st 409 – elementos de geologia e mecânica dos

ST 409 – ELEMENTOS DE GEOLOGIA E MECÂNICA DOS SOLOS
ROCHAS SEDIMENTARES
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ROCHAS SEDIMENTARES
ROCHAS SEDIMENTARES: são as rochas que se formaram
tanto pela atividade mecânica como química dos agentes do
intemperismo sobre rochas pré-existentes. São o acúmulo do
produto da decomposição e desintegração de todas as rochas
presentes na Crosta.
As áreas de ocorrência são denominadas BACIAS
SEDIMENTARES. Ex: bacia sedimentar do Paraná, bacia
sedimentar de São Paulo.
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ROCHAS SEDIMENTARES
As rochas sedimentares são produtos do intemperismo
mecânico e químico, representando apenas 5% (em volume)
do exterior da Terra.
Contêm evidências de ambientes passados.
Muitas vezes, contêm fósseis.
Fornecem informações sobre transporte de sedimentos
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CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA A FORMAÇÃO DE
UMA ROCHA SEDIMENTAR
Pré-existência de rochas.
Presença de agentes móveis ou imóveis que desagreguem ou
desintegrem aquelas rochas.
Presença de agente transportador dos sedimentos.
Deposição desse material em uma bacia de acumulação,
continental ou marinha.
Consolidação desses sedimentos.
Diagênese: transformação do sedimento em rochas definitivas.
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CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA A FORMAÇÃO DE
UMA ROCHA SEDIMENTAR
LITIFICAÇÃO (DIAGÊNESE): último processo que ocorre
na formação das rochas sedimentares. o processo é divido em:
CIMENTAÇÃO: cristalização de material carreado pela
água que percola pelos vazios do sedimento (espaço de
vazios deixados pelas partículas sólidas), preenchendo-os e
dando coesão ao material;
COMPACTAÇÃO: compressão dos sedimentos devido ao
peso daqueles sobrepostos, havendo gradual diminuição da
porosidade (redução dos vazios);
AUTIGÊNESE: formação de novos minerais in situ.
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ESTRUTURA DAS ROCHAS SEDIMENTARES
As rochas sedimentares são caracterizadas por sua
estratificação, pois são geralmente formadas de camadas
superpostas que podem diferir uma das outras em composição,
textura, espessura, cor, resistência, etc.
Os planos de estratificação, também chamados de planos de
sedimentação, são normalmente planos de fraqueza da rocha,
que muito influem no seu comportamento mecânico.
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INTEMPERISMO
Intemperismo ou Meteorização: conjunto de
processos mais geral que ocasiona a
desintegração e decomposição das rochas e
dos minerais por ação de agentes
atmosféricos e biológicos.
Importância geológica: destruição das rochas
para originar solos, sedimentos e as rochas
sedimentares.
Benefícios econômicos: concentração de
minerais úteis ou minérios (ouro, platina,
pedras preciosas, etc). Formação de
depósitos enriquecidos de Cu, Mn, Ni, etc.
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INTEMPERISMO E EROSÃO
INTEMPERISMO: fenômeno de alteração das rochas
executado por agentes essencialmente imóveis.
EROSÃO: remoção e transporte dos materiais por meio de
agentes móveis (água, vento).
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AGENTES DO INTEMPERISMO
Físicos ou mecânicos (desagregação)
variação da temperatura;
congelamento da água;
cristalização de sais;
ação física de vegetais.
Químicos (decomposição)
hidrólise;
hidratação;
oxidação;
carbonatação;
ação química dos organismos e dos materiais orgânicos.
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FATORES QUE INFLUEM NO INTEMPERISMO
CLIMA: em regiões quentes e úmidas predomina
intemperismo químico e em regiões geladas e nos desertos
predomina intemperismo físico.
TOPOGRAFIA.
TIPO DE ROCHA.
VEGETAÇÃO.
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TIPOS DE INTEMPERISMO
INTEMPERISMO FÍSICO: ação
da variação da temperatura
expansão - contração → desintegração
congelamento da água:
aumento de volume de
aproximadamente 10%.
cristalização de sais: força de
cristalização.
ação física dos vegetais:
crescimento de raízes.
