UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS. Trabalho de Graduação

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS Trabalho de Graduação Caracterização e análise de resistência para as rochas dos emboques do Túnel da Grota Funda - Rio de Janeiro, RJ Aluno Alex Uema Silva Orientador Prof. Dr. Rubem Porto Junior (DG/IA/UFRuralRJ) Junho de 2011

2 1 SILVA, ALEX UEMA Caracterização e análise de resistência para as rochas dos emboques do Túnel da Grota Funda - Rio de Janeiro, RJ Curso de Geologia / Departamento de Geociências Instituto de Agronomia / Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro UFRRJ [Seropédica] Ano 2011 Trabalho de Graduação Monografia Área de Concentração: Petrografia e Geologia de Engenharia II

3 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus por ter me dado forças e iluminado meu caminho para que pudesse concluir mais uma etapa da minha vida. Aos meus queridos e amados pais Carlos Alberto Bomfim Silva e Alice Mitiko Uema Silva por todo amor e dedicação que sempre tiveram comigo, meu eterno agradecimento pelos momentos em que estiveram ao meu lado, me apoiando e me fazendo acreditar que nada é impossível. Ao meu irmão Heitor Uema Silva pela cumplicidade e amizade em momentos difíceis e por nossas muitas risadas em momentos de alegria. À minha namorada Monique, por ter vivenciado comigo passo a passo todos os detalhes deste trabalho, por ter me dado todo o apoio que necessitava nos momentos difíceis, todo carinho, respeito, por ter me aturado nos momentos de estresse, e por tornar minha vida cada dia mais feliz. Ao meu orientador Rubem Porto Jr, que muito me ensinou durante toda a realização desse trabalho. Muito obrigado pela sua paciência, dedicação, disponibilidade e apoio que tornaram possível a conclusão desta monografia. À todos amigos que fiz durante o curso, pela verdadeira amizade que construímos, em particular aqueles que estavam sempre ao meu lado Vitor (Ipatinga), Marcelo (Muriaé) e Leda (Leitinho) por todos os momentos que passamos durante esses anos o meu especial agradecimento. Sem vocês essa trajetória não seria tão prazerosa. Aos meus amigos de São José dos Campos, Douglas (Duba), Ralf, Rafael Hirano, Rafael Antunes, Morena, Ana Luiza e Deise que muitas vezes tiveram que compreender a minha ausência e mesmo assim estiveram presentes durante esses anos. Aos colegas de curso Paulo Henrique de Carvalho Guimarães e Iuri Bomtempo Retamal pela ajuda na realização desse trabalho. Ao professor Euzébio José Gil que esteve sempre disposto a me ajudar. Ao pessoal da Geoenge pela atenção e pela oportunidade de estagiar no local onde esse trabalho foi realizado. Aos professores do Departamento de Geociências da UFRRJ pelos ensinamentos. À Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro por ser minha segunda casa durante esses anos da minha vida. III

4 RESUMO O presente estudo foi realizado na região dos bairros de Guaratiba e Recreio dos Bandeirantes na cidade do Rio de Janeiro. O objetivo principal foi a realização de análise de resistência das rochas encontradas nos Emboques do Túnel da Grota Funda que ligará estes dois bairros. Visou ainda mostrar que pequenas e rápidas abordagens geológicas podem minimizar vários problemas de engenharia. A área dos Emboques de Guaratiba e Recreio dos Bandeirantes localiza-se na porção sul do Maciço Pedra Branca. Na região de estudo foram identificadas grupos de rochas com litologias distintas. Basicamente, um grupo é formado por rochas gnáissicas (rochas encaixantes) e outro por rochas graníticas. Além disso, ocorrem diques de composição traquítica e diabásios. Para a realização do estudo foram coletadas 17 (dezessete) amostras, sendo que 8 (oito) dessas amostras fazem parte do conjunto de rochas do emboque de Guaratiba e 9 (nove) pertencem ao conjunto de rochas do emboque do Recreio. O estudo realizado permitiu a caracterização macroscópica das rochas, a análise de resistência através do teste do martelo de Schmidt e interpretações dos gráficos analisados. IV

5 ÍNDICE GERAL Agradecimentos... IIII Resumo... IV Índice Geral... V Índice Figuras... VI Índice de Tabelas... VII CAPÍTULO I: Introdução I.1. Aspectos Gerais da Pesquisa... I.2. Objetivos... I.3. Justificativa do Estudo... I.4. Localização e Acesso... I.5. Índice de Pluviosidade na Região CAPÍTULO II: Geologia da Região da Grota Funda e Adjacências II.1. Introdução... II.2. Aspectos Litoestratigráficos... II.3. Aspectos Petrográficos... II.4. Aspectos Estruturais... II.5. Tectônica Dúctil Proterozóica CAPÍTULO III: Processos de Alteração em Maciços Rochosos III.1. Caracterização da Alteração Intempérica... III.2. Caracterização da Alteração Hidrotermal CAPÍTULO IV: Metodologia Proposta para Avaliação do Caso CAPÍTULO V: Conjunto Rochoso Identificado nos Emboques do Túnel da Grota Funda V.1. Introdução... V.2. Amostras do Emboque de Guaratiba... V.3. Amostras do Emboque do Recreio dos Bandeirantes... V.4. Caracterização ao Microscópio das Transformações Hidrotermais V

6 CAPÍTULO VI: Ensaio Mecânico Aplicado as Conjunto Rochoso Estudado VI.1. Introdução... VI.2. Descrição do Ensaio... VI.3. Resultados Obtidos CAPÍTULO VII: Conclusão... CAPÍTULO VIII: Referências Bibliográficas Índice de Figuras Figura Legenda Página Figura 1 a) Emboque Recreio; b) Emboque Guaratiba 02 Figura 2 Localização do emboque no Recreio. 03 Figura 3 Localização do emboque em Guaratiba. 03 Figura 4 Dados de média de pluviosidade nas Estações Pluviométricas no entorno do Maciço da Pedra Branca. Figura 5 Médias de precipitação medidas pelas nas Estações Pluviométricas no entorno do Maciço da Pedra Branca. 04 Figura 6 Esboço geológico da região da Grota Funda. 13 Figura 7 Perfil comparativo entre as zonas de contato da Grota Funda e Pedra da Gávea (Turbay et al. 2002). 14 Figura 8 Séries reacionais de Bowen. 19 Figura 9 1) Biotita parcialmente cloritizada; 2) muscovita (pseudomorfo de plagioclásio, substituição total do grão original); 3) muscovita (pseudomorfo de biotita, substituição total do grão original). 34 Figura 10 Figura 11 Figura 12 Figura 13 Figura 14 Observar três estágios distintos de transformação em biotita: 1) grão levemente alterado. A cor verde intensa indica uma oxidação do Fe 2 para Fe 3 ; 2) grão que apresenta nível de alteração intermediário com formação de birds eyes (liberação de água da estrutura); e 3) grão já totalmente alterado com formação de clorita ao longo dos planos de clivagem. Tais processos devem ser associados ao hidrotermalismo progressivo. Observar cristais de plagioclásio mostrando-se fortemente alterados para saussurita; grãos de muscovita nos contatos ou próximos a microclina e plagioclásio e quartzo com extinção ondulante. A microclina não está afetada pelo processo hidrotermal. Observar grande grão pseudomorfo de muscovita formado a partir da substituição de biotita primária durante o processo metamórfico ou hidrotermal. A presença de grãos de plagioclásio fortemente saussuritizados no contato, apóia a possibilidade desta muscovita ser hidrotermal. Observar a forte hidrotermalização que atinge basicamente ao plagioclásio e a biotita, gerando saussurita, sericita carbonato e clorita. 1 e 2) biotita com birds eyes em estágio inicial de transformação para clorita/sericita; 3) plagioclásio fortemente saussuritizado (sericita/carbonato); 4) preenchimento de espaços nos grãos de microclina por carbonato VI

7 Figura 15 1) Megacristal de plagioclásio saussuritizado (geração de epidoto, carbonato e sericita); 2) Grão de biotita cloritizado; 3) Quartzo deformado (subgrãos); 4) Biotita parcialmente cloritizada; 5) 37 Plagioclásio totalmente saussuritizado; 6) Biotita primária transformada em muscovita; e 7) Biotita ( birds eyes ). Figura 16 Observar a geração de fases minerais oxidadas fruto de resíduo de processo de alteração hidrotermal que afeta o litotipo. 37 Figura 17 a) Aparelho em posição inicial (desarmado); b) Aparelho armado 38 Figura 18 Detalhes do esclerômetro Schmidt. 39 Figura 19 Esquema simplificado do funcionamento do esclerômetro. 40 Figura 20 Tabela de Schmidt. 42 Figura 21 Resultado gráfico para o ensaio sobre rochas graníticas do Emboque de Guaratiba. 43 Figura 22 Resultado gráfico para o ensaio sobre biotita gnaisse do Emboque de Guaratiba. 44 Figura 23 Figura 24 Figura 25 Figura 26 Resultado gráfico para o ensaio sobre granodiorito gnaisse do Emboque de Guaratiba. Resultado gráfico para o ensaio sobre granito do Emboque do Recreio. Resultado gráfico para o ensaio sobre quartzo diorito gnaisse do Emboque do Recreio. Resultado gráfico para o ensaio sobre traquito e diabásio do Emboque do Recreio Índice de Tabelas Tabela Legenda Página Localização das estações pluviométricas no entorno do Maciço Tabela 1 da Pedra Branca. 04 Tabela 2 Composição modal dos principais litotipos (%). 10 Tabela 3 Grau de alteração. 20 Resultados para o ensaio sobre rochas graníticas do Emboque Tabela 4 de Guaratiba. 42 Resultados para o ensaio sobre biotita gnaisse do Emboque de Tabela 5 Guaratiba. 44 Resultados para o ensaio sobre granodiorito gnaisse do Emboque de Tabela 6 Guaratiba. 45 Tabela 7 Resultados para o ensaio sobre granito do Emboque do Recreio. 46 Resultados para o ensaio sobre quartzo diorito ganisse do Emboque do Tabela 8 Recreio. 48 Resultados para o ensaio sobre traquito e diabásio do Emboque do Tabela 9 Recreio. 49 Resultados dos Testes de Resistência para o Granito Pedra Tabela 10 Branca. 51 VII

