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GEOTÉCNICA - 2011/2

Marita Raquel Paris Cavassani Curbanimaritarpc@gmail.com

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.