GEOTECNIA: ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS

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1 GEOTECNIA: ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS Ciência: Geologia Estrutural Objetivo: determinar a distribuição das massas rochosas e das feições que as secionam Deformação de uma estrutura rochosa Mudança de forma, orientação, volume e/ou posição Devida à movimentação das massas rochosas por meio de forças tectônicas ou atectônicas 1

2 INTRODUÇÃO Deficiência na caracterização estrutural Para projetos de Engenharia Civil e Mineira Conduz a uma ampliação das investigações Diretas(sondagens mecânicas) Indiretas(técnicas geofísicas) Poderiam ser melhor planejadas e otimizadas 2

3 ESTRUTURAS TECTÔNICAS Estruturas geradas em estado de fluxo plástico ou rígido(depende das condições de deformação) Estado plástico: dobras, zonas de cisalhamento, foliações e lineações Descontinuidades físicas(juntas e falhas) 3

4 DOBRAS Ondulações adquiridas por feições planares mediante deformação heterogênea de massas rochosas Apresentam convexidades que podem se voltar paracimaouparabaixo Rochas mais antigas: anticlinal ou sinclinal Outras: antiforma ou sincliforma 4

5 DOBRAS apostilas/14geologia_fisica_2003.pdf 5

6 DOBRAS Classificação em função da orientação espacial de seus elementos geométricos Assumirão formas simétricas ou assimétricas apostilas/14geologia_fisica_2003.pdf 6

7 DOBRAS 7

8 DOBRAS 8

9 DOBRAS 9

10 DOBRAS 10

11 DOBRAS x FRATURAS O processo de dobramento, muitas vezes, é acompanhado por fraturamento apostilas/14geologia_fisica_2003.pdf 11

12 DOBRAS E OBRAS DE ENGENHARIA Túneis Quedadoteto(A) Estabilidade das paredes e surgência(s) Fundações Variações no comprimento das estacas Barragens Estabilidade das paredes e infiltração de água Estradas Estabilidade de paredes em cortes de estrada 12

13 ZONAS DE CISALHAMENTO Deformação heterogênea Produto de um processo progressivo e racional 13

14 LINEAÇÕES E FOLIAÇÕES Foliações Feições planares que permeiam as rochas metamórficas Xistosidade Lineações Feições planares definidas pelo eixo de alongamento de elementos geológicos 14

15 FRATURAS Descontinuidades disjuntivas presentes nas rochas Juntas(deslocamento < 0,05 cm) Falhas(deslocamento > 0,05 cm) Elementos geométricos das fraturas Direção: orientação da interseção dos 2 planos em relação ao Norte Mergulho: ângulo entre o plano da camada e o plano horizontal 15

16 JUNTAS Plano que separa ou tende a separar em2partes um bloco de rocha originalmente único Causas Resfriamento de rochas magmáticas (colunas de basaltos) Secagem de sedimentos argilosos Alívio de tensões causadas a erosão de camadas adjacentes Variação de temperatura do maciço 16

17 FALHAS Resultam de deformações rúpteis nas rochas da crosta terrestre Expressas por superfícies descontínuas com deslocamento diferencial(de poucos cm a dezenas dekm) Zonadefalha:zonanaqualasrochassofreramde atrito(fragmentação e cominuição) 17

18 FALHAS Blocosseparadosemcapa(teto)elapa(muro) Classificação de acordo com o mergulho do plano de falha e direção do deslocamento relativo Falha de gravidade ou normal: envolve abatimento da capa Falha de empurrão ou inversa: envolvem subida da capa Falha transcorrente ou direcional: mergulhos subverticais e movimentos de blocos na horizontal 18

19 FALHAS apostilas/14geologia_fisica_2003.pdf 19

20 FALHA DE SAN ANDREAS s/san_andreas.gif 20

21 FALHA DE SAN ANDREAS 21

22 SOLOS DEFINICÕES: Depende da ciência considerada [ABGE-98] Geologia: produto do intemperismo físico e químico das rochas Engenharia Civil: material escavável, que perde a sua resistência quandoemcontatocomaágua Agronomia: camada superficial de terra arável, possuidora de vida microbiana Pedologia: material natural constituído de camadas ou horizontes de compostos minerais e/ou orgânicos com variadas espessuras, diferindo do material original por propriedades morfológica, física, química e mineralógica, e por características biológicas. Os horizontes do solo são inconsolidados, mas alguns contêm suficientes porções de sílica, carbonatos ou óxidos de ferro para cimentá-los 22