8 Capítulo I Introdução I.1 - Aspectos Gerais da Pesquisa O desenvolvimento urbano impõe um permanente repensar das cidades. A Cidade do Rio de Janeiro é neste momento um importante foco de transformações do meio urbano como função dos grandes eventos programados para acontecerem entre 2014 e Uma das grandes questões a serem remediadas para que a cidade suporte esta explosão desenvolvimentista se relaciona a possibilidade de facilitação de movimento no espaço urbano. Neste momento, uma enormidade de ações neste sentido vem sendo realizadas sob os auspícios da Prefeitura do Rio de Janeiro. Uma das ações mais importantes é a abertura do Túnel da Grota Funda, obra projetada e esperada há mais de duas décadas e que agora se implementa. Inserido na denominada Transoeste o túnel visa integrar a região de Guaratiba/Sepetiba de forma mais intensiva à malha urbana da Cidade. Hoje o acesso e deslocamento para estas áreas do extremo oeste da cidade impõe a utilização da Estrada da Grota Funda, construída há mais de 50 anos e que não suporta, desde há muito tempo, o volume de tráfego da região. A via Transoeste é um corredor expresso de 32 quilômetros que, portanto, ligará a Barra da Tijuca a Santa Cruz e ficará pronto em A construção do túnel tem duração prevista para 10 meses, abrindo caminho entre a Estrada do Pontal, no Recreio dos Bandeirantes, e o canal do Rio Portinho, em Guaratiba. A estimativa é que sejam feitas até três explosões por dia, usando entre 900 e quilos de explosivo. O novo túnel terá duas galerias com metros de comprimento. O corredor expresso vai reduzir pela metade o tempo médio de viagem entre a Barra da Tijuca e Santa Cruz, que hoje chega a duas horas e meia. A abertura do Túnel da Grota Funda é a segunda de três etapas de construção da Transoeste. Essa fase vai consumir 80% dos R$ 692,1 milhões previstos para o corredor expresso. Além do túnel, serão implantadas pistas laterais na Avenida das Américas, entre a Avenida Salvador Allende e a Estrada vereador Alceu de Carvalho. A ponte sobre o canal de Sernambetiba será duplicada, assim como os trechos da Avenida das Américas entre a Estrada do Pontal e a Rua vereador Alceu de Carvalho; e da saída do Túnel da Grota Funda até a Estrada da Matriz, também em Guaratiba. Parte das rochas explodidas está sendo usada na terraplanagem dos trechos que serão alargados na Avenida das Américas. As escavações começaram em setembro de Foram abertas quatro frentes distintas (duas em Guaratiba e duas no Recreio), que avançam ao ritmo de até nove metros 1

9 por dia. Passados nove meses, já é possível caminhar pelo interior das galerias. A expectativa é que as frentes de serviços se encontrem em quatro meses, exatamente um ano após o início das perfurações. Portanto, abertura do túnel da Grota Funda é de fundamental importância para que sejam estabelecidos os parâmetros necessários ao bom fluxo viário na região. I.2 Objetivos O trabalho aqui apresentado teve como objetivo a caracterização e avaliação dos materiais rochosos encontrados nos emboques de cada uma das duas frentes de escavação do túnel da Grota Funda. Para que tal objetivo pudesse ser alcançado, foram coletadas amostras das rochas ocorrentes em cada um dos emboques. Estas amostras foram descritas macroscopicamente, avaliadas a sua condição de alterabilidade e, por fim, foram submetidas a ensaios de resistência através do teste do Martelo de Schmidt. I.3 - Justificativa do Estudo A justificativa para a realização deste estudo foi o fato de que no início das escavações foram muitos os problemas encontrados pela empresa contratada para realizar a perfuração. Boa parte dos problemas aconteceram por haverem considerado que o maciço rochoso a ser escavado apresentava características geológicas homogêneas, o que não se mostrou real. Outro fator importante é que os emboques do Recreio (Figura 1.a) e de Guaratiba (Figura 1.b) estão localizados em áreas de tálus, sendo que o de Guaratiba de grandes proporções, o que gerou um perfil de solo muito maior do que aquele esperado e exigiu adaptação às técnicas de perfuração e a necessidade de colocação permanente de cambotas de sustentação. Figura 1 - a) Emboque Recreio b) Emboque Guaratiba. 2

10 I.4 - Localização e Acesso Os emboques estão situados nos bairros do Recreio dos Bandeirantes e Guaratiba. Os principais meios de acesso são: a Avenida das Américas (Emboque Recreio, Figura 2) e a Rua Estrela da Tarde (Emboque Guaratiba, Figura 3). Figura 2 - Localização do emboque no Recreio. Figura 3 - Localização do emboque em Guaratiba. I.5 Índices Pluviométricos na Região A região onde está sendo implantado túnel da Grota Funda pode ter seu índice de pluviosidade monitorado por várias estações que englobam o Maciço da Pedra Branca como um todo (Tabela 1). O nível de chuvas de uma região interfere diretamente na qualidade dos materiais rochosos. Os dados pluviométricos dessas estações, em 8 anos de medição, permitem constatar, através da avaliação de suas médias mensais, que a estação da Grota Funda destaca-se como aquela que apresenta o maior índice pluviométrico em todos os meses do ano dentre as estações analisadas, principalmente durante a época de chuvas de verão (janeiro e março), como uma média anual de 1433,93 mm (Figuras 4 e 5). 3

11 Tabela 1 - Localização das estações pluviométricas no entorno do Maciço da Pedra Branca. Figura 4 - Dados de média de pluviosidade nas Estações Pluviométricas no entorno do Maciço da Pedra Branca. Fonte: Dados analisados do Sistema Alerta Rio da GEORIO. Figura 5 - Médias de precipitação medidas pelas nas Estações Pluviométricas no entorno do Maciço da Pedra Branca. Fonte: Dados analisados do Sistema Alerta Rio da GEORIO. 4

12 Capítulo II Geologia da Região da Grota Funda e Adjacências II.1 - Introdução A geologia da área da Grota Funda envolve a ocorrência de granitóides de variadas texturas e estruturas, com um relacionamento temporal bem definido, além de gnaisses e migmatitos encaixantes, que chegam a formar um mega-enclave delimitado a sul/sudoeste da parte alta da Serra. Alguns granitóides possuem estruturas tanto lineares quanto planares que foram interpretadas como provenientes de fluxo magmático (Penha, 1984; Penha e Wiedemann, 1984; Porto Jr, 2004; Turbay et al. 2002). As rochas encaixantes são nitidamente ortognáissicas apresentando uma tendência à homogeneização, que pode ser localmente acentuada. O magmatismo básico de idade Terciária é representado por diques de diabásio, na sua maioria com espessura de poucos centímetros, podendo também atingir, mais raramente, até dezenas de metros, como ocorre na Praia Funda. O magmatismo alcalino, também de idade Terciária, é muito mais restrito, ocorrendo alguns diques de composições variadas (fonolito, traquito, bostonito, etc) sempre alterados hidrotermalmente. II.2 - Aspectos Litoestratigráficos O Maciço da Pedra Branca teve sua geologia delimitada inicialmente no mapa do antigo Estado da Guanabara (Helmbold et ai.,1965). Este trabalho pioneiro reconheceu rochas como um granito, aplitos, pegmatitos e granito hipoabissal (não mapeados/individualizados), de idade provável ordoviciana a siluriana, que circundariam granodioritos, quartzodioritos e equivalentes gnaissificados,de idade pré-cambriana. Estudos geológicos com mapeamento em variadas escalas (Penha, 1984; Penha e Wiedemann, 1984; Junho e Wiedemann, 1987; Junho, 1991, Turbay et al 2002; Porto Jr. 2004) têm revelado a ocorrência de granitóides com ampla variação composicional. Penha (1984) e Penha e Wiedemann (1984) identificaram rochas graníticas no maciço que foram enquadradas em duas suítes principais, com contatos gradacionais entre si. Uma suíte granodiorítica, que formaria o centro do corpo; e uma suíte granítica, restrita aos bordos da intrusão (Penha, op. cit.; Penha e Wiedemann, op., cit.). Estudos geoquímicos levaram à caracterização, para estas rochas, de um magmatismo calci-alcalino, similar ao tipo I - 5

13 Caledoniano, de característica intrusiva diapírica, com hibridização, contaminação crustal, processos de assimilação e mistura magmática (Junho, 1991). Levantamentos geológicos detalhados (1:5000 e 1:10000) realizados posteriormente têm revelado aspectos petrológicos importantes, como idades relativas, relacionamento com fases aplíticas e pegmatíticas, tipos de enclaves, estruturas, texturas, "emplacement" ( Porto Jr. e Valente, 1988) e processos petrogenéticos envolvendo mistura magmática, assimilação, hibridização e cristalização fracionada (Junho et al., 1988; Vasconcelos e Batista Filho,1989; Vasconcelos. 1990; Wiedemann et al, 1990; Junho, 1991, Correa, 1999; Porto Jr e Correa, 1999 e Porto Jr. 2004). No mapeamento regional realizado inicialmente (Helmbold et al., 1965), a região da Grota Funda e Barra de Guaratiba foi representada por granito na sua faixa oeste e por gnaisses da Série Inferior e intrusões básicas e intermediárias não separadas, na porção leste. A faixa leste foi interpretada por mapeamento regional posterior (Penha e Wiedemann, 1984) como uma zona de enclaves. Turbay et al. (2002) apresentaram trabalho específico sobre a região da Grota Funda. Segundo estes autores, as rochas encaixantes dos granitóides da área são gnaisses granodioríticos a quartzo-dioríticos migmatizados com estruturas e composições variadas. Sob um contexto regional, tais rochas se enquadram nos litotipos da Série Inferior de Helmbold et al., (1965), descritas por estes autores como ortognaisses e migmatitos variados, com paleossoma anfibolítico. Porto Jr (2004) apresentou uma estratigrafia para o conjunto gnáissico ocorrente na região que puderam ser assim relacionados: 1) Ouartzo-feldspato-biotita gnaisse mais antigo, muito deformado, com dobras intrafoliais bastante apertadas e padrões de interferência de dobramentos. São bandados, localmente migmatíticos, com pouco anfibólio e escassa titanita. A composição é essencialmente quartzofeldspática e considerando-se a intensa deformação pode ser sugerido que o bandamento, com segregação de leitos félsicos e máficos, seja conseqüência de diferenciação metamórfica; 2) Microclina-quartzo gnaisse, menos deformado, com dobras suaves e cisalhamentos localizados, schlierense corpos tabulares anfibolíticos, com megacristais oftálmicos de feldspatos, sem anfibólio. Não possui bandamento mas xenólitos do litotipo anterior são encontrados; 3) Hornblenda-quartzo gnaisse com aspecto milonítico, com boudinage, feldspatos oftálmicos, com hornblenda e titanita abundantes; 4) Quartzo-diorito gnaisse com textura granoblástica, clots máficos que conferem à rocha aspecto mosqueado, biotita como máfico principal e hornblenda, minerais opacos e titanita agregados em sua borda; 5) Migmatitos que ocorrem no extremo sul da área, especialmente junto aos contatos com o granito Pedra Branca. O magmatismo de caráter ácido e a intrusão de dimensões batolíticas, 6

