Rochas ígneas

As rochas ígneas são um dos três principais tipos de rochas (juntamente com as sedimentares e metamórficas), e incluem rochas intrusivas e extrusivas.

NOTAS

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ASSUNTOS

Ciências da Terra, Geologia

IMAGEM

Pedra da Torre do Diabo

O Monumento Nacional da Torre do Diabo em Wyoming é um exemplo de rocha ígnea.

FOTOGRAFIA POR KOUMLHN/ULLSTEIN BILD CORTESIA DE GETTY IMAGES

As rochas ígneas se formam quando o magma (rocha derretida) esfria e cristaliza, seja em vulcões na superfície da Terra ou enquanto a rocha derretida ainda está dentro da crosta. Todo o magma se desenvolve no subsolo, na crosta inferior ou no manto superior , por causa do intenso calor ali existente.

As rochas ígneas podem ter muitas composições diferentes, dependendo do magma do qual esfriam. Eles também podem parecer diferentes com base em suas condições de resfriamento. Por exemplo, duas rochas de magma idêntico podem se tornar riolito ou granito , dependendo se esfriam rapidamente ou lentamente.

As duas principais categorias de rochas ígneas são extrusivas e intrusivas. Rochas extrusivas são formadas na superfície da Terra a partir de lava , que é o magma que emergiu do subsolo. Rochas intrusivas são formadas a partir de magma que esfria e solidifica dentro da crosta do planeta.

Quando a lava sai de um vulcão e se solidifica em rocha ígnea extrusiva, também chamada de vulcânica, a rocha esfria muito rapidamente. Os cristais dentro de rochas vulcânicas sólidas são pequenos porque não têm muito tempo para se formar até que a rocha esfrie completamente, o que interrompe o crescimento do cristal. Essas rochas de granulação fina são conhecidas como afaníticas — de uma palavra grega que significa “invisíveis”. Eles recebem esse nome porque os cristais que se formam dentro deles são tão pequenos que só podem ser vistos com um microscópio. Se a lava esfria quase instantaneamente, as rochas que se formam são vítreas sem cristais individuais, como a obsidiana. Existem muitos outros tipos de rochas ígneas extrusivas. Por exemplo, o cabelo de Pelé é longo, fios extremamente finos de vidro vulcânico, enquanto pahoehoeé lava lisa que forma pilhas brilhantes e arredondadas.

Rochas intrusivas, também chamadas de rochas plutônicas , esfriam lentamente sem nunca atingir a superfície. Eles têm grandes cristais que geralmente são visíveis sem um microscópio. Essa superfície é conhecida como textura fanerítica . Talvez a rocha fanerítica mais conhecida seja o granito . Um tipo extremo de rocha fanerítica é chamado de pegmatito , encontrado frequentemente no estado americano do Maine. A pegmatita pode ter uma enorme variedade de formas e tamanhos de cristal, incluindo alguns maiores que uma mão humana.

Espectros de rochas ígneas

Em termos de classificação das rochas ígneas, existe uma tendência geral de que, quanto maior for o índice de cor (mais escura), menor será o teor de SiO2

As rochas ígneas surgem da solidificação do magma (Foto: Alunos Online)

De acordo com o teor de SiO2, as rochas ígneas são classificadas quimicamente em: ultrabásicas (SiO2 < 45%), básicas (45% < SiO2 < 52%), intermediárias (52% < SiO2 < 66%) e ácidas (SiO2 > 66%).

Essa classificação por teor de sílica é válida apenas para as rochas ígneas da série Ca-alcalina (a outra série é a toleítica, de caráter não alcalino).

Nesse sentido, basalto é uma rocha máfica e básica, e granito é uma rocha félsica e ácida.

Grosso modo, as rochas ultrabásicas, básicas, intermediárias e ácidas correspondem, respectivamente, às seguintes categorias de índices de cor (M): ultramáficas têm índice 70 < M < 100; máficas, 40 < M < 70; intermediárias, 20 < M < 40; e félsicas, 0 < M < 20.

Os minerais de cores claras têm composição principal de SiO2, Al2O3, Na2O e K2O e baixos teores de MgO e FeO – por exemplo, quartzo, feldspato alcalino, plagioclásio e feldspatoides.