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INTEMPERISMO QUÍMICO
A água, carregada de O 2 , CO 2 , e às vezes de
nitratos e nitritos podem ficar impregnados
de ácidos, sais e produtos orgânicos e
iniciar ataques às rochas.
Hidrólise: a reação de qualquer substância com
a água. Íons de hidrogênio atacam e substituem
outros íons (formação de novas substâncias).
Ex: KALSI 3 O 8 + H 2 O → HALSI 3 O 8 +
KOH (feldspato, ortoclásio)
Hidratação: adição de moléculas de água
aos minerais formando novos compostos.
Ex: CASO 4 + H 2 O → CASO 4 .2H 2 O
Provoca também o aumento de volume –
desintegração.
Carbonatação: (decomposição por CO 2 )
CO2 contido na água forma ácido
carbônico.
Ex: CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
CACO 3 + H 2 CO 3 → CA(HCO 3 ) 2
(calcita) + (ác. carb.) → (bicarbonato de
cálcio)
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INTEMPERISMO QUÍMICO
OXIDAÇÃO: qualquer reação quando os elétrons são perdidos
de um elemento. Decomposição dos minerais pela ação
oxidante de O 2 E CO 2 dissolvidos na água: hidratos, óxidos,
carbonatos, etc. Minerais contendo Fe, Mn, S, Cu são mais
susceptíveis à oxidação.Ex:
Fe ++ → Fe +++
Fe(HCO 3 ) 2 + O 2 → Fe 2 O 3 NH 2 O + HCO 3 (LIMONITA)
DECOMPOSIÇÃO QUÍMICO-BIOLÓGICA: ação química
dos organismos – muito variada
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DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS
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DECOMPOSIÇÃO DAS ROCHAS
Grupo resultante da decomposição de um granito:
minerais inalteráveis: quartzo, zircão e muscovita.
resíduos insolúveis: argilas, substâncias corantes.
substâncias solúveis: sais de K, Na, Fe, Mg e Sílica.
Substâncias solúveis:
geralmente transportado para o mar (salinização);
regiões de alta evaporação (depósitos);
sílica, geralmente depositadas em fraturas, e como material de
cimentação.
Substâncias insolúveis:
podem permanecer no local;
grãos de quartzo formam camadas de areia;
partículas de argila são transportadas, e depois sedimentadas para
formar camadas de lama.
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CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES
Prevalece o critério genético, sendo de origem externa.
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ROCHAS SEDIMENTARES
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ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA
Também denominadas: clásticas ou detríticas são formadas a partir da
desagregação de rochas pré-existentes pelo transporte da ação separada ou
conjunta da gravidade, vento, água e gelo, e depositada posteriormente. A
composição destes sedimentos reflete os processos de intemperismo e a
geologia da área da fonte.
Características:
inicialmente inconsolidado constituindo o sedimento;
dimensões das partículas: coloidais até centímetros e blocos maiores;
após compactação e/ou cimentação – rochas sedimentares ou rocha
estratificada;
substâncias cimentantes mais comuns: sílica, carbonato de cálcio,
limonita, gipso, barita, etc.
Subdivisões de acordo com diâmetros predominantes:
grosseira;
arenosas;
argilosas.
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ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA
ROCHAS GROSSEIRAS
Φ≥2 mm e são originadas por depósitos
coluviais de tálus e os de aluvião. Tipos:
Conglomerados: fragmentos
arredondados, transportados e
depositados. O tamanho dos
fragmentos varia de seixos até
matacões.
Brechas: fragmentos angulosos e
cimentados por sílica, carbonato
de cálcio, etc; o que demonstra
que o transporte não foi muito
grande.
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ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA
ROCHAS ARENOSAS
São as mais representativas e
comuns, com diâmetros entre 0,01
e 2 mm. Tipos:
Arenitos: constituídas de
partículas ou grânulos de quartzo
detrítico, subangulares ou
angulares. O cimento pode ser
sílica, carbonato e cálcio,
substâncias ferruginosas, etc.
Siltito: granulação finíssima Φ≥ 0,01 mm, formados por erosão
fluvial, lacustre ou glacial.
