ÁREA3 – Geologia física - Engenharia de Minas

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Departamento de Engenharia de Minas
Geologia de Engenharia I
ÁREA3 – Geologia física
Aula 14
Prof. Rodrigo Peroni
Julho 2003

Geologia de Engenharia I – ÁREA3
Rodrigo Peroni
1. FRATURAS
São todas as descontinuidades disjuntivas (planares ou curviplanares) presentes nas rochas.
Juntas (fraturas c/deslocamento 0.05cm)
As fraturas normalmente ocorrem concentradas em zonas de espessura variável, constituindo
as chamadas Zonas de Cisalhamento.
Elementos geométricos das fraturas:
As fraturas (falhas e juntas) são espacialmente referenciadas por meio de sua direção e
mergulho, que constituem a atitude do plano de fratura.
Direção – É a orientação, em relação ao Norte, da linha resultante da intersecção do plano da
camada com o plano horizontal; e
Mergulho – É o ângulo diedro formado pelo plano da camada com o plano horizontal tomado
perpendicularmente a sua direção. As camadas horizontais apresentam inclinação (ou mergulho) de
0 o e as verticais de 90 º . O mergulho é perpendicular à direção da camada.
A maneira de enunciar a direção é: “N” (Norte), seguido do ângulo formado entre a linha de
interseção e a linha que aponta o norte, e seguido de “E” (Lestes) ou “W” (Oeste), conforme o
quadrante para o qual essa linha está voltada. Ex.: N 45 W.
O mergulho é enunciado pelo ângulo seguido do quadrante. Ex.: 45 SW.
1.1. TECNOLOGIA
Figura 1 – Medidas da atitude do plano de falha.
Os estudos aplicados de identificação e de determinação da persistência das estruturas à
engenharia são feitos através dos seguintes métodos:
Métodos diretos: Quando se utilizam métodos que indicam os resultados através do contato
direto entre o equipamento e o maciço rochoso. Ex.: sondagens;
Métodos indiretos: Quando se utilizam métodos que indicam os resultados através do contato
indireto entre equipamentos e o maciço rochoso. Faz uso das propriedades físicas e químicas das
rochas. Ex.: geofísica.
O objetivo principal da aplicação destas técnicas é a caracterização estrutural e suas
implicações nas obras diversas. Sendo que o resultado esperado é a determinação do
comportamento mecânico do maciço rochoso.
1.2. JUNTAS OU DIÁCLASES
É o plano que separa ou tende a separar em duas partes um bloco de rocha originalmente
único. São planos ou superfícies de fraturas onde praticamente não ocorreu deslocamento relativo
das paredes rochosas separadas pela fratura. Movimentos perpendiculares ao plano da junta podem
ocorrer gerando fraturas abertas. As causas podem ser:

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Resfriamento de rochas magmáticas – Juntas de resfriamento;
Secagem de sedimentos argilosos – Juntas de dissecação;
Tensões tectônicas de compressão ou cisalhamento;
Alívio de tensões de compressão causadas por erosão de camadas adjacentes; e
Variação de temperatura do maciço – Intemperismo físico ou desplacamentos.
As juntas de resfriamento são responsáveis pela estrutura colunar do basalto. A atitude
(direção e mergulho) e o espaçamento entre as diáclases são fatores importantes para qualificação
do maciço.
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1.2.1. CLASSIFICAÇÃO (GENÉTICA) DAS JUNTAS
Tração (resfriamento, extensão e dissecação)
Juntas de Tração: Se formam em ângulo reto segundo a direção dos esforços que geram a
fratura.
Juntas de dissecação (argilas)
Juntas de resfriamento (juntas colunares dos basaltos)
Juntas trativas (fraturas tipo T)
Juntas de extensão (perpendiculares aos eixos de dobras)
Juntas de alívio (paralelas aos planos axiais de dobras ou relacionadas a intrusões)
Cisalhamento
Juntas de Cisalhamento: formam pares conjugados, são relacionadas à falhas regionais.
1.3. FALHAS
As falhas resultam de deformações rúpteis nas rochas da crosta terrestre. São expressas por
superfícies descontínuas com deslocamento diferencial de poucos centímetros a dezenas de Km. A
condição básica para a existência de uma falha é que tenha ocorrido deslocamento ao longo da
superfície, contudo, se ocorrer movimento perpendicularmente à superfície, a estrutura receberá o
nome de fratura.
São planos ou superfícies de fraturas onde houve deslocamento relativo entre os blocos de
rocha separados pela fratura. Os planos de falha são normalmente inclinados, de forma que se
podem caracterizar os blocos de capa (teto, hanging wall) e de lapa (muro, footwall).
Em geral, nas fraturas que acomodam deslocamentos (falhas), não é possível identificar qual o
bloco que movimentou (capa ou lapa) e qual o que permaneceu fixo; desta forma, ao classificar as
falhas, leva-se em conta o movimento relativo entre os blocos. Esse movimento relativo é
determinado por meio de estrias (slickensides) e degraus (steps) nas falhas frágeis e lineações de
estiramento (stretching lineations) nas falhas dúcteis. A quantificação do movimento relativo (rejeito),
somente pode ser feita a partir da determinação da separação entre estruturas geológicas
originalmente em contato.
1.3.1. CLASSIFICAÇÃO
As falhas são classificadas de acordo com o mergulho do plano de falha e direção do
deslocamento relativo.
A) Falhas normais, são falhas onde a capa move-se no sentido do mergulho do plano de falha.
As falhas normais são falhas de abatimento de blocos e normalmente formam grandes estruturas do
tipo grabens e horsts; são falhas formadas por esforços tensionais trativos que tendem a separar
segmentos da crosta terrestre;
B) Falhas inversas e de cavalgamento, são falhas onde a capa se movimenta no sentido
contrário ao do mergulho do plano de falha. Produzem a sobreposição de unidades de rocha e o
levantamento de cadeias montanhosas. São formadas por esforços compressivos aplicados ao longo
da crosta terrestre.
Falhas inversas: mergulho plano de falha > 15 0

