GEOLOGIA APLICADA A OBRAS CIVIS. Material G1

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1 Centro Universitário Luterano de Palmas CEULP / ULBRA Departamento de Engenharia Civil - DEC Engenharia Civil GEOLOGIA APLICADA A OBRAS CIVIS Material G1 Prof. Msc. Roberta Mara

2 Capitulo 1 Noções de Geologia Geral e Aplicada A geologia, no sentido amplo, é definida como o ramo da ciência que estuda a origem, formação, história física, evolução, composição mineralógica e estrutura da terra, através da pesquisa e conhecimento dos minerais e das rochas que compõem a crosta terrestre e das forças e processos que atuam sobre elas. A terra é constituída por três camadas distintas de materiais: Crosta Terrestre; Manto Terrestre: Núcleo O manto, a parte que se encontra entre o núcleo e a crosta, é formado por silício, ferro e magnésio em estado pastoso. Apesar de ser encontrado em estado sólido, acredita-se que permanece em estado pastoso em função das altas temperaturas, 3.400ºC. O núcleo possui duas partes principais, o núcleo interior e o exterior. Os conhecimentos que se têm sobre o interior da terra são obtidos por meios indiretos, através da propagação de ondas sísmicas provocadas pelos terremotos

3 A crosta terrestre não é estática, movimentando-se de forma lenta e continua. Esses movimentos são causados por forças internas (no manto) que contrapõem às forças externas devido à energia do sol e ciclo hidrológico. Possui placas tectônicas ou litosféricas que se movimentam de forma lenta e contínua sobre o manto. Tais movimentações ocorrem por causa das pressões que o manto exerce sobre a crosta, o que acarreta em deformações na crosta. Também sofre o rompimento de suas camadas rochosas resultantes da pressão do manto, provocando o vulcanismo, que se dá principalmente em regiões onde existe o encontro de placas tectônicas; e os terremotos que são vibrações induzidas pelos movimentos das placas litosféricas. A Crosta é separada do manto por uma interface ou região decontínua, denominada de descontinuidade de Mohorovicic

4 Conceito: Principais Minerais Formadores das Rochas Toda substância formada naturalmente, sólida ou líquida, inorgânica, homogênea e com composição química e estrutura definida. Como exemplo de o Quartzo. O conhecimento dos principais minerais formadores das rochas e suas características mais importantes permite ao engenheiro civil caracterizar o comportamento químico e mecânico de determinada rocha quando utilizada como material de construção civil, ou quando é escavada em túneis ou em taludes de cortes ou como suporte de fundações.

5 Propriedade dos Minerais As propriedades dos minerais são determinadas pela composição e estrutura, sendo as principais: CLIVAGEM: é a característica que o mineral possui de fraturar em uma direção preferencial plana e reflexiva. Esta relacionada a estrutura molecular do mineral. BRILHO: é a quantidade e intensidade da luz refletida na superfície do mineral.

6 Propriedade dos Minerais DUREZA: Reflete a resistência ao risco de um mineral. A dureza é classificada pela escala relativa de Mohs variando de 1 10, sendo que os minerais cujo número é maior riscam os minerais de número menor.

7 Propriedade dos Minerais Massa Específica: é a razão entre a quantidade da substância e o volume (v) correspondente. Flexibilidade: é a propriedade que o mineral possui de, após dobrado ou torcido, voltar a posição original. Exemplo: MICA Cor: Influenciada pela composição química. Traço: Propriedade que um mineral possui de, quando atritado sobre uma superfície áspera, produzir um traço sem riscar.

8 Principais Minerais Quartzo (SiO 2 ) Dióxido de Sílica: Possui grande estabilidade química, não se decompõe em contato com agentes da natureza, sofre apenas a ação física, até se fragmentar e tornar areia fina ou silte. Utilização: usados como pedregulhos e areias, para concretos e argamassas. Também empregado na fabricação de vidros. Pedregulho Quartzo verde de excelente qualidade, ideal para uso em arquitetura e para confecção de peças de artesanato. Jazidas próprias no estado da Bahia. Ocorre em rochas magmáticas, metamórficas e sedimentares

9 Principais Minerais Feldspatos: Pertencem a um dos grupos de minerais mais importantes na composição das rochas que ocorrem na crosta terrestre. È considerado o mineral básico na identificação e classificação das rochas magmáticas. É o principal constituinte dos granitos e gnaisses. Com o intemperismo sofrem alteração e meteorização, transformando em argilo-minerais por terem temperatura de fusão relativamente baixa e assim sendo empregados como geradores de massa vítrea nas massas cerâmicas e nos vidrados.. Aplicações: Fabricação de vidro, esmaltes(vidrados), placas cerâmicas, isoladores elétricos de porcelana, sinalização de estradas,louça sanitária, etc. Ocorre em rochas magmáticas e metamórficas