14 que repercutiu em Barra de Guaratiba, pode ter sido responsável pela migmatização destes gnaisses com transferência de energia térmica. Na região estudada o gnaisse mais antigo aflora na Praia Funda, com dobras intrafoliais, bastante apertadas, sugerindo uma transposição de foliação e dobras mais suaves com planos axiais coincidentes com a foliação regional N70E. Possui um bandamento conspícuo, onde o máfico principal é a biotita, em parte pós-cinemática, contornando poiquiloblastos de feldspato. Outro tipo gnáissico, de origem comprovadamente ígnea, de cor cinza claro, possui dobras suaves, megacristais subédricos de feldspato potássico e xenólitos deformados. Estes dois litotipos estão concentrados em uma faixa gnáissico-migmatítica no extremo sul da área, onde adquirem localmente estruturas que perturbam a foliação regional. Todos os gnaisses desta faixa possuem textura granolepidoblástica inequigranular com megacristais amebóides (feldspato potássico e/ou plagioclásio) com poucas inclusões e lamelas de geminação dobradas e pouco nítidas. Esta faixa está limitada ao norte pelo granito Pedra Branca (Porto Jr. e Valente, 1988). Ocorrem ainda três outros litotipos gnaissificados. Um destes foi mapeado como um mega-enclave, aflorante ao sul da área, a leste da Ponta do Picão. Trata-se de um ortognaisse, com enclaves deformados, com granulação média a grossa e com feições cisalhantes conspícuas. É cortado por corpos tabulares, melanocráticos, ricos em plagioclásio cálcico, hornblenda e biotita. Outro litotipo de ocorrência mais restrita é escuro, de granulação fina, com uma foliação bem definida apresentando aspecto milonítico, boudinage e alcali-feldspatos oftálmicos, sugerindo esforços tensionais. Tem textura lepidoblástica, e feldspatos com extinção ondulante freqüente. A biotita possui finos bordos de reação e podem ocorrer porfiroblastos anédricos de feldspato não geminado e quartzo. Poiquiloblastos euédricos de plagioclásio geminado com inclusões de biotita, minerais opacos, anfibólio e minerais acessórios caoticamente distribuídos ocorrem com freqüência. A geminação destes grãos é descontínua e mal formada. O anfibólio está subordinado à biotita. O último dos litotipos gnaissificados da encaixante é um quartzo diorito gnaisse, de cor clara e aspecto mosqueado no campo, com textura granolepidoblástica e granulação que varia de média a grossa e clots formados por hornblenda, biotita, titanita e minerais opacos que são os responsáveis pelo aspecto mosqueado da rocha. Tem como máfico principal a biotita, com hornblenda, minerais opacos e titanita agregados em sua borda. O quartzo é pouco freqüente e ocorre em grãos xenoblásticos finos ou como parte da mirmequita. Alguns grãos maiores de plagioclásio e feldspatos não geminados ou mal geminados possuem extinção ondulante. As relações entre os feldspatos são bastante complexas. Há plagioclásios geminados, mas em alguns grãos as lamelas estão difusas, não possuem continuidade, ou estão deformadas especialmente nos grãos maiores. É comum estes possuírem inclusões de outros feldspatos não geminados, em geral anédricos. Ocorrem também feldspatos micropertíticos subédricos não geminados, alguns com inclusões de plagioclásio anédrico com geminação polissintética, 7

15 em grãos finos e orientados, que aparecem com dimensões similares aos de plagioclásio e geralmente próximos a estes. A textura granolepidoblástica é denotada pelo crescimento de grãos de biotita, (+/- hornblenda), em agregados com titanita, minerais opacos e apatita nas bordas dos grãos de feldspatos, sejam plagioclásio (mais comum) ou feldspato potássico (raro). Suíte intrusiva Na região da Grota Funda - Barra de Guaratiba afloram granitóides de composições variadas e diferentemente estruturados, tanto internamente quanto na forma de ocorrência, e que serão descritos em ordem cronológica, desde o evento mais antigo até o mais recente. Com menor presença em área, ocorrem ainda uma gabro (meta gabro) de idade não conhecida e um anfibolito representante da rocha encaixante. Granodioritos e quartzodioritos Aflorantes na parte centro norte, a oeste e a leste, representam o primeiro evento ígneo intrusivo observado. A Estrada da Guanabara que liga a região do recreio até Grumari exibe ótimos afloramentos deste conjunto litológico. Essas rochas possuem xenólitos de todos os tipos de gnaisses encaixantes. Os afloramentos importantes ocorrem ainda nas Praias do Meio, Pequena e Perigosa, onde - especialmente na primeira - estão muito bem expostas suas relações com outro granitóide imediatamente posterior, o granito Pedra Branca, além da estrada anteriormente citada. Os enclaves possuem formas variadas. Aqueles caracteristicamente reconhecidos como xenólitos são, em geral, angulosos, não demonstrando, sob análise megascópica, reações com o magma envolvente, mantendo razoavelmente suas estruturas gnáissicas. As dimensões destes enclaves variam pouco, sendo a maioria de dezenas de centímetros, Outros enclaves microgranulares são menores, melanocráticos, elipsóides e sem orientação, demonstrando sob análise também megascópica, muita reação com o magma envolvente, estando alguns deles já bastante assimilados. Eles estão orientados segundo a débil foliação observada nestas rochas (N70E/40SE). Sob o microscópio, estes litotipos apresentam grãos de feldspato e quartzo com freqüente extinção ondulante, uma sutil orientação de biotitas e anfibólios e intercrescimento mirmequítico, com quartzo vermicular bastante desenvolvido. Microclina ocorre restritamente, com geminação do tipo tartan apenas nos bordos dos grãos, que em geral são hipidiomórficos e menores que os de plagioclásio. Estes ocorrem como grãos maiores também hipidiomórficos com muitas inclusões de minerais acessórios (apatita, zircão, minerais opacos, biotita e outros plagioclásios e feldspatos não geminados), muitas das quais orientadas dentro do grão. O plagioclásio, a semelhança dos feldspatos não geminados da microclina e do quartzo, está com extinção ondulante. Composicionalmente existe uma variação de termos granodioríticos (predominantes) até quartzo-dioríticos (mais subordinados), com relações de contato gradacionais. 8

16 Pequenos veios aplíticos, de poucos centímetros de espessura, oriundos do granito Pedra Branca próximo, penetram concordantemente os planos de foliação deste litotipo, conferindo à rocha, por vezes, um aspecto local de migmatito de injeção. Granito Pedra Branca Este litotipo é o granitóide que aflora na maior parte da área. Ocorre em Guaratiba e na Grota Funda como comumente o faz em outros pontos do maciço: apresentando variações texturais localizadas. Sua textura é porfirítica, com megacristais de 3,0 cm, em média, tendo sido observados cristais com até 7,0 cm. Estes megacristais dominam em uma matriz média à grossa, de composição granodiorítica a quartzo-monzonítica. Os megacristais são de microclina micropertítica com inclusões dos outros minerais que aparecem na matriz. A microclina micropertítica também ocorre em grãos menores na matriz, subordinadamente ao plagioclásio, que se altera para carbonato e mica branca. O quartzo é xenomórfico, com alguma extinção ondulante. Biotita é o máfico principal e intercrescimento mirmequítico é feição comum. Os megacristais de microclina estão orientados de forma planar e/ou linear com atitudes variadas, conferindo à rocha uma foliação e lineação primárias que têm sido interpretadas como originárias, de fluxo magmático (Penha, 1984; Penha e Wiedemann, 1984; Porto Jr & Valente, 1988). O granito Pedra Branca engloba xenólitos de todos QS gnaisses encaixantes e do granodiorito anteriormente descrito, que podem formar enclaves elipsóides orientados segundo a foliação observada no granito. Estes enclaves também podem ocorrer com formas angulosas menos freqüentemente. As intrusões são variadas, podendo se ocorrer como apófises, concordantes à foliação gnáissica geral, ou ainda discordante desta (menos freqüente). Texturas pegmatíticas em veios centimétricos podem se desenvolver especialmente nas intrusões de menor volume do Granito Pedra Branca. Ocorrem ainda bolsões e veios pegmatíticos freqüentes, com formação de microclina, quartzo e biotita, além de magnetita de grandes dimensões (até 10,0 em). Mesmo onde não há muita movimentação de xenólitos, o magma envolvente é capaz de alongar as extremidades daqueles e contorcê-ios, muito provavelmente devido ao baixo contraste de viscosidade entre o magma e suas encaixantes. Granito Favela Corresponde ao último evento intrusivo granítico da área. Trata-se de um granito de textura porfirítica, onde megacristais de microclina idiomórficos em média com 1,5 cm estão dispersos em uma matriz fina de composição granítica. Diques espessos com cerca de até 30 metros de espessura, subhorizontais, além de diques menores, com menos de 5 metros de espessura, subverticais são as formas de ocorrência mais comuns. Por vezes podem ser identificados pela existência de campos de matacões ín sítu ou movimentados alinhados, com relações de campo que deixam claro seu posicionamento sob a forma de dique. 9

