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GEOTÉCNICA - 2011/2
Marita Raquel Paris Cavassani [email protected]
Definição de solo e rocha A Terra, sua idade e movimentações da crosta
UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOENGENHARIA CIVIL
Referências:
Notas de aula (slides) do Prof. Paulo Dias Ferreira Júnior. Curso de Geografia – UFES
Notas de aula (apostila) de Geotécnica, Prof. Reno Reine Castello (1998)
Definição: Solo e Rocha
SOLO:
Misturas naturais de um ou diversos minerais (às vezes com
matéria orgânica).
Material não consolidado (não cimentado) composto de
partículas sólidas discretas (isoladas) contendo gases e/ou
líquidos nos seus vazios
Numa conceituação mais simplista: material que pode ser
escavado sem o emprego de técnicas especiais, como, por
exemplo, explosivos.
ROCHA:
Material consolidado (cimentado) que requer explosivos ou
métodos similares de força bruta para escavação.
Eng. Civil está mais interessado no sistema de descontinuidades
(falhas, fissuras, etc.)
Era Geológica: A história do planeta divide-se em eras geológicas, períodos,
épocas e idades:
Escala Geológica do Tempo
Eras PeríodosTempo
decorrido(1.000 anos)
Características Gerais
Cenozóica
QuaternárioHolocenoPleistoceno
111.000
Caracterização das formas de relevo atuais. Aparecimento
do homem e das atuais formas de vida. Configuração dos atuais oceanos e continentes.
Extinção dos répteis gigantescos e desenvolvimento excepcional dos mamíferos. Desenvolvimento de plantas
semelhantes às que atualmente conhecemos. Formação das
cadeias montanhosas da atualidade (Alpes, Andes, Rochosas, Himalaia, Atlas e da África Oriental).
TerciárioPliocenoMiocenoOligocenoEoceno
12.00023.00035.00055.000
Mesozóica
SecundárioCretáceoJurássicoTriássico
135.000180.000220.000
Intenso trabalho de erosão e sedimentação. Erupções vulcânicas em muitos pontos da Terra. Desenvolvimento
excepcional dos moluscos e répteis gigantescos. Primeiros mamíferos e aves.
Paleozóica
Primário SuperiorPermianoCarbonífero
270.000350.000
Desenvolvimento notável da vida, principalmente no mar. Na terra aparecem invertebrados e gigantescas florestas.
Primário MédioDevonianoSiluriano
400.000430.000
Primário InferiorOrdovicianoCambriano
490.000600.000
Pré-Cambriano Superior (Proterozóica)
Algonquiano
Restos raros de bactérias, fungos, algas, esponjas, crustáceos e celenterados. Movimentos orogênicos e
vulcanismo intenso.
Médio Mais de 2 bilhões de anos
Surgimento das primeiras formas de vida. Bactérias e fungos.
Inferior (Arqueozóica) Arqueano
± 4,5 bilhões de
anos Formação da Terra
• A Teoria da Nebulosa explica a formação dos
planetas a partir da acresção de materiais
oriundos de uma nuvem de poeira e gás inicial.
Definição: acreção [Sin. acrescimento]
Hipótese referente ao nascimento e crescimento de
planetas por agregação de poeira estelar e corpos
menores (asteróides, planetesimais,..) atraídos
gravitacionalmente e incorporados à massa do
planeta em desenvolvimento.
ERA: Pré-Cambriano inferior (Aqueozóica)
(± 4,5 bilhões de anos atrás)
Formação da Terra
Colapso da nebulosa solar
Nebulosa contrai aumenta rotação
(conservação momento angular)
Material dos pólos cai rapidamente no centro
formação de um disco
No centro corpo maciço e quente
materiais sólidos volatilizados
Restante da nebulosa esfria planetesimais
No centro processos nucleares estrela
No exterior processos de acresção planetas
Explorando o interior da Terra
• 1889 – Ondas elásticas geradas por terremotos (ondas sísmicas), podem ser usadas para explorar o interior da Terra.
Sismo, também chamado de terremoto, é um fenômeno de vibração
brusca e passageira da superfície da Terra, resultante de movimentos
subterrâneos de placas rochosas, de atividade vulcânica, ou por
deslocamentos (migração) de gases no interior da Terra, principalmente
metano. O movimento é causado pela liberação rápida de grandes
quantidades de energia sob a forma de ondas sísmicas.
Onda sísmica é uma onda que se propaga através da Terra, geralmente
como conseqüência de um sismo, ou devido a uma explosão. Estas ondas
são estudadas pelos sismólogos, e medidas por sismógrafos, sismómetros
ou geofones.
Propriedades das ondas sísmicas
• Princípio: quando as ondas sísmicas se propagam de um meio para outro, ocorre a mudança de velocidade e direção.
