MINERAIS E ROCHAS Geotecnia Ambiental 2015

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1 MINERAIS E ROCHAS Geotecnia Ambiental 2015

2 Sumário 1. INTRODUÇÃO Geologia Aplicada a Geotecnia Estrutura da Terra 2. MINERAIS E ROCHAS Propriedades dos minerais Minerais formadores de rochas Determinação prática dos principais minerais Rochas ígneas ou magmáticas Rochas Sedimentares Rochas Metamórficas

3 Introdução Problema de Engenharia? Qual a solução? Envolve conhecimentos geológicos? GEOLOGIA APLICADA A ENGENHARIA

4 Introdução Quais problemas? Barragens (acumulação de água/resíduos), Túneis e escavações, Obtenção de água subterrânea, Contenções de encostas (deslizamentos...), Taludes Materiais rochosos/terrosos para construção etc. ENGENHARIA GEOTÉCNICA ou GEOTECNIA

5 Introdução Estrutura da Terra Dinâmica interna tectônica novos relevos e depressões, planaltos, cadeias vulcânicas... Dinâmica externa erosão, sedimentação... Terra em permanente evolução!

6 Introdução Estrutura interna da Terra (Coch, 1995): Crosta continental: 50 a 150 km Crosta oceânica: 10 a 50 km Manto: 150 a 2900 km / temperatura o C Placas flutuam sobre o manto: montanhas + leves / fundos oceânicos + pesados Núcleo: 2900 a 6371 km

7 Introdução Tectônica de placas Ao se moverem as placas podem deslizar lateralmente entre si, afastar-se ou simplesmente se chocar.

8 Minerais e Rochas Minerais Substâncias naturais, inorgânicas, com composição química definida e estrutura atômica bem determinada Rochas Agregados de minerais Exemplo: Quartzo + Feldspato + Mica = Granito

9 Minerais e Rochas Propriedades dos minerais: Físicas Dureza resistência ao risco (gesso 2; diamante 10) Traço cor do risco do mineral (hematita vermelho) Clivagem direção das fraquezas (mica) Fratura se partem segundo superfície irregular (quartzo) Magnetismo atraídos pelo imã (magnetita) Brilho metálico (galena), não metálico (quartzo), vítreo (diamante) Cor Peso específico P/V Químicas reatividade com outras subsâncias

10 Minerais e Rochas Minerais formadores de Rochas Silicatos (>90%) Quartzo Feldspato Mica etc. Carbonatos Calcita Dolomita Óxidos de Ferro Hematita Magnetita Sulfatos Gesso

11 Minerais e Rochas Feldspato Cor clara Duro (6 a 10) Clivagem em 2 direções Opacos Translúcidos Abundantes entre os minerais! Quartzo Incolor Muito duro Sem clivagem

12 Minerais e Rochas Determinação prática dos principais minerais Claros Feldspato Quartzo Calcita Dolomita Não riscam feldspato com canivete quartzo Riscam com canivete mica calcita dolomita Faces planas feldspato Faces irregulares quartzo Soltam palhetas incolores e brilhantes Micas Não soltam palhetas, menos brilhante, reage com ácido Calcita ou Dolomita

13 Minerais e Rochas Rocha simples FORMADA POR UM MINERAL Quartzitos (quartzo) Rocha composta FORMADA POR MAIS DE UM MINERAL Granito (quartzo + feldspato + mica)

14 Tipos de Rochas De acordo com a sua génese (modo de formação) as rochas podem ser classificadas em TRÊS grandes grupos: Resultam da solidificação do magma, no interior ou à superfície da Terra. ROCHAS MAGMÁTICAS Basalto, granito, Formam-se a partir de outras no interior da Terra, por vezes a profundidades consideráveis, onde as condições de pressão e temperatura são elevadas. ROCHAS METAMÓRFICAS Xisto, mármore, Formam-se a partir do desgaste de outras e à superfície da Terra onde as condições de pressão e temperatura são diminutas. ROCHAS SEDIMENTARES Areias, calcário,

15 ROCHAS MAGMÁTICAS ou ÍGNEAS ignis = fogo

16 Rochas Magmáticas ou Ígneas ignis = fogo Mistura complexa de material rochoso fundido ( derretido ); apresenta uma componente gasosa. O magma pode ainda conter material sólido (se o ponto de fusão desses materiais forem superiores à temperatura desse magma)! Quando o magma ascende à superfície durante uma erupção passa a designar-se por lava (esta contém menor teor em gases). ROCHAS INTRUSIVAS OU PLUTÓNICAS Resultam do arrefecimento e solidificação do magma em profundidade. ROCHAS EXTRUSIVAS OU VULCÂNICAS Resultam do arrefecimento e solidificação do magma à superfície.

