em carvão, através da perda progressiva

de

oxigênio e hidrogênio e a crescente concentração de carbono.

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6° SEMANA

MATÉRIA ORGÂNICA

Celulose

CARVÃO

Turfa Linhito

Uma espécie de argila orgânica que não dá suporte para fundações.

3- CLASSIFICAÇÃO DO SOLO QUANTO A GRANULOMETRIA

-

Pedregulho ou Cascalho: > 2,00 mm;

-

Areia (fina, média ou grossa): 2,00 a 0,062 mm;

-

Silte: 0,062 à 0,002 mm;

-

Argila: < 0,002 mm.

4- CLASSIFICAÇÃO DO SOLO PARA TERRAPLANAGEM

-

Material de primeira;

-

Material de segunda;

-

Material de terceira.

31

7° SEMANA



MATERIAIS NATURAIS DE CONSTRUÇÃO

1-DEFINIÇÃO

ROCHA

SOLO Decomposição

2-APLICAÇÃO DAS ROCHAS (Geologia)

-

Barramento de rios (enrocamento);

-

Canais (rip-rap);

-

Gabiões;

-

Base de rodovias e ferrovias;

-

Revestimento, piso, lajes polidas;

-

Agregado graúdo (brita).

3-APLICAÇÕES DOS SOLOS (Mecânica dos Solos e Materiais de Construção)

-

Argilas: cerâmica, aterro, cortinas de vedação;

-

Areias: agregado miúdo, asfalto,

32

7° SEMANA

4-JAZIDAS (Pedreiras)

Para a exploração de uma pedreira ou um depósito de argila ou areia ou até cascalhos, estes dependem de 3 fatores básicos:

-

Qualidade do material;

-

Volume de material útil;

-

Transporte.

Obs. Meio Ambiente.......

4.1-Qualidade do Material

Está relacionado com a finalidade, ou seja, a sua utilização (propriedades geológicas, físicas e mecânicas).

4.1.1-Propriedades Geológicas

-

Grau de alteração dos minerais;

-

Textura e estrutura;

-

Propriedades químicas;

-

Reatividade com cimento (alto teor de sílica);

-

Ciclagem (ação ao Intemperismo).

Ex.: Composição mineralógica: - Peso específico: - granito

2,6 t/m3

- basalto

2,9 t/m3

- hematita

6,5 t/m3

4.1.2-Propriedades Físicas (Propriedades índices)

-

Peso específico aparente seco; 33

7° SEMANA

-

Peso específico aparente saturado;

-

Peso específico natural;

-

Absorção de água;

-

Porosidade aparente;

-

Umidade natural;

-

Grau de saturação.

4.1.3 Propriedades Mecânicas

-

Resistência à compressão simples ou uniaxial (kgf/cm2);

-

Resistência à compressão puntiforme (kgf/cm2);

-

Resistência à tração ou compressão diametral (kgf/cm2);

Obs. Ainda temos mais 2 propriedades que são verificadas: dilatação térmica e a resistência ao choque.

4.2-Volume do Material

Deve-se ter um volume maior ou igual para uma exploração de no mínimo 50 anos e a área explorada deverá ser reconstituída quanto a degradação ambiental.

- Mapeamento superficial

Levantamento topográfico;

- Sondagem (perfuração)

Percussão (solo); Rotativa (rocha);

- Cubagem = vida útil de 50 anos.

4.3-Transporte

É de fundamental importância a localização geográfica da jazida, uma vez que, se as distâncias do depósito até os centros consumidores for considerável, este material se torna anti-econômico.

34

7° SEMANA

5-PROPRIEDADES MECÂNICAS

5.1 Resistência à Compressão Simples ou Uniaxial Utilizamos corpos de prova cilíndricos ou testemunhos de sondagens rotativa (C.P.).

CP

l

l/d = 2,5 = +/- 10% l = comprimento d = diâmetro

d

P

Prato da prensa

CP

RC = Carga de Ruptura (P) Área do CP (π . d2 / 4)

RC = kgf / cm2 P

35

7° SEMANA

5.2-Resistência à Compressão Puntiforme

P - fixo

Esfera de aço - ∅ 1,00 cm

d d

Amostra irregular P - móvel

Manômetro

Macaco hidráulico

Ma

Is =

P d2

onde: d = distância entre as esferas; Is = índice de resistência à compressão puntiforme; P = carga de ruptura;

Obs. Quando for utilizado corpo de prova cilíndrico, devemos considerar: -

l/d = 1,1 +/- 5% (quando ensaiado ao longo do comprimento);

-

l/d ≥ 1,4 (quando ensaiado ao longo do diâmetro).