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Falhas de cavalgamento: mergulho plano de falha < 15 0
C) Falhas transcorrentes: são falhas cuja direção de deslocamento relativo dos blocos é
aproximadamente horizontal (// a direção da falha), os blocos de falha movimentaram-se lateralmente.
Nesse tipo de falha se deve definir o sentido de deslocamento relativo dos blocos falha transcorrente
dextral → bloco da direita move-se em direção ao observador
Falha transcorrente sinistral → bloco da esquerda move-se em direção ao observador
Nota 1: Em situações naturais, as direções de deslocamento relativo dos blocos de falha não
se posicionam exatamente segundo o mergulho (down dip), ou a direção (strike slip) do plano de
falha. Em geral, as direções de deslocamento são oblíquas com relação ao mergulho ou a direção do
plano de falha, apresentando componentes de rejeito vertical e transcorrente (horizontal) gerando
uma falha oblíqua.
Nota 2: Em regiões de margem de placas tectônicas, as falhas transcorrentes ocorrem
associadas a zonas de espalhamento oceânico e a zonas de subducção; as zonas de junção entre as
margens de placa são caracterizadas por falhamentos transcorrentes chamados falhas
transformantes, ex. falha de San Andreas.
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.
Figura 2 – (a) falha normal, (b) falha inversa, (c) falha transcorrente, (d) falha oblíqua.
1.3.2. FALHAS X PROFUNDIDADE X LITOLOGIAS
As falhas são encontradas em vários ambientes tectônicos, sendo associados a regimes
deformacionais compressivos, distensivos e cisalhantes. O processo de falhamento pode ocorrer em
qualquer profundidade na crosta terrestre. Nestas condições, o desenvolvimento das falhas é
realizado sob diferentes condições de pressão confinante, pressão tectônica e temperatura, e sob
diferentes taxas de distorção. A inter-relação destas variáveis conduz ao desenvolvimento de
diferentes estruturas (e litologias) nos planos de falha.
Em pequenas profundidades crustais, e sob pequenas taxas de distorção, as fraturas formamse
como planos de descontinuidades regulares concentrados em estreitas faixas; o aumento da taxa
de distorção implica no aparecimento de brechas de falha e cataclasitos. O aumento da profundidade
implica em condições de deformação mais dúcteis e o desenvolvimento de estruturas mais
ordenadas: milonitos.
Brechas de falha: rochas compostas por fragmentos angulosos de tamanho variado e sem
orientação cimentados por uma fina matriz formada por minerais precipitados de fluidos que migram
na falha. Não há estrutura planar penetrativa associada. Ocorrem estrias associadas, no plano de
falha.
Cataclasito: Semelhante à brecha de falha, porém com maior coesão. Gerado em maior P,T e
intensidade de metamorfismo.
Milonito: rocha composta por fragmentos (clastos) predominantemente alongados e pouco
angulosos, marcada por forte orientação formada por estrutura planar penetrativa (foliação). A
foliação é marcada por minerais de granulação fina a média fortemente orientados que sofreram
processo de recristalização. A estrutura planar contém clastos alongados que que caracterizam as
lineações de estiramento e marcam a direção de deslocamento das falhas.

