UBI Arquitectura 3º ano Geotecnia
O nosso planeta, Terra,, é um planeta rochoso que tem condições únicas que o diferenciam dos outros planetas do nosso sistema solar. Nele predomina água em estado líquido numa estrutura rochosa composta por placas tectónicas sob uma força gravítica – campo magnético. Tem aproximadamente uma forma esférica (forma geodésica - geóide), mas devido à sua rotação deformou os pólos (achatamento aos pólos).
Tabela 1 - Principais Placas tectónicas
Nome da placa
Área 6 10 km²
Placa Africana
61.3
Placa Antárctica
60.9
Placa australiana
47.2
Placa euro-asiática
67.8
Placa norte-americana americana
75.9
Placa sul-americana
43.6
Placa do pacífico
103.3
Ilustração 1 - Mapa das maiores placas tectónicas da Terra.
Estrutura da Terra O interior da Terra é composto por uma estrutura dividida, de acordo do com a composição química, em:: crosta, manto e núcleo. Este material rochoso movimenta-se se devido às altas temperaturas e às altas pressões sentidas no interior da Terra, chegando à superfície por meio de erupções vulcânicas e fendas oceânicas (Rift).
Ilustração 2 - Corte do interior terrestre, do núcleo para a exosfera. Sem escala.
A crosta tem uma profundidade que muda de acordo com a posição ição geográfica, variando entre os 30 e os 70 km. É composta maioritariamente por silicatos de alumínio. Existem doze tipos de crostas crosta mas os dois principais são: a oceânica e a continental. A crosta oceânica, devido ao Rift que provoca processos de expansão do assoalho oceânico e da sucção de placas, é relativamente muito nova no panorama da idade da Terra. É composta por basalto, coberta por sedimentos pelágicos (depósitos marítimos) e a sua profundidade tem em média 7 km de espessura. Daniel dos Santos – nº 25189 Página 1
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A crosta continental é composta de rochas félsicas (granito) a ultramáficas (família das rochas metamórficas), e tem uma espessura média entre 30 e 40 km nas regiões tectónicas estáveis (crátons), e entre 60 a 80 km nas cadeias montanhosas como os Himalaias e os Andes. Nesta crosta as rochas são um pouco mais antigas no entanto também possui rochas novas que estão em constante formação devido á flutuação do magma. O limite entre o manto e crosta existe devido a dois eventos físicos distintos: a presença da descontinuidade de Mohorovicic (ou Moho) por haver diferenças de composição entre camadas rochosas (a superior contem feldspato triclínico e a inferior não) e à descontinuidade química observada a partir de partes da crosta oceânica. O manto tem uma profundidade de 2900 km e a pressão na parte inferior do mesmo é da ordem de 1,4 milhões de atmosferas. É composto por substâncias ricas em ferro e magnésio, material que se apresenta no estado sólido ou como uma pasta viscosa, em virtude das pressões elevadas. A 21 24 viscosidade no manto superior (Astenosfera) varia entre 10 a 10 pascal segundo, dependendo da profundidade. Portanto, o manto superior pode deslocar-se vagarosamente. As temperaturas do manto variam de 100 graus Célsius (na parte junta à crosta) até 3500 graus Célsius (na parte junta ao núcleo). O núcleo é dividido em duas partes: o núcleo sólido e interno que tem um raio de cerca de 1.250 km, e o núcleo líquido que envolve o primeiro. O núcleo sólido é composto principalmente por ferro e um pouco de níquel, enquanto o núcleo líquido e externo deve ser composto de ferro e níquel líquido com traços de outros elementos. Pensa-se que o núcleo externo é líquido por não transmitir certas ondas sísmicas. É a convecção desse núcleo líquido associada a agitação causada pela rotação da Terra as responsáveis pelo campo magnético terrestre - teoria do dínamo. O núcleo sólido tem temperaturas muito elevadas que mantém o campo magnético estável. Para além destas três principais camadas existem outras. Camadas terrestres, a partir da superfície: • • • • • •
Crosta (de 0 a 30/35 km) Litosfera (de 0 a 60,2 km) Astenosfera (de 100 a 700 km) Manto (de 60 a 2900 km) Núcleo externo (líquido - de 2900 a 5100 km) Núcleo interno (sólido - além de 5100 km)
A Terra possui, aproximadamente, a seguinte composição em massa: • • • • • • •
34,6% de Ferro 30,2% de Oxigénio 15,2% de Silício 12,7% de Magnésio 2,4% de Níquel 1,9% de Enxofre 0,05% de Titânio
Engenharia Geotécnica Engenharia Geotécnica é a disciplina da engenharia civil que estuda o comportamento dos materiais do solo. A investigação levada a cabo pela Engenharia Geotécnica conclui quais as condições existentes no solo e dos seus materiais, através do estudo das suas propriedades físicas, mecânicas e químicas.