36

7° SEMANA

5.3-Resistência à Compressão Diametral (Resistência à tração – Ensaio Lobo Carneiro)

P Prato da prensa

D

Corpo de prova cilíndrico

l/d ≥ 1,4 P

l

Rt =

2xP πxdxl

onde: -

P = carga de ruptura;

-

d = diâmetro;

-

l = comprimento.

Obs. Para avaliar o valor aproximado da resistência à compressão simples (Rc), podemos utilizar a relação desenvolvida pelo IPT:

Rc = 16 x Is Onde: -

Is = índice de resistência a compressão puntiforme

37

7° SEMANA

6-PROPRIEDADES (Índices físicos)

São tomadas 6 amostras de rocha (∅ 2 a 3”) aparente no campo em seu estado natural para determinação:

-

Peso D: fragmento pesado em seu estado natural (PESO NATURAL);

-

Peso A: fragmento após secagem em estufa com temperatura de 100 a 110° C por um período mínimo de 24 h (PESO SECO);

-

Peso B: fragmento após imersão em água por um período mínimo de 48 h (PESO SATURADO);

-

Peso C: peso submerso em água após saturação de 48 hs., utilizando a balança hidrostática (PESO IMERSO)

Com os valores acima obtemos as propriedades índices ou os índices físicos das rochas que estão abaixo calculados:

a) Peso Específico Aparente Seco (γs):

γs =

PesodosSólidos VolumeTotal

γs =

A g 3 B − C cm

b) Peso Específico Aparente Saturado (γsat):

γsat =

B g ( 3) B − C cm

c) Peso Específico Aparente Natural (γnat):

γnat =

D g ( 3) B − C cm

d) Porosidade Aparente (n):

38

7° SEMANA

n=

VolumedeVazios ⋅ 100 VolumeTotal

n=

B−A ⋅ 100(%) B−C

e) Absorção de Água (ab);

ab =

Pesodeáguaabsorvida ⋅ 100 PesodosSólidos

ab =

B−A ⋅ 100(%) A

39

7° SEMANA

EXERCÍCIOS DE GEOLOGIA

1- Duas amostras de rocha do tipo Basalto foram submetidas a um ensaio de resistência à compressão simples, como mostra tabela abaixo:

CP

DIÂMETRO (cm)

COMPRIMENTO

CARGA DE

(cm)

RUPTURA (kgf)

01

3,0

8,2

12500

02

2,5

6,8

13100

Pede-se: calcular a resistência à compressão simples para as amostras que satisfazerem a relação comprimento/diâmetro.

2- Três amostras irregulares de rocha do tipo Granito foram ensaiadas à compressão puntiforme, como mostra a tabela abaixo:

AMOSTRA

d (cm)

CARGA DE RUPTURA (kgf)

01

4,2

1280

02

4,8

1250

03

5,1

1230

Pede-se: a) calcular a resistência à compressão puntiforme; b) calcular o valor aproximado da resistência à compressão simples. d = distância entre as esferas utilizar a relação: Rc = 16 x Is, onde: -Rc = resistência à compressão simples; -Is = índice de resistência à compressão puntiforme.

40

7° SEMANA

3- Duas amostras de rocha foram ensaiadas à resistência à compressão diametral como mostra o quadro abaixo:

CP

DIÂMETRO (cm)

COMPRIMENTO

CARGA DE

(cm)

RUPTURA (kgf)

01

3,0

8,2

6580

02

2,5

6,8

5750

Pede-se: calcular a resistência à compressão diametral para as amostras que satisfazem a relação comprimento/diâmetro.

4- Cinco amostras de uma mesma rocha foram pesadas conforme a tabela abaixo:

CP

PESO SECO

PESO SATURADO

PESO SUBMERSO

(g)

(g)

(gf)

01

287,0

299,6

197,5

02

269,3

272,4

179,2

03

263,9

266,4

175,3

04

238,6

241,1

158,3

05

330,0

333,5

219,2

Sabendo-se: -

absorção de água é a relação entre o peso da água absorvida e o peso dos sólidos;

-

porosidade aparente é a relação entre o peso de água absorvida e o volume da amostra;

-

o peso específico aparente seco é a relação entre o peso dos sólidos e o volume da amostra.

Pede-se: calcular os valores destas propriedades para cada uma das amostras.

