Introdução à Engenharia Geotécnica

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1 Introdução à Engenharia Geotécnica A Crosta Terrestre Vítor Pereira Faro vpfaro@ufpr.br Sidnei Helder Cardoso Teixeira s.teixeira@ufpr.br Agosto 2016 Introdução à Geologia Geologia Ciência da terra que trata de sua origem, composição (estrutura), de seus processos internos e externos e de sua evolução, através do estudo das rochas. GEO = terra; LOGOS = estudo É objeto da Geologia o estudo dos agentes de formação e transformação das rochas, da composição e disposição das rochas na crosta terrestre. 1

2 Histórico da Geologia Nicolaus Steno ( ), Bispo de Hamburgo: fundador da Geologia como um ramo independente da Ciência; J.G. Lehmann, alemão, visualizou a possibilidade de ordenar a disposição e idade das rochas da crosta terrestre; James Hutton ( ), escocês, foi o 1º grande nome nos anais da Ciência. Seu livro Teoria da Terra trouxe as bases para os grandes avanços do séc. XIX; Séc. XIX: a ciência geológica sofre preconceitos religiosos e filosóficos, oposição às idéias sobre a antiguidade da Terra. Histórico da Geologia A moderna Geologia sofre influência da publicação A origem das espécies, de Charles Darwin (1859); Meados do séc. XIX: o progresso da sociedade industrial européia motivou grandes obras, desenvolvendo a Geologia; 1914: desenvolvimento da Mecânica das Rochas, Geomecânica e Mecânica dos Solos; Década de 1950: grande desenvolvimento após a 2ª Guerra Mundial, exigindo a utilização de especialistas em todas as áreas de conhecimento científico e tecnológico, resultando no acelerado crescimento da Geotecnia. 2

3 Divisão da Geologia Geologia teórica ou geral FÍSICA: estudo dos tipos de materiais e de certas estruturas, bem como do seu modo de ocorrência. Mineralogia: trata das propriedades cristalográficas (formas e estruturas), físicas e químicas dos minerais, bem como da sua classificação; Petrografia: descrição dos caracteres intrínsecos da rocha, analisando sua origem (composição química, minerais, arranjo dos grânulos, estado de alteração, etc.); Sedimentologia: estudo dos depósitos sedimentares e sua origem. As inúmeras feições apresentadas nas rochas podem indicar os ambientes que existiam no local no passado e assim entender os ambientes atuais; 3

4 Geologia teórica ou geral Estrutural: investiga os elementos estruturais presentes nas rochas e causados por esforços; Geomorfologia: trabalha com a evolução das feições observadas na superfície da Terra, identificando os principais agentes formadores dessas feições e caracterizando a progressão da ação de agentes como o vento, gelo, água... que afetam bastante o relevo terrestre. Em resumo: estuda a maneira como as formas da superfície da Terra são criadas e destruídas. Geologia teórica ou geral HISTÓRICA: estudo da evolução dos acontecimentos e fenômenos ocorridos no passado. Paleontologia: estuda a vida pré histórica, através dos fósseis de animais e plantas micro e macroscópicos encontrados nas rochas. Os fósseis são indicadores das condições de vida existentes no passado geológico, preservados por meios naturais na crosta terrestre; Estratigrafia: trata do estudo da seqüência das camadas (condições de sua formação e a correlação entre os diferentes estratos ou camadas). 4

5 Geologia Aplicada À ECONOMIA: estudo do solo, rochas, água subterrânea e sua influência no planejamento e construção de estruturas de engenharia, ou seja, é o estudo dos materiais do reino mineral que o homem extrai da Terra para sobrevivência e evolução (substâncias orgânicas e inorgânicas). Mineração; Petróleo. Geologia Aplicada À ENGENHARIA: é a ciência dedicada à investigação, estudo e solução de problemas de engenharia e meio ambiente, decorrentes da interação entre a Geologia e os trabalhos e atividades do homem, bem como à previsão e desenvolvimento de medidas preventivas ou reparadoras de acidentes geológicos (Ass. Internacional de Geologia de Engenharia). 5

6 Aplicações da Geologia na Engenharia Civil Atividades de superfície Obtenção de materiais para construções, Construção de estradas, cortes e minas a céu aberto, Fundações de edifícios, Obtenção de água subterrânea, Barragens de terra e aterros em geral, Túneis e escavações subterrâneas, Atividades de profundidade Escavações de túneis, Escavações de Minas em profundidade, Cavernas para hidroelétricas Atividades especiais Engenharia de Petróleo, Engenharia Geotécnica em geral, Engenharia do Meio Ambiente Elementos sobre a terra e a crosta terrestre 6