17 Semelhantemente ao granito Pedra Branca, os megacristais do granito Favela (Pires et ai.1982) estão alinhados paralelamente aos bordos do dique, assim como os enclaves surmicáceos que nele são encontrados. Os megacristais concentram-se proximamente aos contatos e esta rocha engloba xenólitos de todos os gnaisses e intrusivas já descritas. II.3 - Aspectos Petrográficos O anfibolito (Tabela 2) é uma rocha de caráter anisotrópico, eventualmente com um sutil bandamento metamórfico, o que lhe confere uma estrutura gnáissica, podendo estar inalterados ou parcialmente alterados. Tabela 2 - Composição modal dos principais litotipos (%). Rocha Metagabro Granito Pedra Branca Rocha Anfibolitica Plagioclásio Gnaisse Mineral K-feldspato Plagioclásio Quartzo Hornblenda Biotita Outros* *Inclui os minerais acessórios, minerais opacos e secundários Possui granulometria variando de fina a média, coloração escura e estrutura maciça, com resquícios de textura magmática granular, podendo por vezes conter até 38% de quartzo (tabela 2). Por vezes assume um caráter francamente venular, sendo injetado por veios aplíticos quartzo-feldspáticos e pegmatíticos provenientes do granito, preferencialmente junto aos planos de foliação, mas podendo também ser oblíquos a estes. Sua relação de contato com o plagioclásio gnaisse parece ser intrusiva, com sills de até ½ metro de espessura, em alguns locais estirados e boudinados. Podem, ainda, ocorrer sob a forma de enclaves em áreas restritas, ou em afloramentos de maior continuidade, ao longo da parte mais elevada da Serra da Grota Funda. Os veios aplíticos podem, em certos casos, fragmentar os enclaves individualizando pedaços de menores dimensões, geralmente com formas quadráticas. Os anfibolitos maciços possuem textura granonematoblástica, com disposição preferencial dos grãos de hornblenda segundo um plano de foliação mal definido. Sua composição mineralógica é dada por hornblenda, quartzo, plagioclásio e biotita. 10

18 A hornblenda perfaz cerca de 56% do seu volume (tabela 2) em grãos predominantemente xenoblásticos. Núcleos de piroxênio preservados podem ser observados em alguns cristais de anfibólio. O plagioclásio possui contatos poligonizados. São grãos médios, geminados pela Lei da Albita ou por Carlsbad e representando 37% do volume da rocha. Podem apresentar crescimento sintaxial estando, em geral, saussuritizados. O quartzo é xenoblástico, ocorrendo em pouco volume. Titanita ocorre envolvendo grãos de minerais opacos, o que sugere que os mesmos possam ser uma ilmenita ou titano-magnetita. Os anfibolitos bandados possuem textura granolepidonematoblástica inequigranular. O arranjo granoblástico é dada pelo quartzo e plagioclásio e o lepidonematoblástico pelos grãos de biotita e hornblenda. De ocorrência restrita tem se minerais opacos e apatita. Os grãos de hornblenda são predominantemente xenoblásticos, de cor verde oliva podendo chegar a tipos hipidioblásticos, contendo raras inclusões de apatita. A biotita possui volume variável neste litotipo, podendo, em certas ocasiões, estar completamente ausente, e em outras possuir quantidades superiores à hornblenda. Pode ocorrer formando grumos com o hornblenda e os minerais opacos.o plagioclásio possui contornos poligonais ou do tipo embayment. Algumas vezes pode ser observada a presença de inclusões de biotita, apatita, minerais opacos, e, mais raramente, anfibólio. O quartzo é xenoblástico, intersticial, com inclusões de anfibólio. Os minerais opacos são hipidioblásticos ou xenoblásticos, podendo apresentar titanita em suas bordas. Esta litofacies apresenta uma porcentagem de quartzo e biotita maior que nos anfibolitos maciços. Em algumas porções, texturas granulares de origem magmática compostas por quartzo e plagioclásio, encontram-se circundadas por texturas granoblásticas e granolepidonematoblástica, caracterizando uma feição magmática reliquiar. O plagioclásio gnaisse de composição quartzo a granodiorítica (Tabela 2) possui finas bandas biotíticas intercaladas à bandas leucocráticas de espessuras variadas, geralmente centimétricas, formadas por plagioclásio, quartzo e microclina. Trata-se de um litotipo inequigranular com granulometria variando de fina a média. Sua textura é predominantemente granolepidoblástica a porfiroblástica, com megacristais de plagioclásio. Sua tonalidade geralmente é clara, mas também pode-se observar porções acinzentadas mais escuras. Ao microscópio observam-se como minerais acessórios apatita, zircão e minerais opacos. Sericita e saussurita ocorrem como produtos de alteração. A biotita quase sempre está associada aos minerais opacos, adquirindo, em certos casos, um caráter poiquilítico, incluindo grãos de apatita. O plagioclásio é xenoblástico, podendo variar para tipos hipidioblásticos. Em alguns casos observa-se crescimento sintaxial, com o cristal crescendo e englobando grãos de minerais adjacentes. O K-feldspato apresenta-se hipidioblástico. São grãos micropertíticos, ricos em inclusões de zircão e de quartzo em forma de gotas. Os minerais opacos constituem agregados granulares junto à biotita. Os contatos do plagioclásio gnaisse com o anfibolito são bem definidos, marcando uma clara relação temporal. Sua zona de contato com o Granito 11

19 Pedra Branca é irregular e marcado por interdigitações, ao longo da subida da serra, em direção à Guaratiba. O metagabro observado na região (tabela 2) possui uma textura mosqueada, granoblástica, constituída por clots de biotita e hornblenda, com granulometria média a grossa. Aflora nas porções topograficamente mais baixas, a aproximadamente cem metros do entroncamento da Av. das Américas com a Estrada dos Bandeirantes. A rocha apresenta-se cortada por veios pegmatíticos, de composição granítica, dispostos segundo um padrão de fraturas de atitudes 320º/60º, 215º/62º e 078º/90º. Tais veios tendem a formar bolsões em sua porção basal, afinando em direção ao topo, até desaparecer. Suas bordas são enriquecidas em biotita e hornblenda, com o metagabro tornando-se francamente mais máfico. A composição mineralógica do metagabro dada por hornblenda, plagioclásio, quartzo e biotita, evidencia uma paragênese mineral em fácies anfibolito (Winkler, 1979). A hornblenda contém inclusões de biotita e exibe núcleos reliquiares de piroxênio. A biotita geralmente aparece associada à hornblenda, por vezes desenvolvendo-se a partir de seus planos de clivagem. Os grãos de plagioclásio contém inclusões de biotita, zircão, hornblenda e apatita. Grãos menores de plagioclásio, em geral, apresentam formas arredondadas com bordas corroídas, podendo figurar como inclusão nos grãos de maiores. Os minerais opacos são representados por finos grãos xenoblásticos, arredondados, inclusos em plagioclásio e hornblenda. O granito megaporfirítico (tabela 2), ou Granito Pedra Branca (Porto Jr. & Valente, 1988), predomina em área na Serra da Grota Funda. Trata-se da ocorrência da fácies bandada, correspondendo a um granito de coloração rósea denotada por megacristais de microclina pertítica dispostos segundo uma direção planar determinada pela ação de fluxo magmático. Esta litofácies apresenta uma matriz de coloração acinzentada onde destacam-se os megacristais idiomórficos de microclina que variam de um a seis centímetros de comprimento. A fácies hololeucocrática aflora em uma pequena porção da Serra, interestratificada à fácies médiahomogênea, no início da serra, em direção a Guaratiba. Apresenta uma textura equigranular, de aspecto sacaroidal, granulometria média, com grãos hipidiomórficos. É composta por microclina, quartzo, biotita e plagioclásio, além de acessórios comuns como zircão. A biotita ocorre em menos de 7% em volume associando-se aos minerais opacos na formação de pequenos grumos. Pequenas gotículas de quartzo são observadas inclusas em grãos de microclina, ou sob a forma de mirmequitas. O zircão e a apatita geralmente estão próximos aos clots de biotita e minerais opacos. Na parte centro-oeste da serra observa-se uma intrusão leucogranítica, que corta os litotipos metamórficos e o próprio granito Pedra Branca. Esta intrusão é interpretada como sendo proveniente de fases magmáticas tardias, francamente ácidas, podendo tratar-se da ocorrência da Unidade Leucogranítica de Porto Jr (1994) na região. 12

20 Diques de rochas básicas e alcalinas meso-cenozóicas (diabásios, basaltos, fonolitos e bostonito) cortam todos os conjuntos anteriores. Os diques basálticos possuem espessuras variadas, de decimétricas a métricas. São rochas escuras, afaníticas, com textura ofítica a subofítica, ocorrendo em diques verticalizados que apresentam esfoliação esferoidal e capa de alteração ferruginosa. Devido à facilidade com que são intemperizados, geralmente condicionam a formação de drenagens. Ao microscópio observa-se textura ofítica a sub-ofítica, denotada pelo arranjo dos grãos de plagioclásio, clinopiroxênio e minerais opacos. Os diques de rocha alcalina variam composicionalmente, mas há o predomínio dos tipos traquíticos, como o bostonito. Afloram em diques de menores dimensões (centimétricos a métricos), com coloração variando do marrom ao cinza. São tipos microfaneríticos estando, em geral, bem preservados. A classificação das rochas em diagrama QAP pode ser observada na figura 3. II.4 - Aspectos Estruturais As unidades metamórficas, correspondentes às rochas encaixantes, afloram na porção superior da serra, formando um corpo ligeiramente inflexionado com mergulhos para SE (155º/ 44º) e SW (222º/40º), como que imerso na massa granítica. Este corpo exibe duas zonas de contato com a massa granítica: uma inferior, brusca e outra superior, gradacional, com injeção de material granítico ao longo dos litotipos metamórficos encaixantes (Turbay et al 2002) (Figura 6). Figura 6: Esboço geológico da região da Grota Funda. (Turbay et al. 2002). 13