• A velocidade das ondas sísmicas é função do tipo de material (ou meio), ou seja, das propriedades físicas do meio, principalmente densidade e elasticidade
• Com a passagem das ondas sísmicas, o meio se deforma elasticamente.
• Ondas sísmicas: INTERNAS E SUPERFICIAIS
Explorando o interior da Terra
A natureza das ondas símicas
das propriedades dos materiais
são mais rápidas em meios mais rígidos
aumentam a velocidade em profundidade (maior pressão)
As ondas sísmicas dependem:
Propriedades das ondas sísmicas
Ondas Internas
• P (primárias, longitudinais, compressionais)
– As partículas vibram paralelamente à direção de propagação.
– Maior velocidade de propagação 6-8 km/s. Ex: Som.
• S (secundárias, transversais, tangenciais)
– As partículas vibram perpendicularmente à direção de propagação.
– Não se propagam em meios líquido e gasoso.
Ondas Superficiais - É aquela que se propaga na crosta
CrostaSial: G=2,7 T=800°CSima: G=2,95 T=1000°C
MantoSuperior: G=3,3 T=2000°CInferior: G=5,5 T=3000°C
Núcleo interno(sólido)
Nife: G=12
Núcleo externo(líquido)
O interior da Terra
Litosfera: Parte externa e rígida da Terra constituída pelo manto
superior, crosta oceânica e crosta continental.
Astenosfera: Parte do manto superior sobre a qual as placas
litosféricas se movem.
SIAL – Parte mais externa da crosta, composto principalmente por Silício e
Alumina. Rochas graníticas. Esp. 25 a 90 km
SIMA – Parte abaixo do Sial e constitui-se basicamente de Silício e Magnésio.
Rochas basálticas. Esp. 5 a 10 km
Grau Geotérmico – É o número de metros em profundidade da crosta terrestre
em que há elevação de 1°C na temperatura (média mundial é de 30 m).
0 (km)Crosta continental(2.7)
Descontinuidadede Moho
Distâncias horizontais fora de escala
Manto(3.3 g/cm3)
Crosta oceânica(3.0 )
10
20
30
40
50
Isostasia
Descontinuidade de Mohorovic (Moho) separa a crosta do manto.
A crosta continental menosdensa flutua sobre omanto denso
Teoria segundo a qual há equilíbrio isostático na Terra, isto é, a uma dada
profundidade (~ 60 km) as pressões se igualam.
Sob as montanhas o Sial penetra
mais fundo no Sima.
“Moho”
A descoberta da descontinuidade (crosta/manto)
Limite entre a crosta e o
manto
Descoberta em 1909 por
Andrija Mohorovicic
Composição da Terra
Abundância dos Elementos Químicos
• Ferro (35%), Oxigênio (30%), Silício (15%), Magnésio (10%)
• outros 82 elementos: 10%
Distribuição
• heterogênea
• densidade aumenta com a profundidade
- crosta: 2,7 a 3,0
- manto: 3,3 a 5,5
- núcleo: 12
• temperatura aumenta com a profundidade
- crosta: 800 a 1000oC
- manto: 2000 a 3000oC
Den
sid
ad
e
Profundidade (km)
Crosta
Manto
NúcleoExterno
NúcleoInterno
Composição química da Terra
As mudanças abruptas na
densidade da Terra são
causadas por mudanças na
composição química da Terra.
Profundidade (km)
Níquel (6%)Ferro(94%)
NÚCLEOINTERNO
Den
sid
ad
e
Profundidade (km)
Crosta
Manto
NúcleoExterno
NúcleoInterno
Profundidade (km)
Densidade das maiores camadas
Níquel (5%)
Ferro(85%)
Enxofre (5%)
Oxigênio (5%)
Silício (21%)
Alumínio (2.4%) Ferro (6.3%)
Magnésio (22.8%)
Cálcio (2.5%)
Oxigênio(44%)
MANTO
Alumínio (8%) Ferro (6%)
Magnésio (4%)
Cálcio (2.4%)
Outros (5.6%)Oxigênio(46%)
CROSTA
NÚCLEOEXTERNO
Silício (28%)
Deriva Continental Teoria das Placas Tectônicas
A idéia básica da deriva continental, é que a litosfera é dividida
em placas que se movem sobre a astenosfera. Assim, a posição
atual dos continentes ou porções de continentes não corresponde
à sua posição no passado e não corresponde à sua posição no
futuro.
Uma questão inicial: Como essas aves não voadoras atingiram áreas tão distantes?
A explicação
para esse fato
está no ancestral
comum e na
posição inicial
dos continentes.
Os continentes é
que se moveram
e não as aves
Com a
movimentação dos
continentes o
ancestral comum
destas aves foi
isolado
possibilitando o
aparecimento de
novas espécies
A Deriva dos Continentes foi inicialmente proposta por Alfred Wegener
em 1915, porém foi aceita somente a partir da década de 1970.