Os minerais escuros são silicatos compostos principalmente de altos teores de MgO, FeO e Fe2O3 – por exemplo, olivina, ortopiroxênio, clinopiroxênio, hornblenda e biotita. Os minerais muito escuros, opacos, quimicamente são óxidos, sulfetos, e hidróxidos de metais pesados – magnetita, ilmenita e pirita são os exemplos mais comuns.

Imagem retirada do livro Reflectância dos materiais terrestres, Ed. Oficina de Textos (2019). Todos os direitos reservados.

Espectralmente, as reflectâncias das rochas ígneas em geral se ajustam a essas formas de classificação. Como mostra a Fig. 4.2, as rochas ígneas ácidas, intermediárias, básicas e ultrabásicas diferenciam-se relativamente bem entre si por meio de seus albedos, o que é em boa parte consequência da variação de seus índices de cor.

As rochas de composição ácida mais claras apresentam albedo mais alto e espectros com frequentes absorções de hidroxila e de água em 1.400 nm e 1.900 nm.

As rochas intermediárias e ultrabásicas têm albedo de nível médio de reflectância; as intermediárias possuem feições de absorção muito pouco intensas e por isso mais difíceis de detectar, e as ultrabásicas típicas mostram larga absorção em torno de 1.000 nm.

A ausência de bandas de água nas básicas, juntamente com o aumento de minerais opacos (magnetita), causa o mais baixo albedo dessas rochas.

Tudo a ver

Reflectância dos materiais terrestres apresenta ao longo de 10 capítulos os conceitos relativos aos mecanismos de interação da luz com a matéria, servindo de manual para a interpretação da reflectância dos materiais naturais.

Rochas

31/01/2019
Por: Marcus V. Cabral

Fonte: CPRM

Rocha é uma associação natural de minerais (geralmente dois ou mais), em proporções definidas e que ocorre em uma extensão considerável. O granito, por exemplo, é formado por quartzo, feldspato e, muito frequentemente, também mica.Algumas rochas são constituídas por um único mineral, mas são consideradas rocha e não mineral porque ocorrem em grandes volumes, formando, por exemplo, um morro inteiro ou camadas que podem se estender por dezenas de quilômetros. Essas rochas são chamadas de monominerálicas. São exemplos o calcário (formado de calcita) e o quartzito (formado de quartzo).
Os minerais presentes em uma rocha podem ser essenciais ou acessórios.Minerais essenciais são aqueles que definem a natureza da rocha. São eles que dizem que uma rocha vulcânica é um basalto e não um riolito. Minerais acessórios são aqueles que aparecem na rocha em quantidades pequenas e que não afetam sua classificação, podendo servir para definir uma variedade de rocha. Um basalto costuma ter magnetita, mas se ela não estiver presente ele continuará sendo um basalto. Um sienito não precisa ter nefelina para ser sienito, mas se tiver será uma variedade chamada sienito nefelínico.
As rochas podem ser agrupadas em três grandes grupos, conforme o processo de formação: ígneas, metamórficas ou sedimentares. As rochas sedimentares constituem apenas 5% da crosta terrestre, os restantes 95% são de rochas ígneas ou metamórficas.

Granito Ornamental

Rochas Ígneas
Também chamadas de magmáticas, são rochas que se formaram pelo resfriamento e solidificação de um magma. Magma é o material em estado de fusão que existe abaixo da superfície terrestre e que pode extravasar através dos vulcões (passando então a se chamar lava). De sua composição vai depender a composição da rocha magmática a se formar.Se o magma resfria na superfície da Terra, após ser expelido por um vulcão, origina uma rocha ígnea vulcânica (também chamada de extrusiva). O exemplo mais comum é o basalto. Se o magma sobe através da crosta, mas resfria ainda dentro dela, em grandes profundidades, ele origina uma rocha ígnea plutônica (também chamada de intrusiva). O exemplo mais comum é o granito. Rochas que se formam no interior da crosta, mas a pouca profundidade, são chamadas de hipoabissais. Um exemplo é o diabásio.