10 Principais Minerais Calcita (CaCO 3 ) Carbonato de Cálcio: Ocupa cerca de 4% da massa da crosta terrestre. Principal componente dos calcários. Calcita é um mineral de carbonato de cálcio, o carbonato de cálcio natural é o mais comum. Portanto, calcita é um mineral amplamente distribuído Utilização: matéria-prima para a fabricação do cimento Portland e da cal. É muito utilizada também como corretivo de solos na agricultura Britador de calcita O carbonato de cálcio puro ou calcita

11 Principais Minerais Dolomita (Carbonato de magnésio):possui as mesmas características da calcita. Utilização: matéria-prima para a fabricação de cimento e empregada como revestimentos de calçadões, paredes, jardins e cascatas.

12 Principais Minerais Gipsita (Sulfato hidratado de Cálcio): geralmente branco ou incolor, lamelar, brilho opaco, untuoso ao tato, ou fibroso, ph ácido. Utilização: na fabricação de gesso, cimento, moldes para fundição, giz, vidros, esmaltes, aglutinantes, corretivo do solo. Na aplicação do gesso na construção civil, como forros, placas divisórias (gesso acartonado), molduras, sancas. Em contato direto com o aço sofre corrosão Sanca Placas divisórias Placa de Gipsita

13 Principais Minerais Argilo-minerais: Denominados genericamente como argilas. Quando em contato com a água, as argilas adquirem plasticidade e se expandem. Ocorrem em solos, originados a partir do intemperismo químico de minerais contidos nas rochas, principalmente o feldspatos, e em rochas sedimentares como o arenito. De modo geral, o termo argilas refere-se às partículas do solo que possuem diâmetro inferior a 2 micrometros e das quais podem fazer parte diferentes tipos de minerais: silicatos lamelares de magnésio e de alumínio (filossilicatos), quartzo, feldspato, carbonatos, óxidos metálicos e até mesmo matéria orgânica. Utilização: Matéria-prima na fabricação de produtos cerâmicos, como tijolos, telhas e azulejos e cimento.

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19 Ambientes de Formação das Rochas Os três grandes ambientes geológicos geradores de rochas, também ditos petrogênicos são: Ambiente magmático; Ambiente sedimentar; Ambiente metamórfico. Tipos de Rochas As principais diferenças entre eles são definidas em termos de: Pressão; Temperatura; Composição química. A estes ambientes correspondem respectivamente, as rochas magmáticas, as rochas sedimentares e as rochas metamórficas.

20 a) Ambiente Magmático O ambiente magmático caracteriza-se geralmente por: i. Temperaturas elevadas (acima dos 800ºC); ii. Pressões muito variadas, desde muito baixas, no caso do Vulcanismo, a muito altas, no caso do Plutonismo, ocorrido no interior da Litosfera, variando num intervalo que reflete as diferentes profundidades a que pode ocorrer; iii. Variações de composição química, considerada restrita em comparação com ou outros ambientes.

21 b) Ambiente Sedimentar É praticamente o ambiente existente à superfície da Terra, caracteriza-se por: i. Baixos valores de temperatura e pressão; ii. Grande variabilidade na composição química dos materiais; iii. Proporcionar grandes transformações químicas, tais como a oxidação, carbonatação, hidrólise e a hidratação.

22 c) Ambiente Metamórfico. É caracterizada por um grande intervalo de pressões e temperaturas. Consoante o valor relativo de cada um destes dois parâmetros, o metamorfismo pode ser essencialmente térmico - Metamorfismo de Contato, ou essencialmente dinâmico - Metamorfismo Regional estreitamente ligado com a formação das cadeias montanhosas. Quanto à temperatura os valores não excedem, em regra, os 800ºC (valor que marca o início da fusão de parte dos minerais, isto é o começo do magmatismo). O ambiente metamórfico tem assim lugar em meio essencialmente sólido.

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24 Ciclo das Rochas ou Ciclo Petrogênico As rochas geradas num determinado ambiente geológico são estáveis enquanto permanecem nesse mesmo ambiente. Uma mudança nas condições do ambiente induz a transformações mais ou menos lentas de modo a que as rochas se adaptem e fiquem estáveis nessas novas condições. As principais alterações são: Textura e a criação de novos minerais de acordo com o novo ambiente, a partir da destruição de outros que mediante as novas condições deixam de ser estáveis.