7 A TERRA. Esferóide achatado nos Pólos e dilatado no Equador.. Diâmetro Polar: Km.. Diâmetro Equatorial: Km.. Maior elevação: Everest 8.840m (HIMALAIA).. Maior depressão: Fossa das Marianas (Filipinas): m.. Massa (lei da gravitação de Newton): 6 sextilhões ton.. Densidade: 5,52 (5,52 vezes o peso da água).. Rochas de ocorrência na superfície: d = 2,7 3,0 ;. Interior da terra: > Densidade.. Raio Médio: 6300 Km.. Perfuração Atingida: 7Km (0,1%). A TERRA 7

8 Composição da Terra Informações sobre o interior da terra: Meios Indiretos Estudos de propagação de ondas sísmicas originadas por terremotos, cujas vibrações são medidas por sismógrafos. Propriedade Ondas longitudinais (compressão) Ondas transversais (distorção) Nome Principais (P) Secundárias (S) Vibração Direção // à de propagação (= onda sonora) Velocidade Maior Menor Meio Sólido e líquido Sólido Direção àde propagação (= onda luminosa) 8

9 Partes do Globo CROSTA 120 KM MANTO NÚCLEO A TERRA 9

10 A TERRA Partes do globo a) Crosta: vai desde a superfície até a descontinuidade abaixo dos oceanos e de 30 à 50 km nas regiões continentais. b) Manto: Compreendido entre as descontinuidades de Mohorovicic e do Weichert Gutenberg, com espessura de km. De acordo com a velocidade de transmissão das ondas sísmicas identificou ser formado de silicatos, alguns sulfetos e óxidos de ferro. d = 3,3 4,7 c) Núcleo: Compreendido entre a descontinuidade de Weichert Gutenberg e o centro da terra. É formado de um material que se comporta na parte exterior como um líquido e na parte mais interna possivelmente sólida Ligas de Fe e Ni. d = 12,2 10

11 Crosta (Litosfera) SIAL (sílica + alumínio) Crosta (Litosfera) Nas regiões continentais: zonas superiores (placas), com espessura da ordem de 15 km Nas regiões oceânicas: praticamente ausente Predomínio de rochas graníticas, ricas em sílica e alumínio Propaga ondas elásticas com velocidade de 6,0 a 6,5 km/s Em geral está coberto pelas formações sedimentares 11

12 SIMA (sílica + magnésio): Crosta (Litosfera) Nas regiões continentais: zonas inferiores, com espessura da ordem de 30 km Nas regiões oceânicas: presentes, espessura de 5 a 10 km Predomínio de rochas basáltica, ricas em silicatos de magnésio e ferro. Propaga ondas elásticas com velocidade de 6,5 a 7,0 km/s Constituição da Crosta (Litosfera) Rochas: Agregados naturais de uma ou mais espécies de minerais. Constituindo assim unidades mais ou menos definidas da crosta terrestre Classificação quanto a gênese (Formação):. Magmáticas: Formadas a partir do resfriamento e consolidação do magma, que é um material em estado de fusão no interior da terra.. Sedimentares: Formadas por consolidação de materiais derivados da decomposição e desintegração de qualquer rocha.. Metamórficas: Originadas pela ação da pressão, temperatura e de soluções químicas de outra rocha qualquer. 12

13 Constituição da Crosta (Litosfera) Constituição da Crosta (Litosfera) 13

14 Qual a Idade da Terra??? Escala geológica do tempo Extrapolação sobre a velocidade de fenômenos geológicos atuais, transferindo se seus resultados para o passado. Estudos modernos: Radioatividade Possibilidade de determinação do tempo de transmutação de um elemento em outro (mudança do nº atômico com o tempo). Escala geológica do tempo 14

15 Escala geológica do tempo Evolução dos Continentes 15

16 Evolução dos Continentes Movimento das Placas Tectônicas Descontinuidade do relevo Montanhas Cordilheiras do Himalaia Fossas oceanas (7 a 5mil metros) Fossas das Marianas 11 mil metros 16

17 Movimento das Placas Tectônicas Grandes blocos de rocha 60 a 70 km flutuando sobre magna. Movimento das Placas Tectônicas 17

18 Evolução dos Continentes Planeta Terra 18