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1.4. LINEAÇÕES E FOLIAÇÕES
A lineação está relacionada com a direção de transporte das massas rochosas. São feições
lineares definidas pelo eixo de alongamento de elementos geológicos (minerais-agregados mineraisseixos).
Lineação representa qualquer estrutura linear (linha) penetrativa que ocorre repetidamente
em uma rocha. Pode ser uma estrutura primária ígnea ou sedimentar ou uma estrutura secundária
relacionada à processos de deformação. São configurações determinadas pela formação de linhas ou
rugosidades paralelas, orientadas de maneira definida sobre o plano de xistosidade. São várias as
causas, mas de maneira geral as linhas acham-se orientadas paralelamente ao eixo de dobras.
• Tipos principais de lineação:
Lineação mineral (ex. lineação de fluxo magmático, de plano axial) delineada pela orientação
de minerais gerados com forma alongada durante o processo de deformação
Lineação de intersecção (ex. intersecção de 2 planos de foliação)
Lineação de estiramento (clastos alongados em milonito) delineada pela elongação de
minerais ou agregados de minerais através de deformação
Foliação: qualquer superfície pervasiva (plano) definida por descontinuidades, orientação
preferencial de minerais alongados e placóides, ou microestruturas.
Foliação se aplica a determinadas feições planares que permeiam as rochas metamórficas.
Esta relacionada com diversos tipos de estruturas:
Xistosidade: orientação paralela dos minerais;
Bandeamento composicional: faixas paralelas de composições minerais; e
Foliação milonítica: feição planar resultante de fluxo lamelar, imposto por cisalhamento.
• Tipos principais de foliação:
Clivagem de fratura (associada a falhas ou dobras)
Clivagem de crenulação (associada a dobras)
Clivagem ardosiana (ardósia, foliação composta por grãos finos)
Xistosidade (xistos, foliação composta por grãos médios a grossos)
Foliação por acamamento (gnaisse)
Foliação em zona de cisalhamento dúctil.
2. FRATURAS E OBRAS DE ENGENHARIA
As fraturas, principalmente as falhas, sempre terão influência nas obras de engenharia. Falhas
abertas poderão causar mais e maiores problemas geotécnicos em relação às falhas fechadas ou
cimentadas. De outro modo, falhas de tração tendem a apresentar menos problemas que falhas de
compressão.
2.1. TÚNEIS (INTERCEPTADOS POR FALHAS)
Escorregamento de camadas
Escorregamento de material intemperizado relacionado à falha
Aumenta o bota-fora
Aumenta a quantidade de material usado (paredes mais espessas)
2.2. FUNDAÇÕES
Zonas de falhas e falhas podem apresentar regiões mais intemperizadas ao longo de sua
extensão demandando a procura de material mais resistente em profundidades maiores ou mesmo a
retirada do material alterado e substituição por concreto.

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2.3. BARRAGENS
Problemas de fugas d’água
Ruptura da barragem
2.4. ESTRADAS
Problemas com cortes de estradas
Problemas de recalque no leito da estrada
2.5. FRATURAS E ENGENHARIA DE MINAS
• Problemas no mapeamento geológico-estrutural
• Problemas no mapeamento de mina e determinação de reservas
• Problemas na lavra e no beneficiamento
3. DOBRAS
As dobras são estruturas deformacionais estabelecidas nas rochas com anisotropias pelo
mecanismo de flambagem e cisalhamento. Essas estruturas evidenciam deformações dúcteis nas
rochas através mudanças nas estruturas originalmente planares. As dobras tectônicas traduzem o
esforço compressivo de esforços tangenciais ou esforços cisalhantes. São ondulações adquiridas por
feições planares mediante deformação heterôgenea dos maciços rochosos.
Ocorrem, principalmente, em rochas sedimentares e metamórficas. As causas podem ser:
i. Tensões Tectônicas – Movimentos das placas da crosta,
ii. Tensões Atectônicas – Compactação, intrusão ígnea, arrraste junto a falhamentos.
3.1. TERMINOLOGIA
Temos os seguintes termos técnicos:
i. Antiforma – É a dobra cuja convexidade aponta para cima, independente das relações
estratigráficas das camadas;
ii. Sinforma – É a dobra cuja convexidade aponta para baixo, independente das relações
estratigráficas das camadas;
iii. Anticlinal – É a dobra alongada, na qual os flancos abrem-se para baixo e a convexidade
está voltada para o alto. A convexidade sempre aponta para as camadas mais jovens.
iv. Sinclinal – É a dobra alongada, na qual os flancos abrem-se para cima, ao contrário da
anticlinal. Caracteriza-se por possuir as camadas mais modernas na sua parte interna.
3.2. RESUMO
i.
As dobras apresentam convexidades voltadas para cima e para baixo.
Sinforma
ii. Antiforma
Conforme a idade das rochas teremos:
Figura 3 – (a) anticlinal, (b) sinclinal.