Obsidiana

O magma que extravasa na superfície, por entrar em contato com o ar e com o solo, resfria mais depressa que aquele que se solidifica no interior da crosta. Por isso, os minerais que formam as rochas vulcânicas aparecem em cristais numerosos, mas muito pequenos, pois não tiveram tempo de se desenvolver bem. Um basalto, por exemplo, é formado por piroxênio e plagioclásio, mas não se consegue distinguir esses minerais a olho nu, apenas ao microscópio. Essas rochas são classificadas como afaníticas.Já o granito forma-se por um processo de resfriamento bem mais lento, dando tempo para que os cristais de quartzo e feldspato cresçam mais. Assim, podem-se ver nele grãos de cores diferentes, com alguns milímetros ou centímetros de diâmetro. Essas rochas são classificadas como faneríticas.
Se a lava resfria muito depressa, forma-se vidro vulcânico, e não um agregado de minerais (ou seja, não se formam cristais). A obsidiana, material usado como pedra preciosa, é um vidro vulcânico.
A textura das rochas magmáticas se define pelo tamanho dos grãos minerais que as constituem e pelas relações espaciais entre eles. Se os grãos têm aproximadamente o mesmo diâmetro, a rocha é equigranular; do contrário, é inequigranular. Se os grãos têm até 1 mm de diâmetro, ela é fina; se têm de 1 a 5 mm, é média; se têm mais de 5 mm, é grossa. Se os grãos têm uma distribuição homogênea, é isótropa; se estão alinhados segundo uma dada direção, então é orientada.

Riodacito, rocha vulcânica ácida (RS)

Do ponto de vista químico, as rochas ígneas são classificadas em ácidas (mais de 66% de sílica), como o granito e o riolito; intermediárias (52 a 66% de sílica), como o sienito e diorito; básicas (45 a 52% de sílica), como o gabro e o basalto; e ultrabásicas (menos de 45% de sílica), como o peridotito. Essa classificação nada tem a ver com o conceito de acidez (pH) usado em química, e a quantidade de sílica tem pouca relação com quantidade de quartzo. As rochas ácidas são geralmente claras e as ultrabásicas, escuras.
De acordo com a maior ou menor presença de minerais escuros (minerais ferro-magne-sianos) nas rochas, elas podem ser leucocráticas (claras), melanocráticas (escuras) ou mesocráticas (intermediárias). Quando possuem mais de 90% de minerais escuros, podem ser chamadas de hipermelanocráticas.

Gabro melanocrático (São Gabriel, ES)

As rochas vulcânicas costumam conter cavidades formadas por gases que ficaram aprisionados durante o resfriamento. Essas cavidades podem ter desde alguns milímetros até alguns metros de diâmetro e são chamadas de: vesículas, quando vazias, ou amígdalas, quando estão preenchidas por minerais. Já as plutônicas são geralmente maciças e, quando contêm cavidades, elas são milimétricas. Os minerais mais comuns nas rochas ígneas são todos do grupo dos silicatos: feldspatos, feldspatoides, quartzos, olivinas, piroxênios, anfibólios e micas. Os elementos químicos mais abundantes nelas são o silício e o oxigênio (75% do total), mas são também importantes o alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio, magnésio e titânio.

Basalto com amígdalas (Sananduva, RS)

Um tipo especial de rochas ígneas são as rochas piroclásticas, aquelas formadas nas erupções vulcânicas explosivas. Elas são formadas de ejetólitos, que podem ser blocos (mais de 32 mm, totalmente sólidos), bombas (mais de 32 mm, total ou parcialmente fundidos), lapíli (4 a 32 mm) ou cinzas (menos de 4 mm).As bombas formam aglomerados vulcânicos; os blocos, brechas vulcânicas; os lapíli, lapíli-tufos; e as cinzas, tufos vulcânicos.

Acervo do Museu de Geologia da CPRM

As rochas ígneas costumam ser maciças, ter boa resistência mecânica e cristais bem formados. Proporcionam bom polimento e são, por isso, muito valiosas como rochas ornamentais. A foto da esquerda mostra diversos tipos de rochas usados para esse fim.Há grande interesse econômico também porque nelas se encontra boa parte dos minerais úteis. Os pegmatitos, rochas magmáticas de granulação muito grosseira, são fonte de numerosos minerais valiosos, como quartzo, feldspato, andaluzita, apatita, berilo, moscovita, bismuto, cassiterita, columbita, fluorita, galena, granadas, ouro, grafita, monazita, rodonita, espodumênio, tantalita, titanita, topázio, turmalinas, água-marinha, esmeralda, crisoberilo, volframita, xenotímio, trifilita, ambligonita etc. Eles são uma das principais fontes de pedras preciosas e de minerais raros.
Os canyons do Itaimbezinho e os morros da praia de Torres, todos no Rio Grande do Sul, são formados por rochas ígneas. Os rochedos do arquipélago de Fernando de Noronha e o morro Dedo de Deus, em Teresópolis (RJ), são outros exemplos.


