Universidade Federal do Paraná -UFPR Setor de Tecnologia ... · Slide 9 1 átomos distribuidos...

Introdução à Engenharia Geotécnica

Universidade Federal do Paraná - UFPRSetor de Tecnologia - Departamento de Construção Civil – DCC

Segundo Semestre de 2018

Professora: Larissa De Brum Passini 1

Introdução à Engenharia Geotécnica TC029Terças-feiras e Quintas-feiras das 15:30 às 17:10

2

Universidade Federal do Paraná - UFPRSetor de Tecnologia - Departamento de Construção Civil – DCC

Nome dos alunos:

1- Anna Flávia Meister Ciríaco

2- Felipe Ferreira de Souza

3- Gabriel Marcarini Simionato

4- Gabriel Proença Ferreira

5- Helena Pauline Schulze

Minerais

Data: 07/08/2018

Grupo: 2

Título:

Sumário

3

1. Conceitos2. Origem3. Propriedades Físicas4. Classificação dos Minerais5. Características dos Silicatos6. Identificação das Rochas7. Estruturas Geológicas e Deformações das Rochas

Conceitos

4

O que são minerais?

“Entende-se por matéria mineral aquela formada por processos inorgânicos da

natureza e que possui composição química definida.”

Nivaldo Chiossi, Geologia de Engenharia

Conceitos

5


• Os minerais são estritamente naturais.

• Na sua maioria Substância Inorgânica E TAMBÉM Substâncias orgânicas

(ex: minerais nas conchas).

• Apresenta formação atômica organizada (cristalina), ou seja, SÓLIDO.

• Todo o mineral é um cristal.

6

Conceitos


7

São minerais?

Conceitos

Petróleo

Âmbar

8

Petróleo - não é mineral, é uma mistura de compostos orgânicos (principalmente

hidrocarbonetos), que se originou de restos de seres vivos animais e vegetais

decompostos por bactérias anaeróbicas, ao longo de milhões de anos, na ausência de

oxigênio e determinada pressão e temperatura.

Âmbar - não é mineral, é resina vegetal que solidifica, sem arranjo cristalino, chamado

de resina fóssil. Lembra-se do filme dos dinossauros: Jurassic Park, 1993

São minerais?

Conceitos

9

Conceitos

Estado Cristalino

● Arranjo atômico tridimensional → retículo cristalino;

● Células unitárias; ● Ambiente favorável.

12

1 átomos distribuidos ordenadamenteHelena Pauline, 8/4/2018

2 simetria cristalograficaHelena Pauline, 8/4/2018

10

Conceitos

● Anisotropia: significa que certas propriedades físicas (dureza, resistência mecânica, refração da luz, por exemplo) dependem da direção em que são medidas)

● Isotropia: é a caracterização de uma substância que possui as mesmas propriedades físicas, independentemente da direção considerada

Anisotropia é oposto de Isotropia

11

Conceitos

Estado Cristalino

● Minerais podem apresentar Isotropia e anisotropia.

Ex: Isotropico: granada e Anosotrópico: quartzo

12

Conceitos

Estado Cristalino

● Rochas podem apresentar Isotropia e anisotropia.

Ex: Isotropico: granito e Anosotrópico: gnaisse

13

Conceitos

São minerais?

Mercúrio: Único “mineral líquido”, chamado de mineralóide.

14

Conceitos

São minerais?

Opala e Obsidiana (magna tem muita sílica que vitrifica -vidro vulcânico) - São sólidos e chamados de mineralóide.

Opala e Obsidiana

15

Conceitos

Mineralóide

● Mineralóide :é a designação dada a materiais de origem geológica que apresentem características semelhantes às dos minerais, mas não sejam cristalinos ou, quando sejam, não tenham uma composição química suficientemente uniforme para poderem ser considerados com um mineral específico.

● Substâncias amorfas.