41

8ªsemana

MAPEAMENTOS E PERFIS GEOLÓGICOS 1.MAPAS São levantamentos plani-altimétricos topográficos os quais são constituídos por: a) b) c) d) e)

Escala reduzida Indicação do norte Data do levantamento Linhas limites ou de contorno Aspectos de interesse (estradas, rodovias, ferrovias, etc.) onde representamos o relevo, ou seja, as feições morfológicas da crosta.

Exemplo:

2.ESCALAS As medidas efetuadas no terreno, para serem colocadas no mapa, sofrem uma redução aritmética, onde é denominada “Escala do Mapa”. A escala pode ser representada numericamente ou graficamente. No primeiro caso, a representação é feita por uma fração, como por exemplo: 1/50.000. Isto indica que uma distância entre dois pontos quaisquer, medidos no mapa, é 1/50.000 da distância real entre dois pontos do terreno que lhes são correspondentes nas escalas gráficas. A relação das distâncias estão reduzidas proporcionalmente em um segmento de reta que serve como padrão. 3.REPRESENTAÇÃO GRÁFICA a)Tipos de mapeamentos GEOLÓGICO: são aqueles onde se encontram assinalados, por intermédio de legendas, não só diferentes corpos rochosos existentes numa determinada região, como também suas estruturas geológicas. É elaborado a partir de um mapa topográfico, onde são colocados os limites (linhas de contato) das diferentes litologias e suas estruturas, utilizando-se para isso símbolos gráficos ou cores diversas.

8ªsemana

PEDOLÓGICO: neste tipo de mapeamento só levamos em consideração a camada superficial da crosta, ou seja, o solo e seus horizontes b)Símbolos geológicos comuns (alguns exemplos);

4.Tabela de Tempo Geológico:

8ªsemana

Eon

Era

Período

Pleistoceno

2

2

Plioceno

11

13

Mioceno

12

25

Oligoceno

11

36

Eoceno

22

58

Paleoceno

5

63

Cretáceo

72

135

Jurássico

45

180

Triássico

50

230

Permiano

50

280

Carbonífero

60

340

Devoniano

60

400

Siluriano

30

430

Ordoviciano

70

500

Cambriano

70

570

Superior

750

750

Médio

1150

1150

Inferior

2000

4500

Eon Geológico

Terciário

Pré Cambriano

Fronteira Eon Cósmico

Duração (106 anos) 0,011

Cenozóico

Paleozóico

Idade

Holoceno

Quaternário

Mesozóico

Época

Anos Atrás (106 anos)

8ªsemana

8ªsemana

8ªsemana

Período

Grupo

Q

Cenozóico

Várzeas fluviais Aluviões marinhos São Paulo Taubaté

T

Bauru K São Bento

Mesozóico J Tr P

C

Passa Dois

Tubarão

Paleozóico D S O

Pré

m i

Formação

Paraná

Litologia

Espessura s Usuais no E.S.P

Cascalhos e argilas Argilas variegadas e arenitos limonitas

300

Bauru

Arenitos, siltitos e conglomerados com cim. Calcífero

300

Serra Geral

Derrames de basalto e intrusões de diabásio

1500

Botucatu

Arenitos c/ estratificação cruzada (eólicos)

120

Pirambóia

Arenitos (fluvi-lacustres)

300

Rio Rastro Estrada Nova Irati

Siltitos arroxeados Folhelhos Piro-betuminosos, calcários

800

Tatuí Itararé Aquidauana

Tilitos, arenitos, varvitos (fluvio glacial)

Furnas

arenito (marinho)

1300 150

NÃO HÁ EVIDÊNCIA DE OCORRÊNCIA São Roque Embasamento Cristalino

Quartizitos, filitos, micaxistos, calcários metamórficos, gnaisses, migmatitos, granitos

8ªsemana

O estado de São Paulo, em termos geológicos, encontra-se na porção sul do núcleo oriental e na porção nordeste da bacia do Paraná. Ocorrem no estado tanto rochas do escudo cristalino, numa faixa de 90 á 150 Km de largura, a qual acompanha toda a costa Atlântica, como rochas sedimentares pertencentes à bacia do Paraná e que se estendem por cerca de 4/5 do território. Do mapa geológico em anexo temos (folha 4) a)Embasamento Cristalino: O embasamento cristalino originou-se no Pré-Cambriano inferior e todas as suas rochas são antiquíssimas, com mais de 2,6 bilhões de anos sendo representado por granitos, gnaisses e migmatitos.