Rochas Sedimentares

Conglomerado

São rochas que se formam na superfície da crosta terrestre sob temperaturas e pressões relativamente baixas, pela desagregação de rochas pré-existentes seguida de transporte e de deposição dos detritos ou, menos comumente, por acumulação química. Conforme a natureza desse material podem ser detríticas ou não detríticas.Possuem porosidade e permeabilidade, uma marcante estratificação e baixa resistência mecânica. São muito difíceis de polir e podem conter fósseis. As camadas de rochas sedimentares podem totalizar vários quilômetros de espessura.
Exemplos de rochas sedimentares muito conhecidas no Brasil são as que formam os morros de Vila Velha (PR), a Chapada Diamantina (BA) e a Gruta de Maquiné (MG). No exterior, é muito conhecido o Gran Canyon (Colorado, EUA).
De um modo geral e amplo, as rochas sedimentares mais comuns podem ser divididas em arenosas (detríticas), argilosas (detríticas) e carbonatadas (não detríticas), estas últimas subdivididas em calcários e dolomitos.
Rochas sedimentares detríticas (também chamadas de clásticas) são aquelas formadas pela deposição de fragmentos de outras rochas (ígneas, metamórficas ou mesmo sedimentares). Esses fragmentos, principalmente quartzo e silicatos, constituem os sedimentos e surgem por efeito da erosão. Chuva, vento, calor e gelo vão fragmentando as rochas e os pedaços que se soltam são transportados para lugares mais baixos pela ação da gravidade, de rios, de geleiras ou do vento.
O mais extenso e mais duradouro dos ambientes de deposição é o marinho. Ele é o destino final de todos os sedimentos e nele estão a maior parte dos sedimentos detríticos.
Conforme o diâmetro dos grãos desses sedimentos, eles podem ser, do maior para o menor: cascalho, areia, silte ou argila (conforme tabela a seguir). Cascalhos formam conglomerados e brechas, areias formam arenitos, siltes formam siltitos e argilas formam argilitos.

SEDIMENTO	DIÂMETRO	ROCHA SEDIMENTAR
Cascalho Muito grosso (matacões) Grosso Médio (seixos) Fino (grânulos)	mais de 256 mm de 64 mm a 256 mm de 4 mm a 64 mm de 2 mm a 4 mm	Conglomerado (fragmentos arredondados) ou brecha (fragmentos angulosos)
Areia Muito grossa Grossa Média Fina Muito fina	de 1 mm a 2 mm de 0,5 mm a 1 mm de 0,25 mm a 0,5 mm de 0,125 mm a 0,25 mm de 0,062 (ou 0,05) mm a 0,125 mm	Arenitos
Silte	de 0,005 mm a 0,062 (ou 0,05) mm	Siltitos
Argila	menos de 0,005 mm	Argilitos

Esses sedimentos são transportados até uma bacia sedimentar, deserto ou delta de rio e, então, começam a ser compactados pelo peso de mais sedimentos que sobre eles se depositam.As rochas argilosas são as mais abundantes das rochas sedimentares, mas também as mais difíceis de estudar, devido à granulação fina dos sedimentos que as formam.
A deposição começa sempre pelas partículas maiores e mais pesadas. As menores, mais leves e menos esféricas tendem a prosseguir, sendo depositadas depois e mais adiante.

Siltito com uma folha fossilizada (Bariloche, Argentina, Coleção Pércio M. Branco)