● Mineralóide [sufixo óide significa: parecido com] [Conf. mineral, cristal]

16

Conceitos

Minério

“Mineral ou rocha que podem ser trabalhados para a extração de uma ou mais substâncias úteis

economicamente.”

17

Conceitos

Gemas

“É um mineral, rocha ou material petrificado que, quando lapidado ou polido, é colecionável ou usado para adorno.”

18

Origem

● Condições físicas; ○ Temperatura; ○ Pressão.

Materiais já cristalizados podem recristalizar caso haja mudança

em temperatura e pressão.

19

Origem

● Diversas maneiras de formação:

○ Magma: cristalização fracionada dos magmas → Séries de Bowen.

20

Origem

● Diversas maneiras de formação:○ Enxofre: condensação de materiais rochosos em

estado de vapor.

21

Propriedades Físicas

● São resultado da composição química e característicasestruturais de cada mineral.Ex1: Ferro e Grafite;Ex2: Grafite e Diamante;

22


● Dureza: característica que leva em consideração aresistência do material ao ser riscado. Para avaliar adureza de um material, é comumente utilizado a escalade mohs.

23


● Traço: definido como a cor do pó do material quandoriscado em uma superfície normalmente branca.Materiais transparentes e translúcidos apresentam, emgeral, traço branco, portanto esta técnica é mais útilpara minerais opacos e ferrosos.Ex: Hematita (Fe2O3)

24


● Fratura e Clivagem: ocorrem quando há a quebra deum mineral. Se a superfície da quebra é irregular,denomina-se fratura. Se regular, denomina-seclivagem. As duas características podem se apresentarjuntas.

Quartzo (SiO2) Calcita (CaCO3)

25


● Tenacidade: traduz-se como a resistência ao choque ouao corte de uma lâmina. é separado em três níveis:quebradiços, sécteis e maleáveis.

Calcita

Ouro

Gipsita

26


● Flexibilidade: propriedade intrínseca do mineral quedetermina as deformações que cada um suporta. Asdeformações podem ser plásticas ou elásticas.

Talco

Mica

27


● Densidade relativa: indica quantas vezes um volumede mineral é mais pesado que o mesmo volume deágua à 4ºC. em geral, esse índice oscila entre 2,5 e 3,5,porém elementos de alto peso atômico conseguemultrapassar 4.

28


● Densidade relativa:

29


● Hábito (cristalino): é a forma geométrica externa domineral. É observada quando o mineral cresce emlocais geológicos ideais.

30


● Brilho: capacidade do mineral de refletir luz. Osminerais que refletem cerca de 75% ou mais exibem ochamado brilho metálico. Em geral, esta característicaé vista em minerais opacos. Processos naturais como aoxidação podem diminuir o brilho metálico domineral.

Calcário

Galena

31


● Cor: resultado da absorção parcial da luz que chega aomineral. Elementos químicos de transição (Fe, Cu, Ni,Cr, etc) presentes no mineral influenciam nessaabsorção seletiva. Existem minerais que nunca mudamde cor, e minerais que variam sua cor amplamente.

32

Classificação dos Minerais

● Classificação baseada na natureza do radical aniônico;● [Siderita (FeCO3) → Calcita (CaCO3)] → Pirita (FeS2)

● Minerais com mesmo radical são:○ Mais semelhantes fisicamente e morfologicamente do que

com mesmo cátion;○ São encontrados mais frequentemente associados do que com

mesmo cátion;

33


Fonte: EBAH

34


● Sulfossais:○ AxBySz

○ Sendo: A → Um metal (prata, chumbo, etc.);B → Um semimetal (arsênio, antimônio, etc.);S → Enxofre (raramente selênio);

35


● Tungstatos e molibdatos:○ Tungstênio + Oxigênio;○ Scheelita → CaWO4 ;

● Boratos:○ Boro + Oxigênio;○ Bórax → Na2B4O7 . 10 H2O;

36

Características dos Silicatos

● Compõe 97% em volume da crosta continental.