b)Grupo São Roque: O grupo São Roque localiza-se nos bordos e sobre alguns pontos de Embasamento Cristalino, tendo como característica principal rochas metamórficas e uma intensa mineralização. A litologia característica são os filito, xistos, calcários, quartizitos.

c)Grupo Paraná: Tal grupo formou-se no Devoniano e tem características marinhas: as águas do mar invadiram as terras, formando um mar mediterrâneo raso que se entulhou com sedimentos marinhos. Como exemplo deste grupo citam-se as rochas de Vila Velha, próximo a Ponta Grossa (PR).

d)Grupo Tubarão: O grupo Tubarão caracteriza uma das maiores glaciações da qual se tem conhecimento. Tal glaciação teve início no Carbonífero e se estendeu até a metade inferior do Permiano, razão pela qual também é conhecida como glaciação Permo-Carbonífera.

e)Grupo Passa Dois: Tal período formou-se na parte superior do Permiano e tem como característica o clima que foi gradativamente passando para temperado e subtropical. As formações mais importantes de tal grupo são Irati, Estrada Nova e Rio do Rastro. A litologia da formação Irati é de calcáreos e folhelhos piro-betuminosos que se constituem numa importante reserva de combustíveis a serem exploradas futuramente; a formação Estrada Nova é de siltitos roxos.

8ªsemana

f)Grupo São Bento: O grupo São Bento teve início no Triássico, estendeu-se pelo Jurássico e terminou na parte inferior do Cretáceo. Houve mudança gradual do clima; no Triássico o clima ainda era úmido e correspondendo a esse período há a formação Pirambóia* que se caracteriza por arenitos fluvio-lacustres. No Jurássico, o clima se tornou árido surgindo no Sul do Brasil um imenso deserto, ao qual corresponde a formação Botucatu, que é caracterizada por arenitos com estratificação cruzada, de origem eólica. No fim do Jurássico e no começo do Cretáceo, ocorreram extensos derrames de basalto que se espalharam por toda parte sul do país e em São Paulo na sua porção centro oeste. A formação Serra Geral** é constituída por diversos derrames superpostos uns aos outros, num total de 25. Entre 2 derrames podem ocorrer camadas intercaladas de arenitos, denominadas “intertrapp”.

g)Grupo Bauru: No fim do Cretáceo, com a predominância de ambientes fluvio-lacustres houve a deposição de arenitos calcíferos que capearam quase toda formação Serra Geral, dando origem a formação Bauru. Em fundos de vales como os do rio Tietê, Paraná e Paranapanema, o arenito foi erodido, aflorando aí o basalto subjacente.

h)Terciário:

No Terciário houve a formação de bacias sedimentares sobre Embasamento Cristalino. Dentre elas citam-se: 1-Formação São Paulo: Esta formação foi produzida pelo represamento de um grande lago que se estendeu desde as imediações de Osasco até Mogi das Cruzes. O lago assoreou-se totalmente com sedimentos trazidos pelo rio Tietê, Paraitinga e Paraibuna; tal depósito foi posteriormente re-trabalhado pelo próprio rio Tietê. É constituída por arenitos compactos, argilitos duros e na base, por conglomerados. Tais sedimentos podem se apresentar limonitizados.

8ªsemana

2-Formação Taubaté: Esta formação originou-se pelo represamento natural do rio Paraíba do Sul à partir de Cruzeiro e seu posterior atulhamento e retrabalhamento quando o rio venceu o obstáculo que o detinha.

i)Quaternário: Caracteriza-se pelas formações mais recentes como os aluviões marinhos (praias e manques) e os fluviais (várzeas de rios). Estão em fase de deposição ou retrabalhamento.

9ªsemana



SONDAGEM A PERCUSSÃO METODOLOGIA DE CAMPO 1 OBJETIVO

-

Retirada de amostra de solo semi-deformada de metro a metro;

-

Determinação da resistência do solo, através da determinação do SPT;

-

Obtenção do perfil geotécnico do subsolo;

-

Encontro do N.A. (nível d’ água) estável.

2 EQUIPAMENTO E EQUIPE

-

Tripé,

-

Haste;

-

Tubo de revestimento;

-

Reservatório d’água;

-

Peso de 65 kg;

-

Trépano ou broca de lavagem;

-

Barrilete amostrador padrão;

-

Conjunto moto-bomba;

-

03 pessoas: 1 sondador e 2 ajudantes.