• Certos fósseis de animais que dificilmente seriam capazes de atravessar o
oceano
Evidência da deriva continental
• 0s continentes,
mesmo separados,
compartilham
rochas de mesma
idade e
composição
Press et al. (2006)
América do Sul se afasta da África, 3 cm por ano
Simulação da
dorsal
mesoceânica
Atividade geológica nas áreas de encontro das placas
tectônicas
O Círculo de Fogo do Pacífico, mostrando os vulcões ativos (círculos em
vermelho) e os terremotos (círculos pretos)Press et al. (2006)
W. W. Norton
Epicentros e placas tectônicas
Principais placas tectônicas
Teoria das Placas Tectônicas
A movimentação das placas continentais através dos milênios
foram causadas por correntes de convecção no interior fluído da
Terra.
Quanto mais junto ao núcleo mais quente, então a massa mais
interna e aquecida sobe e a massa mais externa sob a crosta e
menos aquecida desce.
Por atrito tendem a movimentar a crosta. Neste movimento a crosta
se fragmentou em várias placas que se movimentam, ora uma de
encontro a outra, ora afastando-se.
Ex. Choque entre a placa continental (América do Sul) e placas oceânicas no
encontro com o Oceano Pacífico Cordilheira dos Andes, terremotos e vulcões.
A movimentação das placas tectônicas é
impulsionada pelas correntes de convecção
Press et al. (2006)
A convecção causa a ascensão da água…
...a água fria se move para as laterais e afunda,…
…aquecimento e nova ascensão.
Matéria quente do manto ascende,…
…causando a separação das placas.
Onde as placas convergem, a placa fria afunda…
…aquece e ascende novamente.
Placa Placa
Press et al. (2006)
Os tipos básicos de limites entre as placas tectônicas
divergente, convergente e transformante
1. Limite divergente
(a) Separação de placas oceânicas
Dorsal Mesoatlântica
Rifteamento, vulcões e terremotos
• Rifting (rifteamento) é o processo no qual um continente se
fragmenta e se separa a partir de um limite divergente.
1. Limite Divergente(b) Separação de placas continentais
Vale em Rifte do Leste Africano
vale em rifte, vulcão e terremotos
O processo de subducção
No limite convergente duas placas tectônicas se movem
para um ponto em comum e acabam por colidir. A placa
oceânica, por ser mais fina e densa mergulha sob a
placa continental. Este processo de afundamento da
placa tectônica é chamado de subducção.
2. Limite Convergente
(a) Convergência Oceano-Oceano
Ilhas Marianas Fossa Marianas
fossa oceânica, arco de ilhas vulcânicas e terremotos profundos
2. Limite Convergente
(b) Convergência Oceano-Continente
Cordilheira dos Andes
Placa Sul-Americana
Fossa do Peru-Chile
cinturão de montanhas vulcânicas montanhas dobradas e terremotos profundos
2. Limite Convergente
(c) Convergência Continente-Continente
Planalto do Tibete
Placa Eurasiana
dobramento de montanhas e terremotos
Montanhas Himalaia
subducção
W. W. Norton
Limites convergentes das placas tectônicas
Limites convergentes das placas tectônicas
Cordilheiras dos Andes: Placa de Nazca a Placa Sul-americana
Falha transformante
Falha transformante ao longo de um limite divergente
das placas tectônicas: As placas deslizam uma ao
lado da outra sem a formação de uma nova placa ou a
destruição de parte delas.
3. Limite Transformante
(a) Falha transformante na dorsal mesoceânica
falha lateral (transformante) e terremoto
3. Limite Transformante
(b) Falha transformante no continente
falha lateral (transformante) e terremoto
original artwork by Gary Hincks
Placas tectônicas e relevo
Vulcanismo
Velocidade: 18 km/1.000 anos ou 18 mm/ano
Velocidade de deslocamento das placas tectônicas
Exemplo de velocidades das placas:
• Dorsal do Pacífico Leste (placas do Pacífico e Nazca)
• 138 a 150 mm/ano
• Atlântico Sul (Dorsal Meso-Atlântica)
• 34 a 35 mm/ano
• Sul da Austrália
• 70 a 75 mm/ano
• Sul da África
• 14 mm/ano
Velocidade de deslocamento das placas tectônicas
W. W. Norton
Mapa da sismicidade brasileira, com sismos de magnitude = 3.0,
ocorridos no Brasil, desde a época da colonização até 2004
Defesa civil - Ceará
Maiores sismos
ocorridos no Brasil:
• Mato Grosso: 6.6
• Espírito Santo
(oceano Atlântico): 6.3
Escala Richter:
É uma escala logarítmica: a magnitude de Richter corresponde ao logaritmo
da medida da amplitude das ondas sísmicas de tipo P e S a 100 km do
epicentro.
O sismo mais intenso já registrado atingiu o valor de 9,5, e ocorreu a
22 de maio de 1960 no Chile.