Feldspatos

Anfibólios

Quartzos

Micas

37

Características dos Silicatos - Feldspatos

● Clivagem → 2 direções;● Brilho → Vítreo em fratura recente;● Ocorrência: Magmáticas, metamórficas e raramente

sedimentares;● Cor → Creme, tijolo, vermelho (ortoclásios);

Branco, pardo ou esverdeado (plagioclásios);

38

Características dos Silicatos - Quartzo

● Clivagem → Nenhuma;● Brilho → Vítreo;● Ocorrência: Praticamente qualquer rocha;● Cor → Branco (incolor-cinza-roxa);

39

Características dos Silicatos - Piroxênios e Anfibólios

● Clivagem → Planos quase perpendicular (piroxênios);Planos oblíquos

(anfibólios);● Brilho → Vítreo (piroxênios);

Vítreo sedoso (anfibólios);● Ocorrência: Geralmente magmáticas mas em

metamórficas também;● Cor → Verde escuro - preto, branco (piroxênios);

Verde claro, cinza, azulado (anfibólios);

40

Características dos Silicatos - Piroxênios e Anfibólios

41

Características dos Silicatos - Micas

● Clivagem → Perfeita em 1 direção;● Brilho → Acetinado;● Ocorrência: Magmáticas e metamórficas;● Cor → Preta (biotita) e branca (muscovita);

42

Características dos Silicatos

Grupo Clivagem Brilho Cor Ocorrência

Feldspatos 2 direçõesVítreo em

fratura recente

Creme, vermelho,

branco, pardo, esverdeado

Magm., Metam. e raramente

Sedim.

Quartzos Nenhuma VítreoBranco (incolor-

cinza- roxa)Praticamente

qualquer rocha

Piroxênios2 planos, quase perpendicular

VítreoVerde escuro a preto, branco

Geralmente em Magm., Metam.

Anfibólios2 planos, oblíquos

Vítreo sedosoVerde claro,

cinza, azuladoGeralmente em Magm., Metam.

MicasPerfeita em 1

direçãoAcetinado Branca, preta

Magm. e Metam.

43

Rochas

Definição:

• São produtos consolidados resultante da união natural

de um ou mais minerais

• Dependendo do processo de formação a força de

ligação entre os grãos varia originando rochas DURAS

e BRANDAS.

• Estrutura e o aspecto geral externo da rocha (maciço,

com cavidades, orientado ou não).

44

Identificação das Rochas

45


46


Textura se da através da observação mais detalhada do

tamanho forma e a relação entre cristais/grãos de cada

rocha.

fonte: https://engcivil.maquinadeaprovacao.com/posts/noticia/o-estudo-das-rochas-em-concursos-publicos/37

47

MONOMINERÁLICAS

(mesma espécie minerológica)

PLURIMINERÁLICAS

(várias espécies minerológicas)

Calcário Gnaisse

Mármore Gabro

Quartzito Granito

Minerais essenciais: são o que determinam o nome da rocha

Minerais acessórios: podem ou não estar presentes

48

Classificação das Rochas

Ígneas / magmáticas: resultam do resfriamento de

materiais rochoso fundido (magma), se o resfriamento

ocorrer no interior do globo terrestre é do tipo intrusivas,

mas se ocorrer no exterior é do tipo extrusivas/vulcânicas.

Uma característica é a cor variável, quanto mais escura

mais rica em minerais do tipo ferro e magnésio as mais

claras são ricas em silício e alumínio.

49

Sedimentares: formada a partir da compactação ou

sedimentação de fragmentos produzidos pela ação dos

agente de intemperismo. Nesse processo é necessária uma

rocha anteriores (ígnia/magmática/sedimentar/ e a

sobreposição de partículas e compostos químicos dos

sedimentos carregados pelos agentes.

Metamórficas: resulta da transformação de uma rocha

preexistente, a transformação é decorrente de aumento de

pressão e/ou temperatura sobre a rocha.