25 Muitos dos minerais das rochas que se formam em zonas profundas da litosfera alteram-se quando chegam à superfície, dando origem a outros minerais que vão participar na formação das rochas sedimentares. Estas rochas, com o decorrer do tempo geológico podem ser sujeitas a novas condições termodinâmicas, originando rochas metamórficas e mesmo magmáticas quando há fusão do material.

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27 Ciclo das Rochas 1. Os sedimentos são sujeitos a processos físico-químicos que conduzem à formação de rochas sedimentares. À medida que estas rochas ou os sedimentos, vão atingindo zonas mais profundas da litosfera, a temperatura e a pressão aumentam dando-se então inicio a processos metamórficos com geração de rochas metamórficas. 2. Com a continuação do aumento de pressão e temperatura, as rochas podem fundir dando origem a um magma, completando assim o ciclo. Dentro deste ciclo existem ciclos menores, como se pode ver na figura abaixo, já que uma rocha magmática ou uma rocha sedimentar podem sofrer processos metamórficos e mesmo voltar a fundir originando um magma.

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33 Rochas magmáticas ou ígneas Aplicações Construção Civil - Edificações O granito é a rocha mais empregada na construção civil. Usos do granito: blocos p/pedestal de monumentos, alicerce, muros e meiofios, paralelepípedos e pedras irregulares p/ pavimentação, brita p/concreto e pavimentação, placas p/revestimentos. Depósitos de areia em regiões graníticas. O basalto tem utilização maior como brita. Porque não há depósitos de areia em regiões de basalto?

34 Rochas magmáticas ou ígneas Aplicações Aterros Solos graníticos são constituídos de grãos de quartzo e argila. Com isso, são excelentes materiais para construção de aterros pois aliam as duas componentes de resistência dos solos: ângulo de atrito devido aos grãos e coesão derivada das argilas. Esses solos tem pouca deformabilidade e média permeabilidade. Solos basálticos são mais argilosos e não oferecem as mesmas características de resistência embora tenham baixa permeabilidade. Isso origina a execução de aterros com paredes de menor verticalidade, taludes mais inclinados aumentando seu custo. SOLOS PROVENIENTES DE BASALTO POSSUEM GRÃOS PURAMENTE ARGILOSOS, RESISITINDO SOMENTE À COESÃO

35 Rochas magmáticas ou ígneas Aplicações Estradas Rochas graníticas fornecem brita de forma cubóide, ideal para uso em base de estradas devido a sua elevada resistência a compressão e ao desgaste. As restrições ficam por conta da pouca adesividade do asfalto em relação ao quartzo (uso de aditivos químicos). Basaltos fornecem britas de formato lamelar devido ao intenso diaclasamento dessas rochas diminuindo sua resistência.

36 ROCHAS ÌGNEAS USADAS NA ENGENHARIA ESTRADAS: AS ROCHAS GRANÍTICAS TÊM A GRANDE VANTAGEM DE FORNECER FRAGMENTOS DE BRITA DE FORMA CUBÓIDE, IDEAIS PARA O EMPREGO EM BASES DE ESTRADAS, FACE À ELEVADA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E AO DESGASTE QUE A ELAS CONFERE O PAVIMENTO É UMA ESTRUTURA CONSTRUÍDA APÓS A TERRAPLENAGEM E DESTINADA, ECONÔMICA E SIMULTANEAMENTE, EM SEU CONJUNTO A: - RESISTIR E DISTRIBUIR AO SUBLEITO OS ESFORÇOS VERTICAIS E HORIZONTAIS PRODUZIDOS PELO TRÁFEGO; - MELHORAR AS CONDIÇÕES DE ROLAMENTO E SEGURANÇA

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57 Resumindo A rocha metamórfica é a rocha resultante de um processo de alteração das condições originais que presidiram à sua gênese. Esta alteração das condições do meio vai ter como conseqüência uma resposta da rocha que terá que se adaptar às novas condições, podendo alterar a sua textura e os seus minerais constituintes passando a possuir outros mais estáveis nas condições actuais. Alguns destes novos minerais permitem avaliar as condições de pressão e temperatura a que as rochas estiveram sujeitas e designam-se por minerais-índice ou tipomorfos, como por exemplo, a estaurolite e silimanite e dizem-se também minerais característicos do ambiente metamórfico.

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60 Rochas sedimentares As rochas sedimentares resultam do transporte, acumulação e consolidação dos sedimentos, provenientes, quer da erosão de rochas preexistentes, quer da precipitação química de substâncias, quer de material correspondente a conchas, esqueletos, espículas de organismos mortos. Estas, constituem uma fina película, cuja espessura raramente ultrapassa os 2Km, cobrindo no entanto cerca de 80% da superfície do planeta, constituindo a maioria das suas paisagens. As rochas sedimentares sofrem um longo processo de transformações, que se inicia com a alteração e termina na diagénese ou litificação.