17 Rochas Magmáticas ou Ígneas O que as distingue? rocha encaixante Se o magma não ascender e não for expelido através de uma erupção vulcânica irá arrefecer lentamente, em profundidade Magma Se o magma apresentar um elevado teor em gases, torna-se menos denso que as rochas encaixantes e tenderá a subir e a ser expelido aí o arrefecimento será rápido e brusco!

18 Rochas Magmáticas ou Ígneas Granito Basalto

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20 Rochas Magmáticas ou Ígneas Rochas Intrusivas ou Plutónicas Rochas Extrusivas ou Vulcânicas Arrefecimento lento do magma em profundidade Há tempo para os cristais / minerais se poderem desenvolver (bem visíveis à vista desarmada)! Arrefecimento rápido do magma à superfície Não há tempo para os cristais / minerais se poderem desenvolver (muito pequenos ou invisíveis à vista desarmada). Granito Rocha de cor clara com minerais bem visíveis (quartzo, feldspatos, micas) Basalto rocha negra, compacta, por vezes com pequenos mas visíveis minerais de olivina

21 Rochas Magmáticas ou Ígneas Por vezes o arrefecimento do magma é tão brusco que não há formação de verdadeiros minerais. Apenas se está na presença de uma massa amorfa ou vítrea (sem organização em termos de átomos). Obsidiana ou Vidro vulcânico rocha magmática do tipo vulcânico ou extrusivo

22 Rochas Magmáticas ou Ígneas A identificação das rochas magmáticas tem por base a análise da composição química da rocha, bem como da sua cor e textura Tamanho, forma e arranjo dos minerais na rocha TEXTURA FANERÍTICA ou GRANULAR Minerais de grande dimensão TEXTURA AFANÍTICA ou AGRANULAR Minerais de pequena dimensão ou invisíveis à vista desarmada TEXTURA VÍTREA Não se conseguem identificar minerais

23 Rochas Magmáticas ou Ígneas Calçada dos Gigantes (Irlanda) cerca de colunas prismáticas de basalto indicam que ocorreu uma erupção vulcânica. Neste caso particular, a lava arrefeceu rapidamente em contacto com o mar e adquiriu aquelas formas. Se existem granitos podemos inferir que existiam bolsas de magma em profundidade. o qual cristalizou lentamente! A erosão das rochas subjacentes permite o seu afloramento!

24 Rochas Magmáticas ou Ígneas Ilha da Madeira paisagem basáltica Serra da Estrela paisagem granítica

25 Rochas Ígneas

26 Rochas Ígneas

27 Rochas Metamórficas

28 Rochas Metamórficas Quando uma rocha fica sujeita a pressões e temperaturas elevadas, torna-se instável e sofrerá profundas transformações físicas e químicas (mas sempre com a manutenção do estado sólido!!!!) Este processo pode ocorrer a profundidades variáveis na crosta da Terra e implica um rearranjo da forma e orientação dos minerais constituintes das rochas e, muitas vezes, a sua alteração! Podem formar-se novos minerais (recristalização) Gnaisse

29 Rochas Metamórficas CALOR Quebra ligações químicas entre átomos PRESSÃO / TENSÃO Reorienta os minerais TEMPO FLUIDOS DE CIRCULAÇÃO Permite a troca de alguns átomos dos minerais por outros

30 A zona mais superficial do nosso planeta está fragmentada em placas tectónicas. E estas movem-se, ainda que lentamente! e estas placas, durante o seu movimento, podem colidir ou afastar-se umas das outras. Quando duas placas continentais colidem, formam-se grandes relevos (cadeias montanhosas). Quando a colisão ocorre com uma placa oceânica (mais densa), esta irá mergulhar (subducção), afundando-se no sentido do interior da Terra! Existem placas tectónicas continentais (como a euro-asiática) e ôceânicas (como a placa do pacífico).

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32 Rochas Metamórficas A B C Em que locais será provável que ocorram fenômenos de metamorfismo? Nas zonas de subducção (onde ocorre a formação de magma devido às elevadas temperauras e onde a pressão é considerável) local A Nas zonas onde se estão a formar montanhas (onde a pressão é enorme e a temperatura é elevada devido ao atrito) local B

33 Minerais e Rochas Rocha metamórfica Metamorfismo de Rocha Sedimentar ou Ígnea modificação na composição atômica influência das diferentes condições do ambiente atual x ambiente formação Nova rocha - Novas propriedades Nova composição mineral pressões intensas ou elevadas temperaturas movimento intenso e constante do núcleo terrestre rochas pré-existentes são empurradas a níveis inferiores

34 Rochas Metamórficas tipos de metamorfismo Perto de intrusões magmáticas (bolsas de magma), as rochas que lhe estão próximas (rochas encaixantes) são alteradas (mas não chegam a fundir) devido ao calor. O tipo de rocha encaixante, a a quantidade de fluidos e a temperatura são factores determinantes do tipo de rocha metamórfica que se irá formar!