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iii. Anticlinal - (rochas antigas no núcleo), mergulho dos flancos é divergente;
iv. Sinclinal - (rochas antigas na borda), mergulho dos flancos é convergente.
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Figura 4 – Esquema de uma dobra sinclinal e anticlinal.
3.3. ELEMENTOS GEOMÉTRICOS PRINCIPAIS DAS DOBRAS
Limbos (flancos): segmentos laterais que definem uma dobra
Eixo: culminação (fechamento) dos flancos da dobra
Superfície axial (SA): superfície (por vezes imaginária) que divide a dobra em dois segmentos
(flancos) simetricamente dispostos e que passa pelo eixo da dobra
3.4. CLASSIFICAÇÃO
De acordo com a orientação espacial das direções principais de tensão em relação à
orientação espacial da anisotropia (ex. estratificação), as dobras assumirão formas simétricas ou
assimétricas.
A partir dessa relação, as dobras podem ser classificadas em função da orientação espacial
de seus elementos geométricos:
Sa – Superfície axial
Lc – Linha de charneira – corresponde à linha que une os pontos de curvatura máxima da
superfície dobrada
Li – Linha de inflexão – linha que delimita a inversão da curva da dobra
Zc – Zona de charneira – corresponde à região da superfície dobrada correspondente ao
segmento de curvatura máxima dessa superfície.
Fl - Flanco

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a) dobras verticais: SA e o eixo são verticais;
b) dobras normais: SA vertical e o eixo horizontal;
c) dobras recumbentes: PA e o eixo são horizontais;
d) dobras normais mergulhantes: PA é vertical e o eixo possui mergulho entre vertical e
horizontal;
e) dobras inclinadas: eixo horizontal e PA mergulhante entre vertical e horizontal;
f) dobras inclinadas mergulhantes: PA e eixo mergulhantes;
g) dobras reclinadas: PA e eixo com mergulhos aproximadamente iguais
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3.5. MECANISMOS DE DOBRAMENTO
a) dobramento por deslizamento flexural: ocorre em rochas finamente estratificadas, onde o
dobramento é acomodado pelo deslizamento diferencial na superfície de contato dos estratos;
b) dobramento por deformação tangencial longitudinal: ocorre em estratos espessos sem
estratificação marcante, que internamente se comportam de forma isótropa.

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3.6. DOBRAS X FRATURAS
O processo de dobramento, muitas vezes, é acompanhado por fraturamento. Essa associação
é decorrente:
a) do campo tensional imposto as rochas
b) do mecanismo de dobramento
Deslizamento Flexural
4. DOBRAS E OBRAS DE ENGENHARIA
4.1. TÚNEIS
- no PA. de anticlinais: problemas com falhas no eixo da dobra e queda do teto se o ângulo do
túnel for diferente do ângulo de dobramento
- no PA. de sinclinais: problemas de estabilidade (queda) das paredes por gravidade e pressão
das rochas sobrepostas; problemas de surgências.
- no flanco de dobra: problemas similares as sinclinais
4.2. FUNDAÇÕES
- variação no comprimento (profundidade) das estacas
4.3. BARRAGENS
- no PA de anticlinal: estável (cuidar fuga d’água)
- no PA de sinclinal: problemas de estabilidade das paredes;
- permeabilidade das camadas confinantes e da camada (rocha) de fundação pode permitir a
infiltração de água;
- no flanco de dobra: problemas similares a sinclinal.
4.4. ESTRADAS
- problemas de estabilidade de paredes em cortes de estrada
4.5. DOBRAS E ENGENHARIA DE MINAS
• Problemas no mapeamento geológico-estrutural
• Problemas na pesquisa mineral
• Problemas na estimação de reservas
• Problemas na lavra e no beneficiamento