50

Propriedades das Rochas

QUÍMICAS

· Composição química

· Reatividade

· Durabilidade

FÍSICAS

· Cor

· Densidade

· Porosidade

· Permeabilidade

· Absorção

· Dureza

· Módulo de Elasticidade

· Coeficiente de Poisson

GEOLÓGICAS

Composição mineralógica

· Textura

· Estrutura

· Estado de alteração

· Fraturas

· Gênese

MECÂNICAS

· Resistência à compressão

· Resistência ao choque

· Resistência ao desgaste

· Resistência ao corte

· Resistência à britagem

GEOTÉCNICAS

· Grau de alteração

Resistência à compressão simples

· Grau de fraturamento

51

Propriedades Químicas

1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA ·

· Não é elemento suficiente para definir uma rocha composição varia muito de

uma amostra para outra

2. REATIVIDADE ·

· Algumas rochas possuem elementos químicos capazes de reagir, como o

silicato e a sílica mineral (reagem com álcalis do cimento Portland)

· Reações – cimento/agregado: provocam a deteriorização do concreto

· Outros tipos: transformação do anidrito em gesso (túneis), dissolução dos

carbonatos, lixiviação de rochas em obras hidráulicas

3. DURABILIDADE

· Resistência da rocha à ação do intemperismo

· Na prática obtido por meio de ensaios e na preservação de monumentos antigos.

52

Propriedades Físicas1. COR (classificação com grande variabilidade)

· Podem ser: monócronas e polícronas

· Rochas compactas (sedimentares): coloração devido a pigmentações ou difusão de grãos

· Amarela, alaranjada ou vermelha: pigmentação de hidróxido de ferro

· Cinzenta e preta: pigmentos carbonosos ou betuminosos

· Verde: depende de compostos de ferro (sulfetos) e de níquel.

2. PESO ESPECÍFICO

· Depende do peso específico dos seus elementos constituintes e de sua porosidade

Fatores que influenciam na densidade das rochas:

a) Estado de alteração:

· reações químicas dos minerais densos em minerais menos densos

· aumento de volumes desses minerais.

b) Porosidade e compacidade:

· rocha porosa com vazios isolados diminui a densidade real, enquanto que, se

interligados, a densidade real será maior

· rochas muito porosas são de baixa densidade

· resistência à compressão cresce com a densidade

· resistência ao desgaste cresce com a densidade

· dificuldade de corte cresce com a densidade.

53

3. POROSIDADE

· É a propriedade das rochas em conter espaços vazios (relação entre o

volume dos vazios e o volume total da rocha)

Dependente de:

a) Tipo de rocha:

· sedimentares: grande volume de vazios dando-lhes maior porosidade

mas, quanto cimentadas, a porosidade diminui

· ígneas: extrusivas possuem maior porosidade que as intrusivas;

· metamórficas: baixa porosidade e varia com o grau de

metamorfismo, sendo que, quanto mais intenso, mais porosa é a rocha.

b) Estado de alteração:

· tem influência através do fenômeno de lixiviação e dissolução

· resistência à compressão diminui com a porosidade


54

Classificação Porosidade (%) Exemplo

Extremamente

porosa

50 Argila

Muito porosa 10 a 30 Arenito

Bastante porosa 5 a 10 Calcário

Medianamente

porosa

2,5 a 5 ?

Pouco porosa 1 a 2,5 ?

Muito compacta 1 Granito


55

4. PERMEABILIDADE

· Maior ou menor facilidade que a rocha oferece à percolação da água

· Primária: existe desde a sua formação.

· Secundária: devido à lixiviação, dissolução de componentes mineralógicos.

· Metamórficas: possuem baixa permeabilidade e sedimentares, maior valor.

