Mineralogia, intemperismo e comportamento geotécnico de solos saprolíticos de rochas vulcânicas da formação Serra Geral

Os solos residuais tropicais são formados principalmente através do intemperismo químico das rochas. As características destes solos também podem ser influenciadas por processos pedogenéticos. Solos residuais fortemente intemperizados, que apresentam influência pedogenética significativa, são denominados solos lateríticos ou solos com comportamento laterítico. Por outro lado, os solos residuais menos intemperizados, onde a estrutura e a fábrica da rocha de origem ainda podem ser identificadas, são denominados solos saprolíticos. Esta tese compreende um estudo abrangente e aprofundado sobre a mineralogia, o intemperismo e o comportamento mecânico de solos saprolíticos de rochas básicas e ácidas da Formação Serra Geral no estado do Rio Grande do Sul. O estudo foi realizado através de análises petrográficas das rochas e solos saprolíticos correspondentes, análises de fluorescência e difração de raios-X, caracterização geotécnica, ensaios edométricos, ensaios de cisalhamento direto convencionais e especiais, ensaios ring shear, ensaios triaxiais isotrópicos, CID e K0, e microscopia eletrônica. Os resultados obtidos mostram que os solos estudados podem ser definidos como solos estruturados. Sua estrutura é formada durante o processo de intemperismo químico, caracterizado como um processo isovolumétrico de substituição pseudomórfica de minerais primários por argilominerais e hidróxidos de ferro. Devido às diferentes composições mineralógicas das rochas de origem, argilominerais do grupo das esmectitas predominam em solos saprolíticos de rochas básicas, enquanto argilominerais do grupo das caulinitas são predominantes em solos saprolíticos de rochas ácidas. O comportamento mecânico dos solos estudados é afetado significativamente pela estrutura, antes e após a ruptura O comportamento pré-ruptura é controlado pela estrutura, seguindo genericamente o padrão proposto por Leroueil & Vaughan (1990), com pequena influencia da mineralogia. A resistência ao cisalhamento residual dos solos estudados é significativamente afetada pela mineralogia. Os valores de φ’r obtidos das envoltórias residuais variaram entre 7,6º e 13,6º para os solos saprolíticos de rochas básicas, enquanto os solos saprolíticos de rochas ácidas apresentaram valores de φ’r variando entre 16,5º e 27,2º. O comportamento pós-ruptura, especialmente a grandes deslocamentos, está associado à degradação de partículas e agregados durante o cisalhamento. Este mecanismo, juntamente com a proporção relativa entre partículas lamelares e maciças do solo, controla o tipo de comportamento do solo na mobilização da resistência residual (turbulento, transicional ou deslizante). A intensidade da degradação depende do grau de intemperismo, da estrutura do solo e da tensão normal. O grau de intemperismo e a estrutura determinam a resistência das partículas e agregados, e conseqüentemente sua suscetibilidade à degradação mecânica durante o cisalhamento sob um determinado nível de tensão normal.

Mapeamento e caracterização geomecânica das unidades geotécnicas de solos oriundos dos granitos, gnaisses e migmatitos de Porto Alegre

O trabalho consta do estudo do meio físico geotécnico do município de Porto Alegre visando a identificação e caracterização de unidades geotécnias, formadas por associações de solos com características físico-morfológicas e origem semelhantes. As unidades geotécnicas são definidas por um estudo de escritório baseado em levantamentos geológicos, pedológicos, topográficos e geográficos e também com o auxílio de fotografias aéreas, acompanhado de uma investigação de campo com a amostragem de perfis das diferentes unidades estimadas. Uma carta com a ocorrência das unidades geotécnicas e com a representação das estruturas geológicas de maior importância geotécina é construída. Destaque é dado ás unidades geotécnicas de solos subtropicais oriundos dos granitos, gnaisses e migmatitos. E executada uma avaliação das características físicas (mineralogia, granulometria, plasticidade, e índices físicos) e propriedades geotécnicas (compressibilidade, colapsividade e resistência ao cisalhamento) dos solos dos principais horizontes de perfis típicos destas unidades. São utilizados ensaios de caracterização, análises mineralógicas de rochas por lâminas delgadas, análises mineralógicas de argilas por meio de difratograma de raio X, ensaios de compressão confinada e ensaios de cisalhamento direto. Os resultados são apresentados em função dos principais horizontes de solos das unidades geotécnicas , são eles horizontes saprolíticos, formados por solo residual que ainda apresentam minerais primários e vestígios estruturais da rocha de origem e horizontes superficiais muitas das vezes laterizados. A análise foi feita à luz dos processos de formação e dos decorrentes fatores que determinam o comportamento geotécnico destes solos de intemperismo subtropical.