61 LITIFICAÇÃO 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);

62 CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA A FORMAÇÃO DE UMA ROCHA SEDIMENTAR 1. PRÉ-EXISTÊNCIA DE ROCHAS; 2. PRESENÇA DE AGENTES MÓVEIS OU IMÓVEIS QUE DESAGREGUEM OU DESINTEGREM AQUELAS ROCHAS; 3. PRESENÇA DE AGENTE TRANSPORTADOR DOS SEDIMENTOS; 4. DEPOSIÇÃO DESSE MATERIAL EM UMA BACIA DE ACUMULAÇÃO, 5. CONSOLIDAÇÃO DESSES SEDIMENTOS; -DIAGÊNESE TRANSFORMAÇÃO DO SEDIMENTO EM ROCHAS DEFINITIVAS. 6. AS ÁREAS DE OCORRÊNCIA SÃO DENOMINADAS BACIAS SEDIMENTARES. EXEMPLOS: BACIA SEDIMENTAR DO PARANÁ, BACIA SEDIMENTAR DE SÃO PAULO...

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76 3. Como surgiu a argila utilizada para artesanatos e fabricação de tijolos? Em quais lugares da natureza mais encontramos a argila? o conceito de rocha sedimentar detrítica e que a areia/solos ao sofrerem a ação intensa de ambiente aquoso foi dando origem ao solo argiloso. As argilas podem ter texturas e colorações diferentes, conforme a origem das rochas advindas.

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78 Centro Universitário Luterano de Palmas CEULP / ULBRA Departamento de Engenharia Civil - DEC Engenharia Civil GEOLOGIA APLICADA A OBRAS CIVIS AULA 3 SOLOS Prof. Msc. Roberta Mara

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80 SOLOS EM ENGENHARIA CIVIL EXEMPLOS DE USO E IMPORTÂNCIA DOS SOLOS: material de construção (barragens, aterros, estradas, muros de gabião, muros de solo reforçado, etc.) material a ser contido (cortinas atirantadas para cortes de estradas ou ferrovias, escavações para subsolos, diques, metrôs, encontros de ponte, etc.) material de suporte (fundações de prédios, pontes, barragens, píeres, etc.)

81 Originados de diferentes rochas Apresentam diferentes consistências/compacidades Diferentes teores de umidade Diferentes idades INFINITAS VARIAÇÕES DOS SOLOS: Compostos de diversos minerais em diferentes proporções

82 Índices físicos Os principais índices utilizados para indicar o estado do solo, estão listados na tabela a seguir. Vista da barragem de terra da margem direita da Usina Hidrelétrica Peixe Angical, durante sua construção no rio Tocantins, estado do Tocantins, Brasil.

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118 TERRA ROXA Terra roxa é um tipo de solo vermelho muito fértil, caracterizado por ser o resultado de milhões de anos de decomposição de rochas basálticas. Essas rochas basálticas eram pertencentes à Formação Serra Geral e se originaram do maior derrame vulcânico que o planeta já presenciou, causado pela separação do antigo supercontinente Gondwana nos atuais continentes América do Sul e África, na Era Mesozóica. É caracterizado pela sua aparência vermelho-roxeada inconfundível, devido à presença de minerais de ferro.

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122 Latossolo São solos muito profundos (maior que 2 m), bem desenvolvidos, localizados em terrenos planos ou pouco ondulados, tem textura granular e coloração amarela a vermelha escura

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125 ARGISSOLOS São aqueles que tem grande parte de suas partículas classificadas na fração argila, de tamanho menor que 0,002mm (tamanho máximo de um colóide). Não são tão arejados, mas armazenam mais água quando bem estruturados. São geralmente menos permeáveis, embora alguns solos brasileiros muito argilosos apresentam grande permeabilidade - graças aos poros de origem biológica. Sua composição é de boa quantidade de óxidos de alumínio (gibbsita) e de ferro (goethita e hematita). Formam pequenos grãos que lembram a sensação táctil de póde-café e isso lhes dá certas caraterísticas similares ao arenoso

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127 CAMBISSOLOS Estes são solos "jovens" que possuem minerais primários e altos teores de silte atê mesmo nos horizontes superficiais (os latossolos, por exemplo, podem ter muita areia ou argila, mas nunca têm teores altos de silte). O alto teor de silte e a pouca profundidade fazem com que estes solos tenham permeabilidade muito baixa. O maior problema, no entanto, é o risco de erosão. Devido à baixa permeabilidade, sulcos são facilmente formados nestes solos pela enxurrada, mesmo quando eles são usados com pastagensl. Contudo, existem cambissolos muito férteis no Brasil (com exceção do Cerrado).

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