ST 409 ELEMENTOS DE GEOLOGIA E MECÂNICA DOS SOLOS ROCHAS SEDIMENTARES

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1 ST 409 ELEMENTOS DE GEOLOGIA E MECÂNICA DOS SOLOS ROCHAS SEDIMENTARES 1

2 ROCHAS SEDIMENTARES ROCHAS SEDIMENTARES: são as rochas que se formaram tanto pela atividade mecânica como química dos agentes do intemperismo sobre rochas pré-existentes. São o acúmulo do produto da decomposição e desintegração de todas as rochas presentes na Crosta. As áreas de ocorrência são denominadas BACIAS SEDIMENTARES. Ex: bacia sedimentar do Paraná, bacia sedimentar de São Paulo. 2

3 ROCHAS SEDIMENTARES As rochas sedimentares são produtos do intemperismo mecânico e químico, representando apenas 5% (em volume) do exterior da Terra. Contêm evidências de ambientes passados. Muitas vezes, contêm fósseis. Fornecem informações sobre transporte de sedimentos 3

4 CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA A FORMAÇÃO DE UMA ROCHA SEDIMENTAR Pré-existência de rochas. Presença de agentes móveis ou imóveis que desagreguem ou desintegrem aquelas rochas. Presença de agente transportador dos sedimentos. Deposição desse material em uma bacia de acumulação, continental ou marinha. Consolidação desses sedimentos. Diagênese: transformação do sedimento em rochas definitivas. 4

5 CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA A FORMAÇÃO DE UMA ROCHA SEDIMENTAR LITIFICAÇÃO (DIAGÊNESE): último processo que ocorre na formação das rochas sedimentares. o processo é divido em: CIMENTAÇÃO: cristalização de material carreado pela água que percola pelos vazios do sedimento (espaço de vazios deixados pelas partículas sólidas), preenchendo-os e dando coesão ao material; COMPACTAÇÃO: compressão dos sedimentos devido ao peso daqueles sobrepostos, havendo gradual diminuição da porosidade (redução dos vazios); AUTIGÊNESE: formação de novos minerais in situ. 5

6 ESTRUTURA DAS ROCHAS SEDIMENTARES As rochas sedimentares são caracterizadas por sua estratificação, pois são geralmente formadas de camadas superpostas que podem diferir uma das outras em composição, textura, espessura, cor, resistência, etc. Os planos de estratificação, também chamados de planos de sedimentação, são normalmente planos de fraqueza da rocha, que muito influem no seu comportamento mecânico. 6

7 INTEMPERISMO Intemperismo ou Meteorização: conjunto de processos mais geral que ocasiona a desintegração e decomposição das rochas e dos minerais por ação de agentes atmosféricos e biológicos. Importância geológica: destruição das rochas para originar solos, sedimentos e as rochas sedimentares. Benefícios econômicos: concentração de minerais úteis ou minérios (ouro, platina, pedras preciosas, etc). Formação de depósitos enriquecidos de Cu, Mn, Ni, etc. 7

8 INTEMPERISMO E EROSÃO INTEMPERISMO: fenômeno de alteração das rochas executado por agentes essencialmente imóveis. EROSÃO: remoção e transporte dos materiais por meio de agentes móveis (água, vento). 8

9 AGENTES DO INTEMPERISMO Físicos ou mecânicos (desagregação) variação da temperatura; congelamento da água; cristalização de sais; ação física de vegetais. Químicos (decomposição) hidrólise; hidratação; oxidação; carbonatação; ação química dos organismos e dos materiais orgânicos. 9

10 FATORES QUE INFLUEM NO INTEMPERISMO CLIMA: em regiões quentes e úmidas predomina intemperismo químico e em regiões geladas e nos desertos predomina intemperismo físico. TOPOGRAFIA. TIPO DE ROCHA. VEGETAÇÃO. 10