Apresentam camadas muito finas
identificadas por diferentes faixas
coloridas (películas de óxido de
ferro).
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ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA
ROCHAS ARGILOSAS
São representadas pelos mais finos sedimentos mecanicamente
formados, com Φ ≤0,01 mm até dimensões coloidais. São
divididos em três grupos:
Grupo do caulim
Grupo da montmorillonita
Grupo das illitas (hidrômicas)
Ex: folhelhos (camadas horizontais bem destacadas em planos) e
argilito (planos horizontais são menos comuns).
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Folhelho. Fonte: Museu “Heinz Ebert" rc.unesp Argilito. Fonte: Museu “Heinz Ebert" rc.unesp

ROCHAS DE ORIGEM MECÂNICA
Resumo: as rochas sedimentares clásticas formam a grande
família das rochas sedimentares. O tipo de sedimento
originário concede o nome a rocha formada.
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ROCHAS DE ORIGEM QUÍMICA
Além dos produtos clásticos depositados mecanicamente,
resultam do intemperismo compostos solúveis que tem
destinos diversos. Estes compostos podem precipitar junto
com as frações detríticas e sofrer cimentação. Entretanto, é
importante frizar que a maior parte dos compostos solúveis são
levados aos mares (salinidade):
Calcárias: precipitados em bacias através de mudanças físicoquímicas
do meio. Ex. mármore travertino, crescimento de
estalactites e estalagmites, dolomitos, etc.
Ferruginosas: origem inorgânica e química.
Silicosas: precipitação de soluções cujo constituinte
predominante é a sílica. Ex. sílex de origem química.
Salinas: produto da precipitação química das bacias. Ex.
cloretos, sulfatos, boratos, nitratos, etc.
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ROCHAS DE ORIGEM ORGÂNICA
São depósitos sedimentares devidos, direta ou indiretamente, à atividade
animal e/ou vegetal de natureza diversa. Esses materiais acumulam-se
principalmente no fundo dos mares:
Calcárias: acúmulo de conchas ou carapaças de composição
carbonatada.
Carbonosas: acúmulo de matéria vegetal com posterior carbonização,
total ou parcial, e consolidada. Compreende as turfas e carvão.
Os carvões são classificados em lignito, carvão betuminoso e antracito
conforme diminuição da porcentagem de matéria volátil e o aumento do
conteúdo de carbono.
rochas carbonatadas (calcáreo, giz);
rochas fosfatadas (fosforito, guano);
rochas ferríferas (limonita);
rochas silicosas (diatomitos);
rochas carbonosas (carvão, antracito).
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ROCHAS SEDIMENTARES NÃO CLÁSTICAS RESIDUAIS
Na condição de ações climáticas, topográficas e de vegetação,
os solos de uma determinada região podem sofrer sensíveis
modificações.
A retirada e aumento de determinados componentes pode levar
o solo ao concrecionamento em um primeiro estágio e a
crustificação (geração de crostas) em um estágio final. Ex:
cangas.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES
As rochas sedimentares bem cimentadas podem se constituir
em bom material para blocos de fundação e de alvenaria,
calçadas, meios fios, etc. Ex: arenito de botucatu.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES
Quando poucos cimentados ou trabalhados por agentes
geológicos, as rochas sedimentares podem dar origem a
depósitos de areias e pedregulhos ou de lamitos, com imensa
utilização na construção civil, os primeiros no concreto e os
últimos, na fabricação de tijolos e cerâmicas.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES -EDIFICAÇÕES
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - ATERROS
Os solos originados de rochas sedimentares, especialmente as
argilo-arenosas, podem ser utilizadas com certa tranquilidade
em aterros, já que combinando o atrito das areias com a coesão
das argilas dão, como produto final, um material com boa
resistência e de relativamente fácil trabalhabilidade.
Os problemas surgem quando solos são predominantemente
arenosos, pois são vulneráveis à erosão pela água das chuvas e
ventos.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TALUDES
A estabilidade do talude está diretamente associada à direção
do plano de estratificação da rocha.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
A direção predominante do plano de estratificação da rocha é
fundamental para o comportamento do maciço na frente de
escavação e dos possíveis tipos de tratamento e escoramento.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 1: túnel sempre nas mesmas camadas horizontais.