21 A zona de contato inferior não possui enclaves propriamente ditos, mas prolongamentos da encaixante de até 4 m de comprimento, adelgaçados e deformados pela intrusão evidenciando o que pode ser o início da individualização dos corpos xenolíticos. As zonas de contato não possuem uma geometria uniforme e retilínea, e sim irregular. Na zona de contato superior da rocha encaixante com o Granito Pedra Branca, algumas feições semelhantes as descritas por Motoki (1991) para Pedra da Gávea foram caracterizadas. O autor acima citado, individualizou seis faixas subhorizontais no contato entre a base de um corpo granítico e sua encaixante. Estas faixas foram caracterizadas do nível inferior ao nível superior respectivamente: 1) rocha encaixante não afetada, 2) rocha encaixante fraturada com textura venular, 3) faixa agmática, formada pela mistura de rocha encaixante e granito de textura agmática, com xenólitos angulares e magma ocupando menos de 30% do volume total, 4) Faixa de xenólitos, caracterizada por possuir xenólitos semiangulosos de contornos arredondados imersos em 60 a 90% de material granítico, 5) faixa de enclaves, com enclaves de formas mais planares que as anteriores, deformação plástica e zonamento de biotita nas bordas, imersos em mais de 90% de material magmático granítico, 6) granito porfirítico., excetuando-se as chamadas faixas agmática e de xenólitos. Na região da Grota Funda (Figura 7) observa-se uma faixa venular com veios aplíticos de dimensões de 0.6 a 8 cm, concordantes a foliação da encaixante ou mesmo perpendiculares a ela, além de bolsões graníticos de espessura métrica, injetados a partir do corpo magmático. Abaixo dela segue uma faixa de enclaves apresentando xenólitos deformados e fusiformes, exibindo contatos bruscos ou gradacionais com a rocha circundante, formando, na periferia dos enclaves bordas enriquecidas em biotita. Três zonas de enclaves foram associadas a porção superior do corpo metamórfico. A primeira localizada na porção leste da serra, na subida em sentido à região de Guaratiba, a segunda em sua porção centro-oeste, e a terceira, a oeste, no início da descida para a Baixada de Guaratiba. Figura 7: Perfil comparativo entre as zonas de contato da Grota Funda e Pedra da Gávea (Turbay et al. 2002). 14

22 As zonas de enclaves exibem litotipos metamórficos e seus correspondentes migmatizados. Os contatos dos enclaves com o granito variam, podendo ser bruscos, como no caso dos enclaves anfibolíticos, até gradacionais, como os observados nos enclaves dos tipos gnáissicos. As medidas para direção de seus eixos indicam uma ondulação, de SW-NW (260º/20º a 280º/24º), para NE-SE (080º/25º a 130º/25º), similar aos megacristais de microclina do Granito Pedra Branca. Os enclaves anfibolíticos apresentam-se, via de regra, adelgaçados e fusiformes, com as extremidades em forma de cunha, podendo ser cortados por veios aplíticos quartzofeldspáticos e possuir bordas enriquecidas em biotita. Os enclaves gnáissicos exibem formas mais poligonizadas, apresentando em, geral, bordas de reação que evidenciam um certo grau de assimilação de material pelo magma do granito Pedra Branca. Estas feições, entretanto, são localizadas e restritas em volume. Por vezes observa-se megacristais de microclina injetados para o interior dos enclaves gnáissicos, evidenciando um certo nível de plasticidade adquirido pelo enclave e caracterizando uma mistura mecânica de magmas representada pela presença do xenocristal e do enclave propriamente dito. Medidas de planos de contato entre a parte superior do corpo metamórfico (aqui representado pelo plagioclásio gnaisse) com o Granito Pedra Branca, na porção leste, forneceram valores com mergulhos para SE e SW (155º/65º e 228º/40º), concordantes com a foliação observada nos litotipos metamórficos. Relações intrusivas e resquícios de textura magmática evidenciam uma ortoderivação do conjunto de litotipos metamórficos, estando os mesmos desta maneira inseridos na Série Inferior de Helmbold et al. (1965). As medidas de foliação e bandamento gnáissico nos litotipos metamórficos (com máximos para ± 155º/42º e ± 226º /41º ) mostram uma inflexão na estrutura para SW, oposta ao padrão regional, com caimento para SE, indicando que a pressão exercida na encaixante durante a colocação da intrusão pode ter exercido tensão suficiente para deformá-la. II.5 -Tectônica Dúctil Proterozóica Diversos trabalhos de detalhe realizados no município do Rio de Janeiro enfocaram análise estrutural e subdivisão das estruturas encontradas em fases geométricas de deformação (Valeriano & Magalhães, 1984; Silva & Silva, 1987; Silva et. al, 1991). O esquema proposto por estes autores pode ser utilizado no âmbito da área estudada, e provavelmente em todo o segmento sul do estado do Rio de Janeiro (Heilbron et al., 1993). As estruturas observadas foram agrupadas em Fase de Deformação sin- metamórficas (D1 e D2) e Fases de Deformação pós-auge metamórfico (D3 e D4). D1 e D2 são resultantes de tectônica compressiva de baixo ângulo que originou a foliação principal (S1 paralela ao bandamento migmatítico), lineação de estiramento (Le), dobras apertadas a isoclinais, recumbentes a reclinadas, em escala de afloramento até a 15

23 escala de mapa; zonas de cisalhamentos com milonitos associados (ZC2); e mais raramente xistosidade de crenulação (Sc2) plano axial nos litotipos mais ricos em micas. Estas megadobras recumbentes associadas à topografia íngreme, resultam no complexo padrão de afloramentos observado em mapa. D3 e D4 geraram dobras abertas com orientações aproximadamente ortogonais, pósauge metamórfico e portanto sem foliação plano axial associada. D3 possui eixos com caimento suave para NNW e planos axiais com mergulhos íngremes para ENE. Silva et al. (1991) sugerem um mecanismo de flambagem ou deslizamento flexural para geração destas dobras, indicando deformação em níveis crustais mais rasos. D4 produziu dobras abertas, com eixos de caimentos suaves para NNW ou SSE, e planos axiais subverticais, com orientação paralela aos planos axiais. Estas ZC são muito frequentes próximo a litoral, na área do Pão de Açúcar e adjacências (Valeriano & Magalhães, 1984) e na costa, seguindo pela a Avenida Niemeyer. 16

24 Capítulo III Processos de Alteração em Maciços Rochosos III.1 Caracterização da 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 químico e físico das rochas. Isto importa sobremaneira a Geotécnica 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 (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 substâncias em solução. Intemperismo físico é o conjunto de processos que leva a fragmentação e desintegração da rocha. Intemperismo químico é o conjunto de processos que leva à decomposição da rocha. > Intemperismo Físico: a) Diaclasamento: pode ter origem tectônica, no resfriamento de lavas, etc., e, 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 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 alívio das tensões, ao qual as rochas podem estar submetidas quando em profundidade, pode gerar padrões de diaclasamento. 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 ζ = ε. Ε (Ε = módulo de elasticidade; ζ = 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 sofrerá compressões paralelas à superfície, criando condições de fraturamento, da mesma forma que um corpo de prova, sob uma prensa, mostra fissuras paralelas à direção de aplicação da força. O resultado no terreno é um fraturamento paralelo à 17

25 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 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 devido à intemperização química da rocha: desplacamentos como os que acontecem no Pão de Açúcar, muito conhecidos na cidade do Rio de Janeiro, 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 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 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. 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 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 H 2 SO 4, que por sua vez pode formar CaSO 4.6H 2 O após reagir com cálcio das 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 pelíticas 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 que se expandem e retraem, fragmentando a rocha. g) Atividade orgânica: a atividade de animais escavadores, 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 demonstrada de maneira simples a evolução 18

26 química 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. Séries de cristalização de Bowen (Figura 8). 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, do material originário e da lixiviação. A precipitação de sílica em solução ao redor de grãos de quartzo dá bastante 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. Figura 8: Séries reacionais de Bowen. > Efeitos do intemperismo de interesse geotécnico: a) Relação entre intemperismo e a resistência: o que dá resistência à 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 construção reside principalmente em quatro efeitos: diminuição de resistência com ou sem produção de finos, variação nas características mecânicas de deformação e deformabilidade, variação na porosidade e permeabilidade e, diminuição nas características de aderência e adesividade. 19

27 O processo de classificação do grau de alteração (Chiossi, 1979) usa os termos: rocha praticamente sã, rocha alterada e rocha muito alterada. A comissão para mapeamento geotécnico da AIGE propõe a seguinte classificação: Classe Grau de Alteração Termo Fracamente Alterado Moderadamente Alterado Altamente Alterado Completamente Alterado Solo Residual Alterado Tabela 3: Grau de alteração. 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 praticamente sãs (Hunt, 1972). No Brasil as rochas basálticas precisam ser bem estudadas antes de sua utilização em uma obra, pois podem não suportar as intempéries de uma geração. III.2 Caracterização da Alteração Hidrotermal > Caracterização da atividade hidrotermal: O termo hidrotermal está intimamente associado à atividade de fluidos relativamente quentes originados por atividades magmáticas (ou mesmo metamórfica) ou por atividade ígnea residual. Assim, processos hidrotermais associam-se à atividade ígnea e envolvem águas aquecidas ou superaquecidas. A alteração hidrotermal de rocha e mineral 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 acumulada fase residual voláteis. Os limites exatos referentes a estes estágios são variáveis e, dependendo do autor, podem ser definidos por assembléias minerais presentes na rocha, 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 campo do hidrotermalismo associadas a padrões estruturais (zonas de cisalhamento, por exemplo) são bastante freqüentes. Depósitos hidrotermais são agregados minerais formados por precipitação e que ocorrem, principalmente, relacionados a processos de substituição mineral em planos de fraturas, brechas, planos de falhas, espaços intergranulares. Esta atividade envolve processos 20

28 que ocorrem entre 50 e 600 graus Celsius, sendo melhor caracterizados no intervalo entre 50 e 400 graus Celsius em pressões variando entre 1 e 3 kbars. Como resultado de sua ação, a presença de rochas em algum nível alterado 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, 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 dos fluidos têm importante papel nos processos de alteração hidrotermal e são capazes de gerar alguns dos principais processos, como: Cloritização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio); Sericitização: atuante em minerais félsicos ricos em K (K-feldspato e Plagioclásio alcalino); 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); Oxidação: atuante em minerais opacos (óxidos e sulfetos) e ocorrendo como resíduo em alguns dos processos anteriores; Carbonatização: atuante em minerais félsicos (K-feldspato e plagioclásio). 21