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Aplicação técnica O estudo do solo é tido em conta aquando da elaboração de um projecto, são avaliados os riscos inerentes ao local a fim de ter condições à terraplenagem (movimento de terras a fim de assentar um projecto de obra) e fundações. O conhecimento do tipo de solo, tipo de rochas e suas propriedades, a sua estrutura e a distribuição das falhas são alguns aspectos que merecem constante monitorização a fim de entender como é que o solo irá interagir em relação ao projecto proposto. Este estudo inclui o impacto dos fenómenos naturais como por exemplo terramotos, deslizamentos de terra, buracos, liquefacção do solo, fluxos de detritos e quedas de rochas nos seres humanos, bens e ambiente. O estudo geotécnico é composto por três análises: análise superficial – observação da superfície do solo, análise ao solo – sondagens e análise laboratorial – testes físicos e químicos. O engenheiro geotécnico, após estudar o solo, irá definir que estruturas e que materiais a usar como suporte á nova construção. Essas estruturas vão depender não só das propriedades e constituição do solo mas também da dimensão e características da construção. Composição do solo Solo, na sua essência, é um chão, um terreno arável constituído por elementos minerais e orgânicos. Recobre a superfície emersa entre a litosfera e a atmosfera. Os solos variam consoante a zona em que estão inseridos, mudando as proporções e os tipos de materiais que a constituem. Variam na quantidade de minerais, gases, água e húmus (material orgânico em decomposição). Na engenharia civil o solo tem uma definição muito mais simplista, é um material que desagrega com o contacto com a água. Esta definição não faz justiça as características do solo e é por isso que a engenharia geotécnica tem um papel tão importante. Sendo o solo composto por minerais, gases, água e húmus, o solo caracteriza-se, por isso, por três fases: sólida, líquida e gasosa. Propriedades do solo As propriedades de um solo são afectadas pelo tamanho, tipo, distribuição e quantidade relativa das partículas minerais assim como pela quantidade relativa de água e ar que constituem a matriz do solo. Relativamente à parte sólida, o material rochoso é classificado por: • Peso unitário saturado – É o peso do solo quando todos os vazios são preenchidos com água sem que possa haver ar presente por volume. Este estudo é normalmente usado para analisar o solo abaixo do lençol freático. • Porosidade – É a razão entre o volume de vazios, partes não sólidas que contêm apenas água ou ar, com o volume total do solo expressa em percentagem. A porosidade de 0% significa que não há ar nem água no solo. O índice de vazios é a relação entre o volume de vazios em relação o volume de partículas sólidas do solo. Permeabilidade e capilaridade – É a medida da capacidade da água fluir através do solo, expressa em unidades de velocidade. • A resistência ao cisalhamento - Quantidade de pressão de cisalhamento que um solo pode resistir sem se fracturar. • Peso da Unidade ou peso especifico – É o peso acumulado das partículas da amostra por volume: sólidas, água e ar. A fase gasosa, o ar, é muitas vezes impossível de calcular. • Peso seco da unidade – É o peso das partículas sólidas do solo por unidade de volume da amostra.
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• Consolidação - Como um substantivo trata-se do estado do solo no que diz respeito às condições de carga anterior, ou seja, da capacidade das suas partículas manterem-se unidas ou compactação. Como um verbo, trata-se do processo pelo qual a água é forçada a sair da matriz do solo para que este possa carregar a sua massa sem se deformar diminuindo o volume ao longo do tempo.
• Liquidez e plasticidade / Limites de Atterberg – Os limites de Atterberg são os limites que balizam as fases líquida e sólida dos solos. Em percentagem, Atterberg estratificou vários estágios e limites entre a fase líquida e a sólida. Com vários testes e ensaios podemos determinar: o limite de liquidez, o limite de plasticidade e o limite de contracção de um solo.
Ilustração 3 - Limites de Atterberg
• Classe granulométrica – É o estudo do tamanho de grãos, a percentagem em peso que cada fracção possui em relação à massa total da amostra em análise. Esta análise granulométrica pode ser realizada por peneiramento, dividindo a amostra de solo em várias fracções granulares como as areias, os pedregulhos e as argilas.
Tabela 2- classes granulométricas
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• Teor de humidade – É a quantidade de água em volume por volume da amostra total. Tipos de rocha Ígneas ou magmáticas – São rochas que resultam da solidificação e consolidação do magma (lava do interior da Terra), dai o seu nome. O granito é um exemplo dessas rochas magmáticas ou ígneas. O magma é um material bastante pastoso que é o fecundante de todas as rochas primitivas do nosso planeta pelo seu arrefecimento. Essas rochas resultantes serão de dois tipos: • Vulcânicas (ou extrusivas) - Formadas por meio de erupções vulcânicas, alguns exemplos são o basalto e a pedra-pomes, cujo arrefecimento dá-se na água. • Plutónicas (ou intrusivas) - Formadas no interior da crosta por meio de um processo lento de arrefecimento, alguns exemplos são o granito e o diabásio. Sedimentares – São as rochas que fazem parte de 75% da superfície continental. Formam-se por acumulação de detritos que podem ter origem orgânica ou na erosão das rochas. As rochas sedimentares classificam-se, dependendo da sua origem, em três grupos: • Detríticas ou clásticas - Formadas a partir de fragmentos de outras rochas, alguns exemplos são o arenito, o argilito, o varvito e o folhelho. • Químicas - Formadas a partir de reacções químicas de certos materiais, como por exemplo em contacto com a água. Alguns exemplos são o sal-gema, as estalactites e as estalagmites. • Orgânicas - Formadas a partir da acumulação e soterramento de matéria orgânica. Alguns exemplos são: o calcário, formado por fragmentos de conchas e corais, e o carvão mineral, formado por resíduos de vegetais. Metamórficas - São formadas pela deformação de outras rochas, magmáticas, sedimentares e até mesmo outras rochas metamórficas. Essas metamorfoses são provocadas pelas condições ambientais: temperatura e pressão ou ambas. Alguns exemplos dessas rochas são: o gnaisse (origem granítica), a ardósia 8origem xistica), o mármore (origem calcárica) e o quartzito (origem arenítica). As rochas mais antigas são as magmáticas seguidas pelas metamórficas. Ambas datam das eras Pré-Cambriana e Paleozóica. Já as rochas sedimentares são de formação mais recente: datam das eras Paleozóica, Mesozóica e Cenozóica. Essas rochas formam um verdadeiro capote, ou seja, escondem as rochas magmáticas e as metamórficas quando estas não estão afloradas à superfície da Terra.
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