51

9ªsemana

Detalhe do barrilete amostrador padrão

∅ interno – 34,9 mm ∅ externo – 50,8 mm bi-partido

Bi-partido

Despreza 15 cm

45 cm

15 cm

Últimos 30 cm representa a amostra semideformada

15 cm

Solo

3 SPT – STANDARD PENETRATION TEST

È o número de golpes necessários para a cravação dos últimos 30 cm de um barrilete amostrador padrão, por um peso de 65 kg, solto a uma altura de 75 cm em queda livre.

52

9ªsemana

NÚMERO DE GOLPES (sem escala)

1° S 15 cm

15 cm

4 golpes - despreza

2° S

5 golpes SPT 11 golpes

15 cm

3° S

6 golpes

solo

4 QUANDO INTERROMPER A SONDAGEM

-

Quando encontramos o topo rochoso ou matacão de natureza rochosa;

-

Quando por 3 trechos consecutivos forem necessários mais de 45 golpes para a cravação de 5,0 cm do barrilete amostrador padrão;

-

Quando por 30 minutos com o auxílio do trépano ou broca de lavagem, este penetrar somente 5,0 cm.

TRÉPANO OU BROCA DE LAVAGEM (sem escala)

Circulação de água

20 a 30 cm

5 cm

53

9ªsemana

5 QUANTIDADE DE FUROS (por projeção e m2 à construir) ÁREA (m2)

NÚMERO DE FUROS

≤ 200

2

200 – 400

3

400 – 800

4

800 – 1000

5

1000 – 1200

6

1200 – 1600

7

1600 – 2000

8

2000 – 2400

9

2400

A critério do projetista

54

10ªsemana



SONDAGEM ROTATIVA ROCHA 1 FINALIDADE

Quando uma Sondagem a Percussão se torna impenetrável, passamos à utilizar as ferramentas da Sondagem Rotativa.

2 OBJETIVO

-

Obtenção de testemunhos ou amostras indeformadas de rocha;

-

Identificação das descontinuidades (falhas, fissuras, fraturas, etc.);

-

Ensaios “In Situ”: -

perda d’água ou absorção d’água;

-

% de recuperação;

-

% de R. Q. D.;

-

Ensaios mecânicos de Laboratório para avaliar a resistência das rochas;

-

Caracterização tecnológica do maciço rochoso (alteração, fraturamento).

3 EQUIPAMENTOS

-

Motor estacionário;

-

Caixa de câmbio;

-

Moto bomba;

-

Reservatório d’água (1000 litros);

-

Hastes;

-

Revestimentos; 55

10ªsemana

-

Barrilete amostrador;

-

Broca ou coroa.

4 DETALHAMENTO DE EQUIPAMENTOS

Barrilete Amostrador

0,90 à 3,00 m

Mola interna Broca ou Coroa

Broca ou Coroa

Rosca

Diamante ou Wídia (Carbeto de tungstênio)

Fissuras para Circulação de água

56

10ªsemana

5 TIPOS DE PERFURAÇÃO

-

Sem recuperação de testemunhos para fins de petróleo;

-

Com recuperação de testemunhos para Geotecnia e Mineração;

6 ENSAIOS “IN SITU”

a) Perda d’água ou Absorção d’água

Tem como objetivo, avaliar a quantidade de descontinuidades que a rocha possui para uma posterior solidificação das mesmas com injeção de nata de cimento, na proporção de 1:1;

b) Porcentagem de Recuperação e Porcentagem de R.Q.D.

-

% Recuperação: avalia a qualidade da sondagem;

% Re cuperação =

-

∑ totaldostestemunhos comprimentodemanobra

x100

% R.Q.D. (Rock Quality Designation): avalia a qualidade do maciço rochoso.

% R.Q.D. =

∑ dostestemunhoscomcomprimento ≥ 10cm x100 comprimentodemanobra

% R.Q.D.

QUALIDADE DA ROCHA

0 – 25

Muito fraco

25 – 50

Fraco

50 – 75

Regular

75 – 90

Bom

90 - 100

Excelente

57

10ªsemana

-

Graus de Recuperação de Testemunhos para Avaliação da Qualidade da Sondagem

GRAUS DE

% RECUPERAÇÃO

RECUPERAÇÃO

QUALIDADE DE RECUPERAÇÃO

R1

100 – 90 %

Boa

R2

90 – 75 %

Regular

R3

75 %

Pobre

7 DIÂMETROS DE PERFURAÇÃO MAIS UTILIZADOS EM GEOTECNIA DIÂMETRO (∅)

DIMENSÕES (mm)

B

42,0

N

54,7

h

76,2

Obs. ∅ N é o mais utilizado

58

Introdução à Geologia-1ª - Helix Engenharia & Geotecnia

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