29 Capítulo IV Metodologia Proposta para Avaliação do Caso Para a realização do trabalho foi desenvolvida uma proposta de trabalho que consistiu de quatro etapas: 1) Levantamento bibliográfico sobre as características da área a ser estudada; 2) Realização de trabalho de campo que visou o reconhecimento dos litotipos ocorrentes na área. Ainda nesta etapa foi feita a coleta do material que serviria para os estudos de laboratório. Nesta etapa as áreas correspondentes aos emboques do túnel foram visitadas e o material a ser pesquisado, coletado de forma a que tivéssemos amostras de todos os principais tipos aflorantes e que os mesmos pudessem ser amostrados em diferentes estágios de alteração que permitisse a comparação de suas características conforme pretendido. 3) Etapa de Laboratório que consistiu na obtenção dos dados que viriam a ser interpretados. Aqui foram realizadas as descrições das amostras (Laboratório de Macroscopia do Setor de Petrologia e Mapeamento) bem como as mesmas foram preparadas para o ensaio de resistência. Esta preparação foi realizada no Laboratório de Laminação. Descritas e preparadas, as amostras foram então ensaiadas no LAMAGE a partir da utilização de equipamento do tipo Martelo de Schmidt. 4) Ao final seguiu-se uma etapa de gabinete, onde todos os dados obtidos foram conjuntamente interpretados e a partir disso, gerado o texto da monografia. 22

30 Capítulo V Conjunto Rochoso Identificado nos Emboques do Túnel da Grota Funda V.1 Introdução Nesta parte do trabalho serão apresentadas as descrições obtidas a partir de amostras coletadas especificamente nas áreas de emboque o Túnel da Grota Funda. Essas mesmas amostras foram posteriormente trabalhadas para obtenção de sua característica de resistência. Para cada conjunto (emboque do Recreio dos Bandeirantes e emboque de Guaratiba) foram, tentativamente, amostradas rochas com diferentes graus de alteração, procurando-se obter sempre uma amostra considerada sã (fresca), uma medianamente alterada e outra mais fortemente alterada. V.2 Amostras do Emboque de Guaratiba Amostra: GA-1 Rocha de cor cinza claro, fanerítica, inequigranular seriada com grãos variando de médios a muito grossos. É porfirítica, holocristalina e leucocrática (Índice de cor igual a 1). Os grãos porfiríticos variam de 1 a 3 cm, apresentam um alinhamento mineral marcado pela presença de fluxo magmático. A composição mineralógica é dada por k-feldspato (pórfiro-35% e matriz-10%), plagioclásio (20%, quartzo (34%) e biotita(1%). Os grãos porfiríticos de k-feldspato são subédricos a euédricos, seus grãos variam entre 1 a 3 cm, tem cor rosa com brilho vítreo. Os grãos de k-feldspato da matriz (0,5-1cm) variam de médio a grosso e são subédricos, apresentam tom acinzentada. Os grãos de plagioclásio são subédricos, tem granulometria variando de fina a média (1mm-5mm). Sua cor natural é branca e aparecem também grãos de k-feldspato com tom acinzentado. Os grãos de biotita são 23

31 subédricos, variando de muito fino a fino (0,1-1mm), são planares, cor preta e brilho vítreo. Os grãos de quartzo são anédricos, incolores, foi o último mineral a se cristalizar e ocupou os espaços entre os já cristalizados. A rocha é um granito porfirítico (Nockolds, 1982). Trata-se do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra sã. Amostra: GA-2 Corresponde ao mesmo litotipo descrito anteriormente porém, em comparação com a amostra GA-1 foi considerada como estando mais alterada. Sua cor é marrom-alaranjada. Os pórfiros de k-feldspato apresentam coloração esbranquiçada com brilho menos evidente, estando pouco alterados e mais perceptíveis devido à alteração dos demais minerais (principalmente plagioclásio e biotita). Os grãos de k-feldspato da matriz apresentam um brilho menos aparente, estando mais opacos e pouco alterados. Os grãos de plagioclásio estão amarelados devido ao processo de alteração. Os grãos de biotita estão sofrendo processo de alteração (hidratação por ação intempérica), formando óxidos secundários e deixando a rocha com coloração alaranjada (ferro-oxidada). A rocha apresenta-se mais alterada como função das diferentes condições entre seu ambiente de formação e as condições atuais em que se encontra, como menor profundidade e maior hidratação. O principal processo associado a esta alteração intempérica, e que leva aos processos de alteração identificados, é a solubilização e lixiviação de íons, mais afeitos a sofrerem alteração superficial: aqueles com raio iônico pequeno e dupla valência. Sendo assim, os íons mais solúveis encontrados na rocha são: Fe+², Ca+² e Mg+². Podemos então aceitar que os minerais preferencialmente transformados neste caso serão a biotita e o plagioclásio. Os íons menos solúveis aqueles com grande raio iônico, vão apresentar maior dificuldade de serem lixiviados. Assim, os minerais com presença de K +, Na +, Al+³ e Si +4 tenderão a resistir um pouco mais ao processo de alteração o que leva a preservação, neste estágio, do K- feldspato e o quartzo. A rocha é um granito porfirítico (Nockolds, 1982). Trata-se do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra medianamente alterada. 24

32 Amostra: GA-3 Em comparação com a rocha GA-2 esta amostra possui um grau maior de alteração. Tem cor marrom é mais fortemente alaranjada e apresenta uma capa de alteração ferruginosa. Os pórfiros de k-feldspato se tornam ainda mais nítidos. Isso se dá por conta de, por serem de granulação mais grossa, resistir mais do ponto de vista físico, ao processo de alteração. Sua coloração é mais clara e em algumas porções encontram-se avermelhados devido a capa de alteração. Os grãos de k-feldspato da matriz encontram-se na cor cinza, estando mais escuros e aparentemente menores (levemente lixiviados). Os grãos de plagioclásio estão com grau de alteração muito alto, mostrando-se muito frágeis, fragmentando-se com muita facilidade. Tem coloração branco-alaranjada. Os grãos de biotita estão muito alterados devido ao forte processo de hidratação, podendo ocorrer formação de minerais secundários como óxidos a suas expensas. Nesta amostra o processo de solubilização dos íons mostra-se mais efetivo que na amostra GA-2 deixando-a com um padrão ainda mais alterado do que no caso da amostra anterior. A rocha é um granito porfirítico (Nockolds, 1982). Trata-se do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra alterada. Amostra: GB-1 A rocha tem cor cinza escuro é granoblástica, equigranular com granulação fina (0,5 mm) e mesocrática. Não apresenta bandamento visível a vista desarmada. Os minerais observados são: quartzo(30%), feldspato(30%) e biotita (40%). Os grãos de quartzo são 25

33 xenoblásticos, incolores e possuem granulação fina. Os grãos de plagioclásio são de cor cinza, xenoblásticos e de granulação fina. Os grãos de biotita são hipidioblásticos com granulação fina. Foi observada a presença de minerais como titanita e anfibólio em quantidades pequenas. A rocha analisada é classificada como um biotita gnaisse (quartzo-diorito gnaisse). Amostra sã. Amostra: GB-2 A rocha analisada possui cor cinza, é granoblástica, equigranular, de granulação variando de fina a média (0,5-3mm). A amostra está alterada com uma capa de alteração de cor marrom fruto de ação intempérica. Sua paragênese mineral é composta por quartzo (35%), plagioclásio (35%), biotita (30%). Em comparação com a amostra GB-1 os grãos de quartzo estão mais amarelados (aspecto sujo), são xenoblásticos e de granulação fina (0,5-1mm). Os grãos de plagioclásio se apresentam maiores que os da amostra GB-1, com granulometria variando de 0,5-3mm. Os grãos de biotita se apresentam alterados, são hipidioblásticos e em vários pontos da amostra observa-se a formação de vermiculita, com grãos finos (0,5-1mm). Na rocha foi possível observar um alinhamento dos minerais félsicos (feldspatos), dando origem a formação do fino bandamento que caracteriza a rocha. A rocha foi classificada como um biotita gnaisse (quartzo-diorito gnaisse). Rocha alterada. Amostra: GC-1 26

34 A amostra analisada tem cor cinza claro, é granoblástica, com granulação variando de fina a média (0,5-5mm). Apresenta bandamento metamórfico bem marcado. Sua composição mineralógica é dada por quartzo (60%), k-feldspato (30%), biotita (10%). Os grãos de quartzo orientados são hialinos, xenoblásticos e com granulação fina a média (0,5-3mm). Os grãos de biotita são xenoblásticos, estão orientados na direção da foliação com grãos finos de tamanho variando de 0,1-0,5mm. A rocha foi classificada como sendo um leucognaisse bandado (granodiorito ganisse). Rocha sã. Amostra: GE A rocha analisada tem tom acinzentado, é granoblástica com granulação variando de fina a média. Possui capa de alteração com cerca de 3cm, com característica ferruginosa de tons marrons. A rocha é bandada e sua composição mineralógica essencial é dada por K- feldspato (20%), quartzo (30%), plagioclásio (35%) e biotita (15%). O quartzo é xenoblástico com orientação no sentido da foliação e seus grãos variam de finos a médios (0,5-5mm). O plagioclásio é hipidioblástico com coloração branca acinzentada. O K-feldspato é esbranquiçado, de granulação média. A biotita também é hipidioblástica, com grãos apresentando-se orientados formando faixas máficas de granulação fina. A rocha foi classificada como sendo um leucognaisse bandado (granodiorito ganisse). Rocha medianamente alterada. Amostra: GD 27