5. ABSORÇÃO ·

· É a propriedade na qual uma certa quantidade de líquido é capaz de ocupar

os vazios de uma rocha, ou parte desses vazios

6. DUREZA

· Resistência ao risco, dada pela escala de Mohs;

· Na prática:

a) riscável pela unha ou exageradamente fácil pelo canivete

b) riscável pelo canivete

c) dificilmente ou não riscáveis pelo canivete

56

7. DEFORMABILIDADE

a) MÓDULO DE ELASTICIDADE OU MÓDULO DE YOUNG

· Deformação elástica (a amostra tende a recuperar sua forma e tamanho

originais) ou plástica ou irreversível (parte da deformação permanece);

· É dado por: unitária (Kg/cm2), aplicada a rochas isotrópicas (mesmas

propriedades elásticas em todas as direções); ·

· As propriedades elásticas normalmente é afetada pela anisotropia.

b) COEFICIENTE DE POISSON (n)

Relação entre as deformações transversais e longitudinais

57

Propriedades Mecânicas1. RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO

· Grande variabilidade de resultados

· Para rochas estratificadas: compressão paralela e perpendicular ao leito de

estratificação tanto no caso seco quanto saturado

· Normalmente tem-se:

a) rochas de grãos finos, da mesma espécie que rochas de grãos grossos,

possuem maior resistência à compressão

b) quanto mais forte for o ligamento entre os cristais, maior a resistência à

compressão

c) as rochas silicificadas tem maior resistência

d) os corpos de prova com compressão perpendicular aos planos de

estratificação apresentam maior resistência à compressão

2. RESISTÊNCIA AO CHOQUE (Rc)

· Resistência ao impacto de um peso que cai de uma certa altura

· Medida pelo produto do peso pela altura de queda que provoca a ruptura do

corpo-de-prova

· Ensaio – Resistência ao Impacto Treton

58

3. RESISTÊNCIA AO DESGASTE

· Resistência ao desgaste por atrito mútuo: resistência da rocha sob a forma de

agregado, quando submetida a atrito mútuo de seus fragmentos. Em alguns métodos

são acrescentada esferas de ferro fundido ou aço.

· Resistência ao desgaste por abrasão: resistência da rocha quando submetida à

abrasão de abrasivos especificados. Importância especial quando a rocha for

empregada sob a forma de pavimentos.

4. RESISTÊNCIA AO CORTE

· É a resistência de uma rocha se deixar cortar em superfícies lisas;

· Normalmente a resistência ao corte cresce com a dureza da rocha.

5. COMPORTAMENTO ANTE A BRITAGEM

· Propriedade da rocha em apresentar maior ou menor dificuldade de se

fragmentar quando submetida à britagem

· Fatores de influência: fissuramentos, leitos de estratificação, planos de

xistosidade, estados de alteração

· Pedra britada para pavimentação deve possuir um mínimo de fragmentos

lamelares e alongados.

59

Propriedades Geotécnicas

1. GRAU DE ALTERAÇÃO

· São classificados em: praticamente sã, alterada e muito alterada

· Tal classificação é muito subjetiva;

· Não está incluso na classificação a rocha extremamente alterada

(considerada material de transição ou solo de alteração de rocha)

2. GRAU DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES

São divididos em:

Rochas Resistência (kg/cm²)

Muito resistente >1200

Resistente 1200 – 600

Pouco resistente 600 – 300

Branda 300 – 100

Muito branda <100

60

3. GRAU DE CONSISTÊNCIA

· São baseados em características físicas: resistência ao impacto

(tenacidade), resistência ao risco (dureza), friabilidade

São divididos em:

Rochas Características

Muito

consistente

- quebra com dificuldade ao golpe de martelo

- o fragmento possui bordas cortantes que resistem ao corte por

lâmina de aço

- superfície dificilmente riscada por lâmina de aço.

Consistente

- quebra com relativa facilidade ao golpe do martelo

- o fragmento possui bordas cortantes que podem ser abatidas

pelo corte com lâmina de aço

- superfície riscável por lâmina de aço.