11 TIPOS DE INTEMPERISMO INTEMPERISMO FÍSICO: ação da variação da temperatura expansão - contração desintegração congelamento da água: aumento de volume de aproximadamente 10%. cristalização de sais: força de cristalização. ação física dos vegetais: crescimento de raízes. 11

12 INTEMPERISMO QUÍMICO A água, carregada de O 2, CO 2, e às vezes de nitratos e nitritos podem ficar impregnados de ácidos, sais e produtos orgânicos e iniciar ataques às rochas. Hidrólise: a reação de qualquer substância com a água. Íons de hidrogênio atacam e substituem outros íons (formação de novas substâncias). Ex: KALSI 3 O 8 + H 2 O HALSI 3 O 8 + KOH (feldspato, ortoclásio) Hidratação: adição de moléculas de água aos minerais formando novos compostos. Ex: CASO 4 + H 2 O CASO 4.2H 2 O Provoca também o aumento de volume desintegração. Carbonatação: (decomposição por CO 2 ) CO2 contido na água forma ácido carbônico. Ex: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 CACO 3 + H 2 CO 3 CA(HCO 3 ) 2 (calcita) + (ác. carb.) (bicarbonato de cálcio) 12

13 INTEMPERISMO QUÍMICO OXIDAÇÃO: qualquer reação quando os elétrons são perdidos de um elemento. Decomposição dos minerais pela ação oxidante de O 2 E CO 2 dissolvidos na água: hidratos, óxidos, carbonatos, etc. Minerais contendo Fe, Mn, S, Cu são mais susceptíveis à oxidação.ex: Fe ++ Fe +++ Fe(HCO 3 ) 2 + O 2 Fe 2 O 3 NH 2 O + HCO 3 (LIMONITA) DECOMPOSIÇÃO QUÍMICO-BIOLÓGICA: ação química dos organismos muito variada 13

14 DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS 14

15 DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS Grupo resultante da decomposição de um granito: minerais inalteráveis: quartzo, zircão e muscovita. resíduos insolúveis: argilas, substâncias corantes. substâncias solúveis: sais de K, Na, Fe, Mg e Sílica. Substâncias solúveis: geralmente transportado para o mar (salinização); regiões de alta evaporação (depósitos); sílica, geralmente depositadas em fraturas, e como material de cimentação. Substâncias insolúveis: podem permanecer no local; grãos de quartzo formam camadas de areia; partículas de argila são transportadas, e depois sedimentadas para formar camadas de lama. 15

16 CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES Prevalece o critério genético, sendo de origem externa. 16

17 ROCHAS SEDIMENTARES 17

18 ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA Também denominadas: clásticas ou detríticas são formadas a partir da desagregação de rochas pré-existentes pelo transporte da ação separada ou conjunta da gravidade, vento, água e gelo, e depositada posteriormente. A composição destes sedimentos reflete os processos de intemperismo e a geologia da área da fonte. Características: inicialmente inconsolidado constituindo o sedimento; dimensões das partículas: coloidais até centímetros e blocos maiores; após compactação e/ou cimentação rochas sedimentares ou rocha estratificada; substâncias cimentantes mais comuns: sílica, carbonato de cálcio, limonita, gipso, barita, etc. Subdivisões de acordo com diâmetros predominantes: grosseira; arenosas; argilosas. 18

19 ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA ROCHAS GROSSEIRAS Φ 2 mm e são originadas por depósitos coluviais de tálus e os de aluvião. Tipos: Conglomerados: fragmentos arredondados, transportados e depositados. O tamanho dos fragmentos varia de seixos até matacões. Brechas: fragmentos angulosos e cimentados por sílica, carbonato de cálcio, etc; o que demonstra que o transporte não foi muito grande. 19

20 ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA ROCHAS ARENOSAS São as mais representativas e comuns, com diâmetros entre 0,01 e 2 mm. Tipos: Arenitos: constituídas de partículas ou grânulos de quartzo detrítico, subangulares ou angulares. O cimento pode ser sílica, carbonato e cálcio, substâncias ferruginosas, etc. Siltito: granulação finíssima Φ 0,01 mm, formados por erosão fluvial, lacustre ou glacial. Apresentam camadas muito finas identificadas por diferentes faixas coloridas (películas de óxido de ferro). 20