35 A rocha analisada é cinza esbranquiçada, microporfirítica, podendo ser observada a distribuição de grãos finos na matriz da rocha. A matriz é afanítica com cor verde acinzentada.a rocha é hipocristalina, com pórfiros variando de finos a médios e matriz muito fina. Apresenta uma capa de alteração bege esbranquiçada. Dentre os pórfiros puderam ser identificados quartzo, feldspato e piroxênio. A matriz corresponde a 98% do volume da rocha. O feldspato é branco com granulação fina de 0,5mm e subédrico. O quartzo se apresenta hialino, anédrico com granulação fina a média (0,5-7mm). O piroxênio se apresenta marrom esverdeado, subédrico e com granulação fina (0,5mm). A rocha foi classificada como sendo um Traquito (Nockolds, 1982). Amostra alterada. V.3 Amostras do Emboque do Recreio dos Bandeirantes Amostra: RA-1 A rocha analisada tem tom róseo acinzentado é leucocrática, com textura inequigranular seriada e granulometria variando de fina a grossa (0,5-3,0 cm). É fanerítica, holocristalina, porfirítica com paragênese mineral essencialmente definida por quartzo (30%), feldspato potássico (55%), plagioclásio (12%) e biotita (3%). Os grãos porfiríticos são de k-feldspato tem cor rosa, brilho vítreo, variam de euédricos a subédricos, seus grãos variam entre 1 a 3 cm. Os grãos de k-feldspato da matriz tem coloração acinzentada, são subédricos e variam de médios a grossos (até 6 mm). Os grãos de biotita são subédricos,de granulação fina variando entre 0,5 a 1 mm. Os grãos de quartzo são hialinos, anédricos, com granulometria variando entre fina e média. A rocha foi classificada como um Granito (Streckeisen, 1973). Trata-se de ocorrência do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra sã. 28

36 Amostra: RA-2 Em comparação com a amostra RA1, a rocha se mostra com cor em tons amarronzados por conta de processos de alteração. A rocha é fanerítica, holocristalina, inequigranular com granulometria variando de fina a média. Sua composição mineral é dada por quartzo, k- feldspato e biotita. Os grãos de quartzo estão amarelados devido ao processo de alteração ao qual a rocha foi submetida. Os pórfiros de k-feldspato apresentam-se mais esbranquiçados e mais opacos, com brilho menos evidente, devido a alteração da matriz apresentando-se com granulometria grossa (1 a 3 cm). Na matriz, os grãos de k-feldspato são subédricos, tem coloração alaranjada e variam de finos a médios. Os grãos de biotita estão muito alterados, são menos evidentes quando comparados a rocha sã e tem granulometria fina. Os grãos de biotita mostram-se mais alterados comparativamente aos grãos de quartzo e k-feldspato (pórfiros e matriz) que estão mais preservados. A rocha foi classificada como um Granito (Streckeisen, 1973). Trata-se de ocorrência do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra moderadamente alterada. Amostra: RA-3 A rocha tem tom marrom alaranjado, está fortemente alterada e apresenta capa de alteração ferruginosa. Sua mineralogia essencial é dada por K-feldspato, quartzo e biotita. O 29

37 pórfiros de k-feldspato tem coloração mais clara com granulometria variando entre 1 a 3 cm. Os grãos de k-feldspato da matriz estão mais esbranquiçados e são opacos, com granulação média. O quartzo também se apresenta amarelado devido a alteração da rocha, com granulação variando de fina a média. A biotita se apresenta extremamente alterada. A rocha foi classificada como um Granito (Streckeisen, 1973). Trata-se de ocorrência do Granito Pedra Branca (Porto Jr & Valente, 1988). Amostra alterada. Amostra: RB-1 A rocha tem cor cinza escuro, é granoblástica, equigranular, com granulação fina (grãos de aproximadamente 0,5 mm). É mesocrática e não apresenta bandamento visível. Os minerais encontrados são: feldspatos (50%), quartzo(25%) e biotita (25%) Os grãos de quartzo são hialinos, xenoblásticos e possuem granulação fina (0,5mm) Os grãos de feldspato são de cor cinza, hipidioblásticos e de granulação fina Os grãos de biotita são xenoblásticos, de granulação fina. A rocha analisada é classificada como um biotita gnaisse (quartzo-diorito gnaisse). Amostra sã. Amostra: RB-2 A rocha tem cor cinza esverdeado, é granoblástica, equigranular com granulometria fina (em torno de 0,5 mm). É mesocrática e possível neste caso notar-se a presença de 30

38 bandamento. Apresenta uma capa de alteração com argilominerais esverdeados recobrindo a amostra. Os minerais encontrados são: quartzo (30%), plagioclásio (20%), ortoclásio (35%) e biotita (15%). Os grãos de quartzo são xenoblásticos com granulação fina (0,5 mm). Os grãos de plagioclásio têm cor cinza e são hipidioblásticos de granulação fina (0,5 mm). Os grãos de k-feldspato são de tom branco-amarelado, hipidioblásticos e de granulação fina. Os grãos de biotita apresentam-se xenoblásticos e granulação fina. A rocha foi classificada como sendo um biotita gnaisse. A rocha analisada é classificada como um biotita gnaisse (quartzo-diorito gnaisse). Amostra moderadamente alterada. Amostra: RB-3 A rocha tem cor cinza escuro, comparativamente às amostras RB1 e RB2, é entendida como fortemente alterada. Suas mineralogia essencial é dada por quartzo, plagioclásio, k- feldspato (ortoclásio) e biotita. Nessa amostra a biotita e o plagioclásio estão extremamente alterados. A biotita forma minerais secundários (óxidos e mica branca), enquanto o quartzo e o k-feldspato (ortoclásio) estão preservados. Os grãos de k-feldspato estão mais escuros em relação as outras amostras. A rocha analisada é classificada como um biotita gnaisse (quartzodiorito gnaisse). Amostra alterada. Amostra: RC 31

39 A rocha tem cor cinza esverdeado, é microporfirítica com alguns microgrãos espalhados em uma matriz afanítica de tom escuro. Os micropórfiros são de plagioclásio e piroxênio. Tem granulação fina (aproximadamente 0,5 mm) e ocorrem dispersos na matriz.. A amostra apresenta uma capa de alteração formada por argilominerais. Foi classificada como sendo um diabásio (Nockolds, 1982). Rocha medianamente alterada. Amostra: Rcont-1 A amostra apresenta um contato entre um gnaisse granodiorítico com um veio pegmatítico. O gnaisse tem cor cinza é granoblástico, inequigranular, com granulação variando de fina a média. Possui bandamento. Sua composição mineralógica é dada por quartzo (50%), plagioclásio (20%), biotita (15%) e k-feldspato (15%). Os grãos de quartzo são hialinos, xenoblásticos, com granulação fina. Os grãos de k-feldspato rosados são xenoblásticos com granulação média. Os grãos de biotita são xenoblásticos e de granulação fina. Amostra sã. Amostra: Rcont-2 A amostra representa um contato de um biotita gnaisse com um granito porfirítico. Em sua parte gnáissica, a rocha tem coloração cinza escuro é granoblástica, equigranular com 32

40 granulação fina (aproximadamente 0.5 mm) com índice de cor mesocrático. A rocha não apresenta bandamento. Os minerais detectados foram: plagioclásio (35%), quartzo (25%) e biotita (40%). Os grãos de quartzo são hialinos, xenoblásticos e possuem granulação fina (0,5mm). Os grãos de feldspato são de cor cinza, xenoblásticos e de granulação fina. Os grãos de biotita se apresentam xenoblásticos, em média de tamanho com os espécies. grãos de outras A parte granítica tem cor rosa clara. É fanerítica, inequigranular, com variação da granulometria de fina a grossa (0,5 a 1 cm). Tem índice de cor leucocrático. Sua composição mineral é dada por quartzo, k-feldspato e biotita. Os grãos de quartzo se apresentam subédricos, que vão de hialino a leitoso, com granulometria de fina a média (0,5 a 1cm). Os grãos de k-feldspato são subédricos, róseos, com granulometria de cerca de 0,5mm-1,5cm (fina a grossa). Os grãos de biotita são subédricos, finos, com granulometria variando entre 0,5 a 1 mm. Amostra sã. V.4 Caracterização ao Microscópio das Transformações Hidrotermais Como dito anteriormente alguns processos de alteração hidrotermal mostram-se mais presentes que outros nas rochas estudadas. A título de caracterização destes processos, serão apresentados a seguir as estas transformações, a nível microscópio, nas rochas estudadas. Todas a imagens foram obtidas no Laboratório de Microscopia do Setor de Petrologia e Mapeamento do Departamento de Geociências. Foi utilizado um microscópio petrográfico Olimpus BX-40 ao qual foi acoplada uma câmera Cannon A2000 IS em tripé fixo. Os processos de alteração hidrotermal identificados estão apresentados a seguir e puderam ser observados em todos os litotipos analisados com maior ou menor intensidade dependendo de suas composições: a) Cloritização: biotita >> clorita; b) Sericitização: K-feldspato >> sericita e Plagioclásio >> sericita; c) Saussuritização: plagioclásio >> mistura de carbonato + sericita + epidoto; d) Muscovitização: biotita >> muscovita e K-feldspato >> muscovita; e) Caulinização: k-feldspato >> caulim; f) Epidotização: biotita e anfibólio >> epidoto; g) Oxidação: óxidos e sulfetos >> resíduo em alguns dos processos anteriores; h) Carbonatização: plagioclásio >> carbonato. 33

41 2 1 3 Figura 9: 1) Biotita parcialmente cloritizada; 2) muscovita (pseudomorfo de plagioclásio, substituição total do grão original); 3) muscovita (pseudomorfo de biotita, substituição total do grão original) Figura 10: Observar três estágios distintos de transformação em biotita: 1) grão levemente alterado. A cor verde intensa indica uma oxidação do Fe 2 para Fe 3 ; 2) grão que apresenta nível de alteração intermediário com formação de birds eyes (liberação de água da estrutura); e 3) grão já totalmente alterado com formação de clorita ao longo dos planos de clivagem. Tais processos devem ser associados a hidrotermalismo progressivo. 34

42 Figura 11: Observar cristais de plagioclásio mostrando-se fortemente alterados para saussurita; grãos de muscovita nos contatos ou próximos a microclina e plagioclásio e quartzo com extinção ondulante. A microclina não está afetada pelo processo hidrotermal. Figura 12: Observar grande grão pseudomorfo de muscovita formado a partir da substituição de biotita primária durante o processo metamórfico ou hidrotermal. A presença de grãos de plagioclásio fortemente saussuritizados no contato, apóia a possibilidade desta muscovita ser hidrotermal. 35

43 Figura 13: Observar a forte hidrotermalização que atinge basicamente ao plagioclásio e a biotita, gerando saussurita, sericita carbonato e clorita. Figura 14: 1 e 2) biotita com birds eyes em estágio inicial de transformação para clorita/sericita; 3) plagioclásio fortemente saussuritizado (sericita/carbonato); 4) preenchimento de espaços nos grãos de microclina por carbonato. 36