Com o tempo, os grãos ou seixos vão se unindo, muitas vezes pela precipitação, entre eles os de óxido de ferro ou de carbonato de cálcio, de modo a ficarem cimentados, originando então a rocha sedimentar. Se o sedimento for areia, formará um arenito; se for argila, formará uma argilito etc., conforme visto na tabela acima.As mudanças na textura e na composição sofridas pelos sedimentos em temperaturas relativamente baixas e que levam à formação da rocha sedimentar chamam-se diagênese. Ela pode ocorrer logo após a deposição ou bem depois.
Rochas sedimentares não detríticas surgem pela precipitação química de sais ou pela acumulação de restos orgânicos de animais e plantas. Quando formadas por sais, são chamadas de químicas. Ex.: calcário e evaporito. Se formadas por restos orgânicas, são chamadas de orgânicas. Ex.: guano e carvão.
As rochas sedimentares químicas são formadas principalmente por carbonatos, sulfatos, sílica, fosfatos e haloides. As principais rochas calcárias são o calcário (composto essencialmente de calcita) e o dolomito (composto de dolomita). Tipos mistos são os calcários dolomíticos. Afora os carbonatos, costumam conter quartzo, argila e outros minerais.
As rochas sedimentares costumam ser muito porosas, o que permite que nelas se acumule água. São, por isso, importantes fontes de água subterrânea. Aquelas que possuem água em poros que se interconectam (isso é, que são porosas e permeáveis) constituem aquíferos, ou seja, massa rochosa capaz de armazenar e fornecer água. Arenitos costumam ser ótimos aquíferos.


Rochas Metamórficas
São aquelas formadas a partir de outra rocha (sedimentar, ígnea ou metamórfica) por ação do metamorfismo. Entende-se por metamorfismo o crescimento de cristais no estado sólido, sem fusão. A mudança nas condições de pressão e temperatura provoca mudanças na composição mineralógica da rocha ou pelo menos deformações físicas.Um calcário, por exemplo, submetido a um aumento de pressão e temperatura, transforma-se em mármore; um arenito transforma-se em quartzito; um folhelho (rocha sedimentar argilosa) transforma-se em ardósia.
O limite entre rochas sedimentares e metamórficas é arbitrário e difícil de estabelecer, exceto onde o calor e os esforços tenham sido primordiais nas mudanças. Já a distinção entre rochas sedimentares e ígneas é fácil, a não ser quando se trata de rochas ígneas piroclásticas.
Uma característica típica das rochas metamórficas é a foliação (xistosidade), estrutura paralela que produz partição mais ou menos plana na rocha.
O conjunto de rochas metamórficas de qualquer composição que tenham se formado nos mesmos intervalos de pressão e temperatura constitui uma fácies metamórfica. Há sete fácies metamórficas principais: fácies piroxênio-hornfels, fácies granulito, fácies eclogito, fácies anfibolito, fácies albita-epídoto-anfibolito, fácies xistos verdes e fácies sanidinito.
A rocha levada a um determinado grau de metamorfismo pode depois sofrer metamorfismo parcial em temperatura mais baixa, chamado de retrometamorfismo.
As rochas metamórficas distribuem-se principalmente nas regiões montanhosas. A mais antiga de todas as rochas encontradas até hoje na Terra é uma rocha metamórfica que existe no Canadá, o Gnaisse Acasta, de 3,96 bilhões de anos, descoberto em maio de 1984.
O metamorfismo, processo que gera uma rocha metamórfica, pode ser:
a) metamorfismo de contato - o que surge pela ação de um magma sobre as rochas vizinhas. Ocorre principalmente nas proximidades de rochas plutônicas ácidas.
b) metamorfismo regional - aquele que surge em massas de rocha que são enterradas e submetidas a determinadas condições de pressão e temperatura. Pode ser de baixo, médio ou alto grau. Afeta áreas com até milhares de quilômetros quadrados e em grandes profundidades. Quando a temperatura ultrapassa a faixa de 700-800 ºC, as rochas começam a se fundir, produzindo magma.
c) metamorfismo dinâmico (ou cinemático) - aquele que ocorre em zonas de deformação estreitas, com intenso deslocamento.
d) metamorfismo de impacto - o que ocorre em decorrência do impacto de um meteorito.