Esta situação é desfavorárel, pois pode ocorrer desplacamento
do teto por ação de flexão.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 2: túnel corta camadas diferentes, mergulhantes.
Situação desfavorável, pois com a escavação as placas de
rochas tendem a ser descalçadas, originando grandes
desmoronamentos.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 3: túnel atravessa camadas verticais diferentes. Esta é
uma situação favorável, pois não há descalçamento das placas
de rocha na escavação.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 4: túnel atravessa as mesmas camadas mergulhantes.
Situação desfavorável no pé-direito do lado direito e favorável
no pé-direito do lado esquerdo. Exigência de espessura
assimétrica da abóboda de concreto armado.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 5: túnel atravessa as mesmas camadas verticais.
Situação desfavorável, pois as lajes são descalças durante a
escavação. O desmoronamento é menor do que quando são
encontradas camadas horizontais.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
Situação 6: túnel atravessa camadas mergulhantes duas vezes.
A situação é desfavorável no teto do pé-direito esquerdo e
favorável no pé-direito lado direito.
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Situação 1: muito estável
Situação 2: pouco estável
Situação 3: razoavelmente
estável
Situação 4: muito estável
Situação 5: muito estável
Situação 6: pouco estável
(rocha ígnea diaclasada)
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - TÚNEIS
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - BARRAGENS
O empuxo das águas provoca esforços horizontais que tendem
a fazer com que a barragem deslize, independente do tipo de
rocha de fundação. O que vai impedir o deslizamento será o
atrito entre a base da barragem e a rocha. Para aumentar esse
atrito é que se engasta a estrutura na rocha através da
escavação de dentes.
Em algumas situações desfavoráveis é comum a utilização de
tirantes de aço ancorados abaixo do último plano de
estratificação. Esta medida garante a estabilidade do maciço e
aumenta a interligação da base da barragem com a rocha de
fundação.
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Problemas de erosão:
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - BARRAGENS
A erosão interna é provocada pela percolação de águas ácidas
através das camadas, dissolvendo o carbonato de cálcio e
deixando nas camadas vazios que irão progressivamente
aumentando até atingirem cavernas de grandes dimensões.
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Problemas de erosão:
APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - BARRAGENS
A erosão externa é provocada pelas águas que saem da
barragem, via estruturas hidráulicas como o vertedouro, a
descarga de fundo, etc. Essas correntes turbilhonadas, via de
regra dotadas de grande velocidade, poderão levar, em pouco
tempo, um volume enorme de rochas sedimentares pouco ou
medianamente cimentadas.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - FUNDAÇÕES
Os sedimentos recentes, atualmente
concentrados nas planícies de inundação
dos cursos d’água (que estão em pleno
processo de erosão-transporte-deposição e
que ainda não sofreram mais diagênese,
senão a pressão do próprio peso das
camadas sobrepostas), mostram algumas
características que influem nos projetos
de fundações: presença d’água muito
próxima da superfície e a presença de
camadas lenticulares de argila no perfil
(argila mole).
Outros problemas estão associados a
rochas calcáreas em contato com águas
ácidas, provocando erosão interna, e
arenitos pouco cimentados que estão
sujeitos a erosão externa.
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APLICAÇÃO PRÁTICA DE ROCHAS
SEDIMENTARES - CARVÃO MINERAL
O carvão mineral é uma rocha sedimentar combustível, de cor
preta e de vital importância na moderna indústria, pois, além
da sua utilização em usinas termelétricas e na siderurgia,
constitui uma das principais matérias-primas na fabricação de
vários tipos de plásticos e compostos químicos.
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Leituras:
OBRIGADO PELA ATENÇÃO.
Capítulo 6 de CHIOSSI, N. J. (1975).
Capítulo II e III de LEINZ, V. (1998)
Pesquisas adicionais:
e
www.rc.unesp.br/museudpm/
www.periodicos.capes.gov.br
www.abge.com.br
Bibliotecas, Internet, etc.…
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