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36 Rochas Metamórficas tipos de metamorfismo Por exemplo, em zonas de colisão de placas tectónicas onde ocorre a formação de montanhas e dobras, a existência de elevadas pressões e temperaturas também provoca alterações nos minerais das rochas Gnaisse Xisto

37 Rochas Metamórficas as características A maioria das rochas metamórficas apresenta texturas características!

38 Rochas Metamórficas As rochas evidenciam FOLIAÇÃO Orientação e alinhamento dos minerais em planos aproximadamente paralelos Se houve forças, os minerais vão reorientarse (normalmente numa direcção perpendicular ao sentido dessa força)! A foliação, quando o metamorfismo é de um grau mais elevado, pode ainda traduzir-se numa característica/textura muito própria: a xistosidade! Planos de fragilidade ao longo dos quais a rocha costuma fracturar / partir com mais facilidade. Típico dos xistos.

39 Rochas Metamórficas FOLIAÇÃO Gnaisse rocha metamórfica Esta textura é típica do metamorfismo regional PORQUÊ? Esse é o tipo de metamorfismo que implica a ocorrência de deformações, de forças (são elas que vão reorientar os minerais)

40 Rochas Metamórficas O mármore não apresenta uma textura foliada Porque será? Mármore rocha metamórfica O mármore forma-se por metamorfismo de contacto, onde as forças têm pouca importância. Este tipo de metamorfismo dá-se por acção do calor, então os minerais não tenderão a orientar-se em direcções definidas

41 Rochas Metamórficas

42 Rochas Metamórficas

43 Rochas Metamórficas

44 Rochas Metamórficas

45 Rochas Sedimentares As Rochas Sedimentares são as mais comuns e são essencialmente formadas à superfície terrestre (baixas pressões e temperaturas) a partir de outras pré-existentes. Os sedimentos são os precursores das rochas sedimentares e encontram-se na natureza sob a forma de pequenas partículas, como areias, fragmentos de carapaças de seres vivos, etc Resultam do desgaste das rochas

46 SEDIMENTOGÉNESE (processo de formação e deposição de sedimentos) Rochas Sedimentares Desgaste das rochas (inclui fenómenos de meteorização e erosão) Transporte Sedimentação Diagénese ou Litificação (inclui fenómenos de compacção e cimentação e permite converter sedimentos soltos em rochas consolidadas)!

47 METEORIZAÇÃO As rochas pré-existentes que afloram à superfície ficam agora expostas a condições bem diferentes daquelas a que foram geradas tornam-se instáveis e, sujeitas ao contacto com a atmosfera, biosfera e hidrosfera irão alterar-se física (desagregando-se detritos ou clastos) e quimicamente (formando novos minerais, mais estáveis). A meteorização não implica qualquer transporte de material Rochas Sedimentares 1 DESGASTE DAS ROCHAS SEDIMENTOGÉNESE

48 Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 1 DESGASTE DAS ROCHAS EROSÃO Os materiais resultantes da meteorização (quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas partículas dissolvidas em água) são removidos muitas vezes para sítios bem longínquos! A erosão implica transporte de material As rochas foram desgastadas e desagregadas!

49 Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 1 DESGASTE DAS ROCHAS EROSÃO Os materiais resultantes da meteorização (quer sejam fragmentos grandes, quer pequenas partículas dissolvidas em água) são removidos muitas vezes para sítios bem longínquos! A erosão implica transporte de material As rochas foram desgastadas e desagregadas!

50 Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 2 TRANSPORTE O agente transportador (água, vento) irá transportar os detritos até que tenha força para tal Quando o agente transportador perder a dinâmica, os materiais irão depositar-se (sedimentos) O transporte é o processo físico responsável pela deslocação dos detritos!

51 Rochas Sedimentares

52 Rochas Sedimentares 2 TRANSPORTE SEDIMENTOGÉNESE A velocidade do agente transportador e o tempo a que as partículas ficam sujeitas a esse mesmo transporte determina o seu tamanho, bem como o seu grau de polimento /arredondamento!!!

53 Rochas Sedimentares 2 TRANSPORTE SEDIMENTOGÉNESE

54 Durante o transporte, os materiais sólidos vão sofrendo sucessivas alterações!

55 Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 3 SEDIMENTAÇÃO Deposição dos sedimentos nas chamadas bacias de sedimentação este processo é determinado pela força gravítica e pela perda de capacidade de transporte dos agentes responsáveis por esse processo.