21 ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA ROCHAS ARGILOSAS São representadas pelos mais finos sedimentos mecanicamente formados, com Φ 0,01 mm até dimensões coloidais. São divididos em três grupos: Grupo do caulim Grupo da montmorillonita Grupo das illitas (hidrômicas) Ex: folhelhos (camadas horizontais bem destacadas em planos) e argilito (planos horizontais são menos comuns). Folhelho. Fonte: Museu Heinz Ebert" rc.unesp 21 Argilito. Fonte: Museu Heinz Ebert" rc.unesp

22 ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA Resumo: as rochas sedimentares clásticas formam a grande família das rochas sedimentares. O tipo de sedimento originário concede o nome a rocha formada. 22

23 ROCHAS DE ORIGEM QUÍMICA Além dos produtos clásticos depositados mecanicamente, resultam do intemperismo compostos solúveis que tem destinos diversos. Estes compostos podem precipitar junto com as frações detríticas e sofrer cimentação. Entretanto, é importante frizar que a maior parte dos compostos solúveis são levados aos mares (salinidade): Calcárias: precipitados em bacias através de mudanças físicoquímicas do meio. Ex. mármore travertino, crescimento de estalactites e estalagmites, dolomitos, etc. Ferruginosas: origem inorgânica e química. Silicosas: precipitação de soluções cujo constituinte predominante é a sílica. Ex. sílex de origem química. Salinas: produto da precipitação química das bacias. Ex. cloretos, sulfatos, boratos, nitratos, etc. 23

24 ROCHAS DE ORIGEM ORGÂNICA São depósitos sedimentares devidos, direta ou indiretamente, à atividade animal e/ou vegetal de natureza diversa. Esses materiais acumulam-se principalmente no fundo dos mares: Calcárias: acúmulo de conchas ou carapaças de composição carbonatada. Carbonosas: acúmulo de matéria vegetal com posterior carbonização, total ou parcial, e consolidada. Compreende as turfas e carvão. Os carvões são classificados em lignito, carvão betuminoso e antracito conforme diminuição da porcentagem de matéria volátil e o aumento do conteúdo de carbono. rochas carbonatadas (calcáreo, giz); rochas fosfatadas (fosforito, guano); rochas ferríferas (limonita); rochas silicosas (diatomitos); rochas carbonosas (carvão, antracito). 24

25 ROCHAS SEDIMENTARES NÃO CLÁSTICAS RESIDUAIS Na condição de ações climáticas, topográficas e de vegetação, os solos de uma determinada região podem sofrer sensíveis modificações. A retirada e aumento de determinados componentes pode levar o solo ao concrecionamento em um primeiro estágio e a crustificação (geração de crostas) em um estágio final. Ex: cangas. 25

26 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES As rochas sedimentares bem cimentadas podem se constituir em bom material para blocos de fundação e de alvenaria, calçadas, meios fios, etc. Ex: arenito de botucatu. 26

27 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES Quando poucos cimentados ou trabalhados por agentes geológicos, as rochas sedimentares podem dar origem a depósitos de areias e pedregulhos ou de lamitos, com imensa utilização na construção civil, os primeiros no concreto e os últimos, na fabricação de tijolos e cerâmicas. 27

28 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES 28

29 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES 29

30 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES 30

31 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - ATERROS Os solos originados de rochas sedimentares, especialmente as argilo-arenosas, podem ser utilizadas com certa tranquilidade em aterros, já que combinando o atrito das areias com a coesão das argilas dão, como produto final, um material com boa resistência e de relativamente fácil trabalhabilidade. Os problemas surgem quando solos são predominantemente arenosos, pois são vulneráveis à erosão pela água das chuvas e ventos. 31

32 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TALUDES A estabilidade do talude está diretamente associada à direção do plano de estratificação da rocha. 32