23 FATORES DE FORMAÇÃO Origem e evolução dependem de O clima, condicionando principalmente a ação da água da chuva e da temperatura Dos materiais de origem, condicionando a circulação interna da água e a composição e conteúdo mineral Dos organismos, vegetais e animais, formando compostos orgânicos e minerais Do relevo, interferindo na dinâmica da água, no microclima e nos processos de erosão e sedimentação Do tempo, transcorrido sob ação dos demais fatores 23

24 CLIMA Atua na formação do solo Alteração dos minerais do substrato Vegetação Temperatura Velocidade das reações químicas profundidade do terreno submetido à alteração física e química Interferência da produção e acumulação de matéria orgânica Precipitações pluviométricas Alteração química dos materiais Movimento de soluções e lixiviação 24

25 ROCHA DE ORIGEM Natureza da rocha-matriz permeabilidade Conteúdo mineral: influência sobre a natureza do solo Composição mineralógica: maior ou menor facilidade de alteração química dos minerais 25

26 ORGANISMOS Influência da vegetação de 2 formas Direta: fornecimento de resíduos orgânicos e elementos minerais Indireta:modificaomicroclimaeprotegeosolocontraa erosão Espécies vegetais e seres vivos 26

27 RELEVO - TEMPO Influência do relevo Nadinâmicadaágua Nos processos de erosão e sedimentação Solo Sistema dinâmico Contínuo desenvolvimento Características relacionadas com o estado da sua evolução 27

28 PROCESSOS PEDOGENÉTICOS Aparecem sob a influência dos fatores responsáveis pela formação dos solos Adições Perdas Transformações Remanejamentos mecânicos Transportes seletivos Predominância depende do Meio Ambiente Atuação dos processos: 2 estágios superpostos Intemperismo Diferenciação dos horizontes 28

29 INTEMPERISMO FÍSICO Desintegração física e mecânica das rochas sem modificações da sua estrutura cristalina Agentes Variação da temperatura: expansões e contratações da rocha Congelamento da água presente nas fissuras/ nos poros do solo Ação física dos vegetais: raízes INTEMPERISMO QUÍMICO Ação química de substâncias presentes na água sobre a rocha Processos: Hidrólise: reação de íons H+ e OH- com os elementos minerais Hidratação: combinação da água com outros compostos químicos Carbonatação: transformação de óxidos em carbonatos 29

30 DIFERENCIAÇÃO DOS HORIZONTES Perfil de solo: seção vertical de um terreno constituída por uma seqüência de horizontes ou camadas, bem definidas por suas características morfológicas, físicas, químicas, mineralógicas e biológicas Classificação dos solos: deacordocomaabordageme osfinsaquesedestinam Pedológica Geológica Granulométrica Geotécnica 30

31 DIFERENCIAÇÃO DOS HORIZONTES de um terreno constituída por uma seqüência de horizontes ou camadas, bem definidas por suas características morfológicas, físicas, químicas, mineralógicas e biológicas Classificação dos solos: deacordocomaabordageme osfinsaquesedestinam Pedológica Geológica Granulométrica Geotécnica 31

32 CLASSIFICAÇÃO PEDOLÓGICA DOS SOLOS Apresenta uma série de divisões e subdivisões normalmente de aplicabilidade limitada quanto à Geologia de Engenharia(estudos de encostas) Solos divididos em grandes grupos, identificados por características intrínsecas (cor, granulometria, textura, estrutura,porosidade,...) Objetodeestudo:camadasuperficialdosoloaté2m de profundidade Solos superficiais 32

33 CLASSIFICAÇÃO PEDOLÓGICA Latossolos Solos espessos, homogêneos, naturalmente estáveis Geralmente encontrados em relevos suaves Pouco susceptíveis aos problemas geotécnicos Sob condições intensas de uso, desenvolvem graves processo de degradação Podzólicos Parecidos com os latossolos, porém heterogêneos Geralmente encontrados em áreas de declividade média a alta Os latossolos e os podzólicos recobrem provavelmente mais de 50 % do Brasil 33