56 A velocidade (energia) do agente de transporte influencia no tamanho da partícula transportada e sedimentada Matacões Pedregulhos + areia Blocos Areia+silte+argila

57 Praia do Forte Cabo Frio - RJ

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59 O ouro, por apresentar uma densidade elevada, tende a depositar-se nas secções mais a montante dos rios!

60 Rochas Sedimentares SEDIMENTOGÉNESE 3 SEDIMENTAÇÃO É durante este processo que podem também depositar-se restos de organismos ou das suas actividades (vão originar fósseis - são contemporâneos da rocha que os contém). A sedimentação ocorre maioritariamente em meio aquático - é que a água é um excelente agente transportador ); é também em meio aquático que é mais provável a ocorrência de fósseis (os restos mortais não estão sujeitos às instáveis condições climatéricas ou à acção de outros animais)!

61 Rochas Sedimentares A ordem de sedimentação é condicionada pelas dimensões e pela densidade dos sedimentos! Formar-se-ão (desde que não ocorram perturbações) ESTRATOS (camadas sobrepostas, paralelas e horizontais que se distinguem pela espessura, dimensão e coloração), nos quais é frequente encontrar fósseis! Primeiro depositam-se os mais densos e maiores e depois os mais pequenos e leves!

62 Rochas Sedimentares A homogeneidade de cada estrato implica que os materiais disponíveis e as condições de sedimentação se tenham mantido sempre constantes!

63 Rochas Sedimentares Cada estrato é limitado superiormente por uma zona chamada tecto e inferiormente por uma chamada muro

64 Rochas Sedimentares Mas nem sempre a estratificação (presença de estratos) típica das rochas sedimentares surge horizontalmente Em sedimentos fluviais e eólicos são frequentes casos de estratificação entrecruzada. Este tipo de estratificação revela uma variação na intensidade e/ou na direcção do agente de transporte. Se a direcção ou a velocidade da corrente se altera, também a orientação dos estratos subsequentes muda relativamente aos estratos inferiores.

65 Rochas Sedimentares Mas, após o desgaste (por erosão e meteorização), transporte e sedimentação, os sedimentos continuam soltos!!!! 4 DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Conjunto de processos físico-químicos que permite converter sedimentos soltos em rochas consolidadas! Nem todas as rochas sedimentares passam por este processo (Ex: areias)

66 Se a sedimentação for contínua, os sedimentos vão ocupando posições cada vez mais profundas e, por isso, os estratos mais inferiores vão experimentando um aumento gradual de pressão ainda que não se atinjam valores que causem metamorfismo!!!) Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Durante a diagénese os sedimentos irão sofrer algumas mudanças (Do gr. líthos, «pedra» +facère, «fazer»)

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68 Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO Cada novo estrato que se forma sobrepõe-se e comprime o estrato que lhe está abaixo progressivamente vai ocorrendo um afundamento! (obviamente, isto trará consequências )

69 Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO inclui 2 etapas COMPACTAÇÃO CIMENTAÇÃO

70 Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO COMPACTAÇÃO ou compacção Devido à compressão pelas camadas superiores, o volume dos espaços vazios entre os sedimentos (poros) diminui; ocorre também a perda da água que se encontrava nesses espaços!

71 Rochas Sedimentares DIAGÉNESE OU LITIFICAÇÃO CIMENTAÇÃO Algumas substâncias dissolvidas na água (sílica, carbonato de cálcio, óxidos de ferro) existente entre os sedimentos podem precipitar e, gradualmente, vão ocupar os pequenos espaços vazios que possam ainda existir, formando um cimento que irá unir os sedimentos. ROCHA CONSOLIDADA!

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73 Rochas Sedimentares Os principais ambientes sedimentares

74 Rochas Sedimentares 75 % das rochas que afloram à superfície e que se encontram a cobrir parte dos fundos oceânicos são sedimentares! Ainda assim, o seu volume é muito reduzido quando comparado com o volume ocupado em toda a crusta pelos outros tipos de rochas! É que as rochas sedimentares são muito difíceis de preservar (estão em permanente desgaste por estar à superfície).

75 Rochas Sedimentares Detríticas (consolidadas ou não consolidadas) Formadas por detritos de outras rochas. Quimiogénicas Resultam da precipitação de substâncias que estavam dissolvidas na água. Ex: conglomerados, brechas, argilas, areias, arenitos Ex:calcário, evaporitos (sal-gema),

76 Rochas Sedimentares Biogénicas - Formadas pela deposição de restos de organismos Ex: diamotitos, carvões, calcário conquífero

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