44 Figura 15: 1) Megacristal de plagioclásio saussuritizado (geração de epidoto, carbonato e sericita); 2) Grão de biotita cloritizado; 3) Quartzo deformado (subgrãos); 4) Biotita parcialmente cloritizada; 5) Plagioclásio totalmente saussuritizado; 6) Biotita primária transformada em muscovita; e 7) Biotita ( birds eyes ). Figura 16: Observar a geração de fases minerais oxidadas fruto de resíduo de processo de alteração hidrotermal que afeta o litotipo. 37

45 Capítulo VI Ensaio Mecânico Aplicado ao Conjunto Rochoso Estudado VI.1 Introdução O ensaio mecânico utilizado foi o método do Martelo de Schmidt, também conhecido por esclerômetro de recuo, desenvolvido em 1948 pelo Engenheiro suíço Ernest Schmidt. Esse método baseia-se na análise do choque entre dois corpos dos quais um está fixo e o outro em movimento e serve para avaliar em primeira aproximação a dureza superficial e a resistência à compressão uniaxial da rocha. Figura 17: a) Aparelho em posição inicial (desarmado); b) Aparelho armado VI.2 Descrição do Ensaio Para a utilização do Martelo de Schmidt obedeceu-se as seguintes etapas: 1) As amostras foram laminadas de maneira que obtivéssemos duas superfícies planas, uma superfície que serviria para apoiar a amostra no chão e outra onde o ensaio seria aplicado. 2) Para preparar o equipamento é preciso apoiar levemente a barra (Figura 18-1) e pressionar o botão (Figura18-6). Após o destravamento do botão, a barra sai inteiramente do aparelho e o martelo (Figura 18-14) é preso pela garra (Figura 18-13). 3) Ao movimentar uniforme e lentamente a barra na direção normal à superfície das amostras laminadas, o martelo é liberado, ocasionando o choque e conseqüente reflexão. Neste momento, o botão (Figura 18-6) é acionado novamente para obterse o resultado. Feito isso, lê-se o valor do recuo registrado pelo cursor na escala graduada (Figura 18-19). Aliviada pressão do aparelho, a barra volta à posição inicial (Figura 17a). 38

46 Para cada uma das amostras o ensaio foi repetido de 5 a 15 vezes, dependendo das condições da amostra. Na determinação do índice esclerométrico, considera-se a média aritmética das observações dos resultados obtidos pelo método (dureza de Schmidt). Para a realização da transformação numérica (de medidas) necessária, esta média é correlacionada com a resistência à compressão simples da rocha constituinte da superfície ensaiada de acordo com o valor peso volúmico da rocha (Figura 20). Precauções como o choque normal à superfície e a perfeita imobilização das amostras foram tomadas na realização deste ensaio, uma vez que a orientação do impacto influi no índice determinado por causa da ação da gravidade sobre a massa. Assim, há necessidade de fazer uma correção da leitura conforme a inclinação da direção do choque sobre a horizontal. Essa correção é feita empiricamente. Figura 18: Detalhes do esclerômetro Schmidt. 39

47 Figura 19: Esquema simplificado do funcionamento do esclerômetro. 40

48 Figura 20 - Tabela de Schmidt. V.3 Resultados Obtidos Para as densidades foram utilizados dados da literatura (1g/cm³ = 9,81kN/m³) Granitos: 2,64 a 2,65 g/cm³ = 26,0 kn/m³ Granodioritos: 2,67 a 2,68 g/cm³ = 26,3 kn/m³ Tonalitos: 2,67 a 2,69 g/cm³ = 26,4 kn/m³ Sienitos/Traquitos: 2,63 a 2,65 g/cm³ = 25,5 kn/m³ Basaltos/Gabros: 2,69 a 2,75 g/cm³ = 27 kn/m³ Para os Biotita Gnaisses foram utilizados os valores médios dos Granodioritos e Tonalitos. 41

49 >> Ensaios para as rochas do Emboque Guaratiba Sobre amostras de granito, devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) obtendo-se os seguintes resultados (valores de R dureza de Schmidt). GA-1 (granito são): 34, 30, 34, 32, 24, 28, 36, 26, 28 e 32; GA-2 (granito moderadamente alterado): 14, 14, 18, 12, 16, 12, 12, 18, 16, 22, 24, 23, 16 e 20; GA-3 (granito alterado): 14, 12, 18, 14, 10, 10, 12, 18, 15, 16 e 20. A partir desta base de dados foram calculadas as médias e realizada a transformação necessária. Os resultados estão apresentados na Tabela 4. Graficamente, os resultados estão apresentados na Figura 21. Tabela 4: Resultados para o ensaio sobre rochas graníticas do Emboque de Guaratiba. Rocha Densidade AMOSTRAS GA-1, GA-2 E GA-3 Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Granito 26,0 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha sã MPa Rocha moderadamente alterada MPa Rocha alterada MPa 42

50 Figura 21: Resultado gráfico para o ensaio sobre rochas graníticas do Emboque de Guaratiba. Sobre amostras de Biotita Gnaisse (quartzo diorito gnaisse), devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) Obtendo-se os seguintes resultados (valores de R dureza de Schmidt): GB-1 (quartzo diorito gnaisse são): 46, 36, 24, 40, 46, 28, 34, 34, 36, 38 e 28; GB-2 (quartzo diorito gnaisse alterado): 18, 20, 20, 16, 22, 16, 21, 12, 18, 16, 19, 26, 14 e 30. A partir desta base de dados foram calculadas as médias e realizada a transformação necessária. Os resultados estão apresentados na Tabela 5. Graficamente, os resultados estão apresentados na Figura

51 Tabela 5: Resultados para o ensaio sobre Biotita Gnaisse do Emboque de Guaratiba. AMOSTRAS GB-1 E GB-2 Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Rocha Biotita Gnaisse (quartzo diorito gnaisse) Densidade 26,4 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha sã MPa Rocha alterada MPa Figura 22: Resultado gráfico para o ensaio sobre biotita gnaisse do Emboque de Guaratiba. 44

52 Sobre amostras de Leucognaisse bandado (granodiorito gnaisse), devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) obtendo-se os seguintes resultados (valores de R dureza de Schmidt): GC-1 (Granodiorito gnaisse rocha sã): 42, 44, 44, 42 e 44; GE (Granodiorito gnaisse alterado):24, 26, 26, 28, 20, 34, 30, 29, 36, 30 e 28. Tabela 6: Resultados para o ensaio sobre granodiorito gnaisse do Emboque de Guaratiba. AMOSTRAS GC-1 E GE Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Rocha Densidade Leucognaisse bandado (granodiorito gnaisse) 26,3 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha sã MPa Rocha alterada MPa Figura 23: Resultado gráfico para o ensaio sobre granodiorito gnaisse do Emboque de Guaratiba. 45

53 >>> Emboque Recreio dos Bandeirantes Sobre amostras de granito, devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) com os resultados seguintes (valores de R dureza de Schmidt).: RA-1 (granito são): 26, 28, 36, 32, 24, 22, 32, 34, 22 e 20; RA-2 (granito moderadamente alterado): 22, 30, 18, 20, 26, 28, 18, 22, 26 e 28; RA-3 (granito alterado): 14, 18, 18, 18, 10, 16, 16, 10, 18 e 16 A partir desta base de dados foram calculadas as médias e realizada a transformação necessária. Os resultados estão apresentados na Tabela 7. Graficamente, os resultados estão apresentados na Figura 24. Tabela 7: Resultados para o ensaio sobre granito do Emboque do Recreio. Rocha Densidade AMOSTRAS RA-1, RA-2 E RA-3 Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Granito 26,0 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha sã MPa Rocha moderadamente alterada MPa Rocha alterada MPa 46

54 Figura 24: Resultado gráfico para o ensaio sobre granito do Emboque do Recreio. Sobre amostras de Biotita Gnaisse (quartzo diorito gnaisse), devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) obtendo-se os seguintes resultados (valores de R dureza de Schmidt).: RB-1 (quartzo diorito gnaisse são): 24, 30, 20, 16, 22, 18, 20 e 24; RB-2 (quartzo diorito moderadamente alterado): 18, 10, 17, 17, 12, 14, 22, 20 e 12; RB-3 (quartzo diorito gnaisse - "biotita gnaisse" alterado): 10, 10, 10, 12, 11, 11, 16, 16, 10 e

55 Tabela 8: Resultados para o ensaio sobre quartzo diorito ganisse do Emboque do Recreio. AMOSTRAS RB-1, RB-2 E RB-3 Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Rocha Biotita Gnaisse (quartzo diorito gnaisse) Densidade 26,4 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha sã MPa Rocha moderadamente alterada MPa Rocha alterada MPa Figura 25: Resultado gráfico para o ensaio sobre quartzo diorito gnaisse do Emboque do Recreio. 48

56 Foram ainda ensaiadas amostras coletadas a partir da escavação do túnel. Trata-se de diques de composições variadas que ocorrem cortando as estruturas mais persistentes do maciço rochoso. A título de estabelecimento de um padrão geral, amostrou-se um diabásio e um traquito, rochas representantes destas ocorrências em forma de dique. Sobre amostras de traquito e diabásio, devidamente imobilizadas, foram realizados diversos testes com o martelo de Schmidt (direção vertical descendente) obtendo-se os seguintes resultados (valores de R dureza de Schmidt): GD (Traquito moderadamente alterado): 12, 13, 12, 10, 12, 12, 16, 15, 15, 13, 18, 17, 12, 10 e 10; RC (Diabásio moderadamente alterado): 32, 44, 28, 40, 44, 24, 22, 26, 30 e 38. Tabela 9: Resultados para o ensaio sobre traquito e diabásio do Emboque do Recreio Rocha Densidade AMOSTRAS GD E RC Análise de Rocha - Parâmetros Geotécnicos Traquito(GD) e Diabásio(RC) Traquito: 25,5 kn/m³ Diabásio: 27 kn/m³ Amostra Dureza Schmidt Resist. Comp. Uniaxial Rocha moderadamente alterada (RC) MPa Rocha alterada (GD) MPa Figura 26: Resultado gráfico para o ensaio sobre traquito e diabásio do Emboque do Recreio. 49