34 CLASSIFICAÇÃO PEDOLÓGICA Cambissolos Solos geralmente pouco espessos Geralmente encontrados em relevos acidentados Litólicos Solos rasos Geotecnicamente desprezíveis Hidromórficos Solosdevárzeas,baixadasefundosdevale Presença de lençol freático a baixa profundidade Solos permanente ou sazonalmente saturados de água 34

35 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA Manto de intemperismo que recobre as rochas Espessura variável(material solto até rocha inalterada) Solos residuais Derivados diretamente da rocha pelo intemperismo A velocidade de decomposição da rocha exceda a velocidade com que os produtos da decomposição são removidos Abundantesemregiõesdeclimaquenteeúmido Chamados também de solos autóctones ou eluviões 35

36 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA Solos transportados São aqueles que foram levados ao seu local atual por algum agente de transporte As características dos solos são função do agente transportador Aluviões Chamados também de solos aluvionares Quando o agente transportador é a água Sua constituição depende da velocidade no momento de deposição Composição distinta(aluviões arenosos, argilosos) Ocorrência de camadas sobrepostas de granulometria distinta 36

37 ALUVIÕES 37

38 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA Coluviões Chamados também de solos coluvionares Quando o agente transportador é a gravidade Ocorrência localizada(ao pé de elevações e encostas) As partículas de areia e pedregulho tendem a ser angulares Tálus: massas de materiais muito diversos e sujeitos a movimentação de rastejo 38

39 COLUVIÕES Depósito de tálus, Base do morro Dois Irmãos [GEO-RIO 2000] 39

40 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA Solos eólicos Quando o agente transportador é o vento Partículas arredondas(atrito constante) Seletiva seleção do material Dunas litorâneas Solos glaciares Quando o agente transportador é uma geleira Muito freqüente na Europa e nos Estados Unidos, pouco no Brasil Material heterogêneo Chamado também de drifts 40

41 COLUVIÕES Duna do Pilat França 41

42 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA [ABGE 1998] 42

43 CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA Temcomobaseasdimensõesdosgrãosoupartículas que constituem o solo Constituiçãodosgruposdeacordocomotamanhodas partículas através de ensaios de granulometria Classificação limitada, mas oferece uma informação essencial para a descrição dos solos(solos grossos) Classificação recomendada pela Sociedade Internacional de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações(ISSMFE) 43

44 CLASSIFICAÇÃO GRANULOMÉTRICA Descrição Diâmetro das Partículas Argila < 2 µm Silte 2 a 60 µm Areia fina 60 a 200 µm Areia média 200 a 600 µm Areia grossa Pedregulhos 600 µm a 2 mm > 2 mm 44

45 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Aquelas em que são consideradas e quantificadas propriedades geotécnicas, que determinam os parâmetros de engenharia Classificações mais utilizadas: HRB e USCS Voltadas mais para solos de clima temperado Solos tropicais: VARGAS considera duas porções com comportamentos geotécnicos distintos Porção superficial com intensa evolução pedogenética e intenso estado de laterização(solo laterítico) Porção profunda que apresenta estruturas reliquiares da rocha (solo saprolítico) 45

46 CLASSIFICAÇÃO GEOLÓGICA Perfil típico do subsolo 46

47 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Solos lateríticos Solos normalmente argilosos Relativamente homogêneos, porosos Estrutura maciça e microagregada bem desenvolvida (sem minerais/ estrutura da rocha-mãe) Podem ocorrer in situ (+) ou transportados Coloração escura, vermelho-amarela 47

48 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Solos saprolíticos Nível superior Chamado solo residual jovem(saprolito fino) Composto por argilas residuais, areias argilosas, argilas arenosas com estrutura reliquiar da rocha original Nível inferior Chamado saprolito(saprolito grosseiro) Composto por argilas, areias argiloses, areias arenosas, com estrutura reliquiar e/ ou pedregulhos e blocos de rocha 48

49 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Principal feição: estrutura reliquiar(foliações, acamamento ou fraturas) Espessura variável Cores diversas Genuinamente residuais Diferença entre solos lateríticos e saprolíticos Granulometria Limites de consistência 49

50 CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA [ABGE 1998] 50 Perfil de alteração típico de rochas metamórficas e graníticas Em regiões de relevo suave