Notas de aula - Geologia e Dinâmica da Terra - PDF

▪ Projetos e obras em Engenharia Civil: túneis, Notas de aula – Dias 02/10/2024 e 03/10/2024 barragens, estradas, canais, metrô, água subterrânea, fundações, entre outros....

▪ Projetos e obras em Engenharia Civil: túneis, Notas de aula – Dias 02/10/2024 e 03/10/2024 barragens, estradas, canais, metrô, água subterrânea, fundações, entre outros. Geologia e dinâmica da Terra: Parte I ▪ Meio ambiente: resíduos sólidos, deslizamentos, saneamento básico, entre 1. INTRODUÇÃO outros. O objetivo desse estudo é fornecer aos ▪ Engenharia de Minas e geotecnia: estudantes o conhecimento necessário para exploração de minérios, jazidas de petróleo, compreender e aplicar as características dos entre outros. materiais geológicos, como rochas e solos, em (a) projetos da Engenharia Civil. Esse entendimento é essencial para garantir a segurança, a durabilidade e a viabilidade técnica de obras como edifícios, pontes, barragens, estradas, fundações, túneis e estruturas de contenção. (b) A Geologia visa estudar a composição, estrutura e fenômenos formadores da crosta terrestre, bem como o conjunto geral de fenômenos que agem não somente na superfície, como também no interior da Terra, mas que acabam influenciando a crosta de alguma forma. Atenção: Do grego “geos” = terra, “logos” = (c) estudo. A Geologia de Engenharia é uma ciência dedicada à investigação, ao estudo e à solução de problemas de engenharia e meio ambiente, decorrentes da interação entre a ciência da Terra e os trabalhos e atividades do homem, bem como à previsão e desenvolvimento de Figura 01 – Acidentes e incidentes relacionados a geologia de engenharia: (a) Fundação sobre solos medidas preventivas ou reparadoras de moles (p. ex. Vila Pan-Americana); (b) acidentes geológicos. São exemplos de Instabilidade de maciços rochosos (p. ex. barragem de Vajont, 1963); e (c) Instabilidade de encostas (p. aplicações da Geologia de Engenharia: ex. Ilha Grande, 2010). Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização. 2. O PLANETA TERRA profundidades em torno de 2.900 km. Composto por substâncias ricas em silicatos O planeta Terra é um corpo em constante de ferro e magnésio (Fe-Mg), apresenta-se evolução, com aproximadamente 4,5 bilhões de no estado plasmático, em virtude das anos, com diversas mudanças ocorrendo temperaturas e pressões elevadas. através de fenômenos de dinâmica interna (p. Subdivide-se em manto superior (menor ex. vulcanismo e tectonismo) e dinâmica densidade) e manto inferior (maior externa (p. ex. intemperismo e erosão). Os densidade e temperaturas mais elevadas). fenômenos em questão fazem com que a Terra esteja em constante transformação, com as ▪ Núcleo: camada mais interna da Terra, sendo características geológico-geotécnicas dos constituído principalmente por compostos materiais variando em função dos processos de níquel e ferro (Fe-Ni), que conferem a que deram origem aos mesmos. essa camada uma densidade superior ao manto. Pode ser subdivido em núcleo A estrutura interna do planeta é estudada de externo (líquido) e núcleo interno (sólido). maneira indireta, dadas as limitações tecnológicas para enfrentar condições de Em termos de propriedades físicas, é possível elevada temperatura e pressão em partes mais dividir a Terra nas seguintes camadas: profundas da Terra. Dessa forma, muitas ▪ Litosfera: do grego “lithos” = pedra, características das camadas do interior da Terra “sphaira” = esfera. Localizada em são deduzidas a partir da análise de ondas profundidades que se estendem até 100 km a sísmicas, registradas em superfície e que 150 km, compreende a crosta, onde as rochas atravessam essas camadas. são mais rígidas e resistentes, e a porção Com base na propagação dessas ondas, o superior do manto (estado interior da Terra é dividido em camadas com sólido/semissólido). A litosfera é composições diferentes: compartimentada por falhas ou fraturas profundas, formando as placas tectônicas, ▪ Crosta: parte mais externa da Terra, engloba que estão em constante movimento. Nas a crosta continental (onde estão localizados regiões de encontro entre as diferentes os continentes), com espessura variável placas tectônicas, pode ocorrer o acúmulo de entre 20 e 70 km, e a crosta oceânica (abaixo tensões, podendo gerar diversos fenômenos, dos oceanos), com espessura entre 6 e 8 km. entre eles as atividades vulcânicas, o Possui composição litológica predominante mergulho de uma das placas no manto e o de alumino-silicatos (sódicos, potássicos e fraturamento de rochas. cálcicos) e apresenta-se no estado sólido. ▪ Astenosfera: situada abaixo da litosfera, em ▪ Manto: parte mais volumosa da terra (~83% profundidades que se estendem entre 100 km do volume do planeta), estende-se até Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização.  