33 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS A direção predominante do plano de estratificação da rocha é fundamental para o comportamento do maciço na frente de escavação e dos possíveis tipos de tratamento e escoramento. 33

34 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 1: túnel sempre nas mesmas camadas horizontais. Esta situação é desfavorárel, pois pode ocorrer desplacamento do teto por ação de flexão. 34

35 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 2: túnel corta camadas diferentes, mergulhantes. Situação desfavorável, pois com a escavação as placas de rochas tendem a ser descalçadas, originando grandes desmoronamentos. 35

36 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 3: túnel atravessa camadas verticais diferentes. Esta é uma situação favorável, pois não há descalçamento das placas de rocha na escavação. 36

37 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 4: túnel atravessa as mesmas camadas mergulhantes. Situação desfavorável no pé-direito do lado direito e favorável no pé-direito do lado esquerdo. Exigência de espessura assimétrica da abóboda de concreto armado. 37

38 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 5: túnel atravessa as mesmas camadas verticais. Situação desfavorável, pois as lajes são descalças durante a escavação. O desmoronamento é menor do que quando são encontradas camadas horizontais. 38

39 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 6: túnel atravessa camadas mergulhantes duas vezes. A situação é desfavorável no teto do pé-direito esquerdo e favorável no pé-direito lado direito. 39

40 Situação 1: muito estável APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - TÚNEIS Situação 2: pouco estável Situação 3: razoavelmente estável Situação 4: muito estável Situação 5: muito estável Situação 6: pouco estável (rocha ígnea diaclasada) 40

41 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - BARRAGENS O empuxo das águas provoca esforços horizontais que tendem a fazer com que a barragem deslize, independente do tipo de rocha de fundação. O que vai impedir o deslizamento será o atrito entre a base da barragem e a rocha. Para aumentar esse atrito é que se engasta a estrutura na rocha através da escavação de dentes. Em algumas situações desfavoráveis é comum a utilização de tirantes de aço ancorados abaixo do último plano de estratificação. Esta medida garante a estabilidade do maciço e aumenta a interligação da base da barragem com a rocha de fundação. 41

42 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - BARRAGENS Problemas de erosão: A erosão interna é provocada pela percolação de águas ácidas através das camadas, dissolvendo o carbonato de cálcio e deixando nas camadas vazios que irão progressivamente aumentando até atingirem cavernas de grandes dimensões. 42

43 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - BARRAGENS Problemas de erosão: A erosão externa é provocada pelas águas que saem da barragem, via estruturas hidráulicas como o vertedouro, a descarga de fundo, etc. Essas correntes turbilhonadas, via de regra dotadas de grande velocidade, poderão levar, em pouco tempo, um volume enorme de rochas sedimentares pouco ou medianamente cimentadas. 43

44 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - FUNDAÇÕES Os sedimentos recentes, atualmente concentrados nas planícies de inundação dos cursos d água (que estão em pleno processo de erosão-transporte-deposição e que ainda não sofreram mais diagênese, senão a pressão do próprio peso das camadas sobrepostas), mostram algumas características que influem nos projetos de fundações: presença d água muito próxima da superfície e a presença de camadas lenticulares de argila no perfil (argila mole). Outros problemas estão associados a rochas calcáreas em contato com águas ácidas, provocando erosão interna, e arenitos pouco cimentados que estão sujeitos a erosão externa. 44

45 APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS SEDIMENTARES - CARVÃO MINERAL O carvão mineral é uma rocha sedimentar combustível, de cor preta e de vital importância na moderna indústria, pois, além da sua utilização em usinas termelétricas e na siderurgia, constitui uma das principais matérias-primas na fabricação de vários tipos de plásticos e compostos químicos. 45

46 OBRIGADO PELA ATENÇÃO. Leituras: Capítulo 6 de CHIOSSI, N. J. (1975). e Capítulo II e III de LEINZ, V. (1998) Pesquisas adicionais: Bibliotecas, Internet, etc. 46