Quebradiça

- quebra facilmente ao golpe de martelo

- as bordas do fragmento podem ser quebradas pela pressão

dos dedos

- a lâmina de aço provoca um

- sulco acentuado na superfície do fragmento.

Friável

- esfarela ao golpe do martelo

- desagrega sob pressão dos dedos.

61

4.. GRAU DE FRATURAMENTO

· Apresentado em número de fraturas por metro linear ao longo de uma

dada direção

· São consideradas somente as “originais”.

Rochas Numero de fraturas por metro

Ocasionalmente fraturada <1

Pouco fraturada 1 – 5

Medianamente fraturada 6 – 10

Muito fraturada 11 – 20

Extremamente fraturada >20

Em fragmentos torrões ou pedaços de diversos tamanhos,

caoticamente dispostos

62

Estruturas Geológicas

São as partes que suportam o relevo encontrados nas

profundezas da crosta terrestre.

Três tipos de estruturas existentes no mundo.

Duas delas estão presentes no território brasileiro.

63


● Crátons○ Formação mais antiga da Terra;○ Rocha magmáticas e metamórficas;○ Recursos econômicos importantes;○ Escudos cristalino e Plataformas.

64


● Bacias sedimentares○ Formação das Eras Paleozóica, Mesozóica e

Cenozóica;○ Rochas sedimentares;○ Recursos econômicos importantes.

65


● Dobramentos modernos○ Formação das Eras Mesozóica e Cenozóica;○ Rochas magmáticas e sedimentares;○ Movimento das placas tectônicas.

66


Fonte: Mundo Educação. Estruturas Geológicas

67

Deformações das Rochas

Causada pela movimentação das placas tectônicas com a erupção dos vulcões e sismos.

Movimentação causa tensões internas: compressão, tração e cisalhamento.

Originam deformações elásticas e plásticas.

Comportamento dos materiais.

68


● Deformação por Dobras:

○ Originadas de rochas planas;

○ Formadas a partir de movimentos tectônicos e

atectônicos;

○ Tensão, deformação e material;

○ Dividida em partes:

■ Plano axial, flancos e crista.

69


Fonte: Capítulo 09 - Estruturas Geológicas. Material UFJF

70


Rocha - Deformação por dobra

71


● Deformação por Falhas:

○ São rupturas nas rochas;

○ Pequenas ou grandes rupturas;


○ Dividida em partes:

■ Plano de falha, linha de falha, rejeito, capa e

lapa.

72


Fonte: Capítulo 09 - Estruturas Geológicas. Material UFJF

73


Falha de San Andreas

74


● Deformação por Fraturas:

○ São rupturas nas rochas;

○ Pequenas ou médias rupturas;


○ Diáclase, Junta e Falha.

75


● Acamamentos:

○ Rochas sedimentares;

○ Formação das camadas;

○ Deposição de sedimentos.

76


Camadas de uma rocha sedimentar

Bibliografia

77

MADUREIRA Fº, Jose B.; ATENCIO, Daniel; MCREATH, Ian; MINERAIS E ROCHAS: CONSTITUINTES DA TERRA SÓLIDA. EDITORA, CIDADE, ANO.

TEIXEIRA, Wilson; TOLEDO, M. Cristina Motta de; FAIRCHILD, Thomas

Rich; TAIOLI, Fabio; DECIFRANDO A TERRA. EDITORA OFICINA DE

TEXTOS.

Arquivo UFJF. Capítulo 9 - Estruturas Geológicas. Disponível em:

<http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/Geologia-Cap9.pdf>. Acesso em: 05

de agosto de 2018.

Arquivo UFJF. Capítulo 8 - Estruturas Geológicas. Disponível em:

<http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/Geologia-Cap8.pdf>. Acesso em: 05

de agosto de 2018

Universidade Federal do Paraná -UFPR Setor de Tecnologia ... · Slide 9 1 átomos distribuidos...

Documents

Transcript of Universidade Federal do Paraná -UFPR Setor de Tecnologia ... · Slide 9 1 átomos distribuidos...