Investigação sobre a resistência ao cisalhamento de um solo residual de gnaisse

O solo residual de gnaisse estudado nesta dissertação ocupa uma grande área da cidade de Porto Alegre/RS e região metropolitana. Na região onde foi amostrado, encontrase hoje uma estrutura de contenção em solo grampeado. Rupturas durante a escavação ocasionaram a necessidade de redimensionamento da estrutura, o que na época foi realizado através de retro-análises de rupturas induzidas. Na ocasião a empresa responsável pela execução da obra retirou blocos indeformados de campo, para que posteriormente fossem determinadas as propriedades geomecânicas deste solo residual. O programa experimental desta dissertação envolveu: (a) ensaios de caracterização; (b) caracterização mineralógica através de difratometria de Raio-X, microscopia ótica e microscopia eletrônica;(c) determinação de parâmetros de resistência ao cisalhamento através de ensaios de cisalhamento direto e (d) determinação de parâmetros de resistência ao cisalhamento residual através de ensaios ring shear. Através dos ensaios de cisalhamento direto foi verificado que o intemperismo no local praticamente não apresenta influência nos parâmetros de resistência ao cisalhamento deste solo, pois ambas as profundidades de amostragem mantém a estrutura da rocha de origem. A resistência ao cisalhamento deste material é em grande parte comandada pela sua micro-estrutura, e principalmente pelo bandamento micáceo Em ambas profundidades foi verificada anisotropia de resistência ao cisalhamento, através de ensaios com a orientação de planos de xistosidade paralela e perpendicular à superfície de ruptura imposta pelo ensaio. Este comportamento demonstra a influência que a macro-estrutura herdada da rocha mãe tem sobre a resistência deste material. Os ensaios ring shear realizados neste material apresentaram ângulos de atrito interno residual baixos em relação ao que se espera de materiais predominantemente granulares como é o caso deste solo. Porém estes valores baixos podem ser atribuídos ao alto teor de mica existente.

Evolução mineralógica da alteração laterítica em rochas vulcânicas básicas na borda sudeste da Bacia do Paraná (Rio Grande do Sul e Santa Catarina)

Perfis de alteração em basaltos com baixos teores de Ti02 (LTiB) da Parte Sudeste da Bacia do Paraná (SPB) associam-se a superfícies aplainadas, nos planaltos das Araucárias (Ab' Saber, 1973), entre altitudes de 950 m a 750 m (Vacaria) e 1000m a 920m (a Sul de Lages). Em domínios mais dissecados do relevo, que crescem de Este para Oeste, e nas encostas intensamente dissecadas destes planaltos a Sul (calha do rio Antas) e a Norte (calha do rio Pelotas), os perfis de alteração são truncados ou inexistentes. A associação dos perfis de alteração com superfícies geomorfológicamente mais antigas (aplainadas e elevadas) faz supor que o início dos processos de alteração seja correlativo às superfícies aplainadas, antigo e, provável mente, Terciário. As sequências de alteração mais completas localizam-se em morros de topo plano e apresentam as seguintes fácies: Rocha mãe, saprólito, alterito argiloso, alterito esferoidal, "stone line", coberturas móveis e solo atual. Químicamente os produtos de alteração intempérica dos basaltos são "lateritas" segundo definição de Schellmann (1981), com enriquecimento em Fe2D.3 e H20; perdas em Si02, FeO, MgO, CaO, Na20 e K20; prováveis pequenas perdas emA12D.3. No saprólito, os pedaços de rocha fragmentada permitiram a descrição das alterações hidrotermais refletidas nas para gêneses dos sítios intersticiais, constitui dos por materiais cristalinos e criptocristalinos. Os cristais de titanomagnetita aparecem com manchas azuis irregulares que sugerem variações cristaloquímicas contínuas dentro de um mesmo cristal, típicas da maghemitização. O alterito argiloso é sede de pseudomorfoses dos minerais magmáticos e hidrotermais. Esmectitas, ocupam os sítios das camadas mistas hidrotermais; halloysitas 7 e 10 Á são dominantes nos plasmas das pseudomorfoses de plagioclásios e plasmas ricos em ferro e sílica predominam nas pseudomorfoses de piroxênios. Observa-se a transição halloysita -caolinita desordenada rica em ferro estrutural nas partes superiores do conjunto. Os plasmas secundários são silico-aluminosos, nas partes baixas do conjunto, e predominantemente opacos no topo. Estes plasmas constituem-se de halloysita, litioforita (ou plasma rico em Mn), goethita e maghemita. O alterito esferoidal apresenta o núcleo de rocha e um córtex de cor amarelo -alaranjada em que se verifica a presença dominante da goethita aluminosa. Secundáriamente, aparecem cristobalita, maghemita e gibbsita. As coberturas móveis, são constitui das de plasma caolinítico e plasmas ricos em hematita e goethita. Aparecem ainda grânulos, pisólitos e nódulos herdados de antigas couraças desmanteladas. Os minerais, formados em condições lateritizantes, são os filossilicatos halloysita 7Á e lOÁ, caolinita desordenada e os óxidos e hidróxidos, hematita, goethita, gibbsita e litioforita.Observou-se que a mineralogia de alteração está intimamente associada à textura da rocha original. Encontram-se, ainda, nestes horizontes de alteração intempérica, a cristobalita (metaestável) e a titanomaghemita. As titanomaghemitas identificadas nos saprólitos e alteritos apresentam as características de maghemitização: diminuição da taxa 32(Fe+ Ti)/O, aumento de lacunas na malha cristalina e diminuição do parâmetro ~. Mg diminui com o intemperismo, Mn e AI se concentram nas fases magnéticas. A halloysita 7Á predomina sobre a lOÁ, na fração < 2Jlm, do alterito argiloso, alterito esferoidal e no sistema fissural. A caolinita predomina no horizonte "tacheté". No alterito esferoidal, ocorre também caolinita e esmectita. As argilas halloysíticas apresentam quatro morfologias: esferas, tubos, lamelas planares e cones. A halloysita forma-se preferencialmente à caolinita no córtex de alteração do alterito esferoidal e na fácies argilosa, constituindo um primeiro estágio de intemperismo. Os tubos e cones têm os menores teores de Fe2Ü3 enquanto as halloysitas planares têm os mais altos teores de Fe2Ü3. O teor de Fe das partículas esferoidais é variado. Os óxidos e hidróxidos destes perfis caracterizaram variações da atividade a água, de atividade da sílica dissolvida e temperatura, refletindo as paleocondições (climáticas) de formação destas coberturas fósseis.