e 350 km, compreende a parte superior do 3. MINERAIS manto superior. Apresenta-se no estado Minerais são substâncias inorgânicas naturais semissólido/plasmático e não sofrem de composição química e estruturas bem fraturamento quando submetidos aos definidas, sendo formados por meio de esforços (comportamento dúctil). É sobre processos geológicos, na Terra ou em corpos ela que as placas tectônicas se deslocam. extraterrestres. ▪ Mesosfera: região de alta pressão e Os minerais podem ser constituídos por um temperatura, abaixo da astenosfera, único elemento químico [p. ex. ouro (Au), incluindo a porção basal do manto superior e platina (Pt), cobre (Cu), diamante (C)] ou por todo o manto inferior, até profundidades na uma combinação deles (p. ex. quartzo, SiO2). ordem de 2900 km. Apresenta-se no estado Geralmente, os grupos minerais são plasmático e as deformações ocorrem de denominados com base no ânion ou radical maneira permanente, sem a ocorrência de aniônico dominante, como segue: fraturas (deformação plástica). ▪ Sulfetos: Galena (PbS), Pirita (FeS2), entre outros. Obs: S2- = ânion sulfeto. (a) ▪ Óxidos: Gelo (H2O), Hematita (Fe2O3), entre outros. ▪ Sulfatos: Gipsita (CaSO4.2H2O), entre outros. Obs: SO42- = ânion sulfato. ▪ Carbonatos: Calcita (CaCO3), Dolomita [CaMg(CO3)2], entre outros. Obs: CO32- = ânion carbonato. (b) ▪ Silicatos: Quartzo (SiO2), Feldspatos [(K, Na, Ca) (Si, Al)4 O8], Micas [(K, Na, Ca)2 (Al, Mg, Fe, Li)4-6 (Si, Al)8 O20 (OH, F)4]. Obs: [SiO4]4- = grupo do ânion silicato. Os silicatos são um grupo de minerais cuja unidade estrutural é denominada sílica tetraédrica, compreendendo o quartzo, os feldspatos e as micas. São os minerais mais Figura 02 – Estrutura interna da Terra: (a) Crosta, comuns encontrados na Terra (~90% do total). manto e núcleo; e (b) Subdivisão das camadas. Por esse motivo, são de grande relevância em geologia/geotecnia. Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização. Figura 03 – Sílica tetraédrica. A identificação dos minerais é realizada através da observação de algumas de suas propriedades, como segue: ▪ Hábito cristalino: forma geométrica externa habitual exibida pelos cristais dos minerais. Mais comuns: equidimensional/cúbico (dimensões iguais nas 3 direções), Figura 04 – Exemplos de minerais com diferentes hábitos cristalinos. prismático (uma das dimensões predomina sobre as outras), acicular (predomínio exagerado de uma das dimensões, dando aspecto de agulha), tabular (duas das dimensões predominam sobre uma terceira), foliado (folhas ou placas), fibroso/capilar (filamentos flexíveis), maciço ou compacto (sem forma definida, compacto), entre outros. ▪ Transparência: absorção de luz pelo mineral, que pode ser transparente (deixa a luz passar, p. ex. quartzo), translúcido ou opaco (não deixa a luz passar, p. ex. minerais metálicos, óxidos e sulfetos). ▪ Brilho: quantidade de luz refletida pela superfície do mineral, podendo ser metálico (muito brilhante), submetálico (brilho intermediário) ou não metálico (vítreo, sedoso, resinoso, etc.). Figura 05 – Exemplos de minerais com diferentes condições de transparência. Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização.  (a) (a) (b) (b) Figura 07 – Exemplos de cores de minerais: (a) (c) Idiocromáticos; (b) Alocromáticos. Figura 06 – Exemplos de minerais com diferentes condições de brilho: (a) Metálico; (b) Submetálico; (c) Não metálico. Figura 08 – Exemplos de traços de minerais. ▪ Cor: resulta da absorção seletiva da luz por ele refletida ou transmitida. Se dividem em idiocromáticos (apresentam cor própria, inerente à composição química) e alocromáticos (quando puros são incolores e assumem diversas cores em função da presença de impurezas, variações na composição química ou imperfeições no Tabela 01 – Escala de dureza de minerais (em retículo cristalino). Mohs). ▪ Traço: cor do pó mineral obtida quando se faz um traço em porcelana branco usando o mineral em questão. ▪ Dureza: resistência do mineral quando riscado, em escala de 1 a 10. Figura 09 – Exemplo de mineral sujeito a fratura. ▪ Fratura: superfície irregular e curva resultante da quebra de um mineral ▪ Clivagem: superfícies de quebra bastante (controlada pela estrutura atômica interna). regulares que existem em alguns minerais. Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização.  entre si para formar uma estrutura cristalina particular. O arranjo ordenado ocorre em função do equilíbrio elétrico entre os íons que formam o mineral, de tal forma que o equilíbrio de cargas gera um composto neutro Figura 10 – Exemplo de mineral sujeito a clivagem. eletricamente. ▪ Densidade relativa: relação entre o peso Os átomos constituintes de um mineral específico do mineral e o peso específico da encontram-se distribuídos ordenadamente, água. Em geral, varia de 2,5 a 3,3. formando um arranjo estrutural tridimensional ▪ Geminação: aparecimento de cristais denominado retículo cristalino. intercrescidos de forma irregular. Figura 13 – Arranjo espacial dos íons de Na+ e Cl- no composto NaCl (halita). Figura 11 – Exemplo de rutilo geminado. A estrutura cristalina dos minerais é gerada pela Minérios, por sua vez, são minerais ou rochas repetição de uma unidade atômica ou iônica que possuem importância econômica. fundamental que já tem as propriedades físico- químicas do mineral completo. Essa unidade fundamental é denominada cela unitária, sendo constituída por um conjunto de átomos ou íons. Figura 12 – A hematita é o principal minério de ferro (~70% Fe). 4. ESTRUTURA INTERNA DE MINERAIS Um mineral é composto por um arranjo ordenado de átomos quimicamente ligados Figura 14 – Exemplo de cela unitária (halita). Material sem fins lucrativos, proibida qualquer forma de reprodução, divulgação e comercialização.