Xisto rico em mica, com cristais de turmalina

Habitualmente se distinguem as rochas ortometamórficas, originadas das ígneas, e as parametamórficas, resultantes da transformação de rochas sedimentares.De acordo com a textura, as principais classes de rochas metamórficas são:
- Hornfels (cornubianitos): rochas sem foliação, grãos equidimensionais, formados por metamorfismo de contato.
- Ardósias: granulação fina (cristais microscópicos), foliação tabular perfeita (clivagem ardosiana), mas sem faixas, formadas por metamorfismo regional sobre rochas sedimentares clásticas finas (argilitos e siltitos).
- Filitos: xistosas; de granulação fina, mesma origem das ardósias; mas com granulação maior, às vezes com faixas incipientes; brilho sedoso.
- Xistos: acentuadamente foliados, com grãos que permitem fácil identificação dos principais componentes, ricos em mica, formados por metamorfismo regional ou de deslocamento profundo.
- Anfibolitos: granulação média a grossa composta principalmente de hornblenda e plagioclásio, foliação menos nítida que nos xistos típicos formados por metamorfismo regional de grau médio a alto.
- Gnaisses: granulação grossa, bandas irregulares, predomínio do quartzo e do feldspato sobre as micas, tornando a foliação menos visível. Metamorfismo regional de grau alto.
- Granulitos: rochas equigranulares, sem micas e sem anfibólios, portanto sem foliação nítida. Metamorfismo regional de alto grau.
- Mármores: compostos de calcita ou dolomita usualmente pouco foliados. Forma corpos lenticulares.
- Cataclasitos: formados por deformação sem alteração química. Aumentando a deformação e surgindo faixas e listras, passam a milonitos.
- Milonitos: rochas de granulação fina resultantes da trituração de rochas mais grossas. Têm aspecto de sílex e formam-se por metamorfismo de deslocamento extremo, sem alteração química digna de nota.
- Filonitos: aspecto semelhante ao de filitos, formadas como os milonitos, mas com pronunciada reconstituição química, surgindo películas de mica nos planos de foliação.


Ciclo das Rochas
Os diferentes processos formadores de rochas permitem que se estabeleça esquematicamente um ciclo das rochas, como se vê no esquema a seguir.

Ciclo das Rochas (Dicionário Livre de Geociências)

As rochas ígneas (à esquerda no desenho) sofrem erosão, dando origem a sedimentos que por transporte, deposição e diagênese (compactação + cimentação) geram rochas sedimentares. Estas, por metamorfismo, geram rochas metamórficas. As metamórficas, por sua vez, podem sofrer fusão, formando magma que vai originar nova rocha ígnea, fechando o ciclo.
Mas rochas metamórficas também sofrem erosão e, portanto, também originam sedimentos. Do mesmo modo, uma rocha sedimentar pode sofrer erosão ou fusão e originar outra rocha sedimentar ou uma rocha ígnea, respectivamente. Rochas ígneas, por sua vez, podem sofrer metamorfismo, dando origem a uma rocha metamórfica. Portanto, qualquer um dos três tipos de rocha pode originar qualquer um dos outros dois.

Varvito

Curiosidades
O charnockito tem esse nome porque foi descoberto no túmulo de Job Charnock, fundador de Calcutá (Índia).O anortosito é uma rocha relativamente rara na Terra, mas que existe na lua.
O lápis-lazúli, uma apreciada pedra preciosa, é uma rocha, não um mineral. É composto principalmente de lazurita e calcita, contendo também hauynita, pirita, sodalita e outros minerais.
O varvito (foto abaixo) é uma rocha sedimentar que se forma em lagos glaciais. Ele mostra uma curiosa alternância de lâminas claras e escuras, sempre planas e paralelas, em geral muito regulares. Cada par de lâminas clara e escura (chamado varve) corresponde à deposição de sedimentos de um ano, sendo a parte clara (areia, silte e argila) depositada no verão e a escura (silte e/ou argila), depositada no inverno. Assim, o varve tem período de formação conhecida e a espessura de suas lâminas dá uma indicação sobre a duração maior ou menor do inverno e do verão.
O sedimento formado por fragmentos com mais de 256 mm de diâmetro chama-se matacão. Essa palavra significa exatamente o que sugere: mata-cão, ou seja, é uma pedra de tamanho suficiente para matar um cão.


Fontes
BRANCO, Pércio de Moraes. As rochas (curso de extensão para professores do Ensino Médio). (Inédito)________.Dicionário de Mineralogia e Gemologia. São Paulo: Oficina de Textos, 2008. 608 p. il.
ENCYCLOPAEDIA Britannica do Brasil Publicações Ltda.

O estudo das Rochas em concursos públicos

Conceitos mais importantes cobrados em provas

Mecânica das rochas é a ciência teórica e aplicada do comportamento mecânico das rochas e maciços rochosos; é o ramo da mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos perante os campos de forças a que estão sujeitos no seu ambiente físico.

A mecânica das rochas propriamente dita faz parte do campo mais vasto que é a geomecânica, que se ocupa das respostas mecânicas de todos os materiais geológicos, incluindo os solos. A mecânica das rochas, tal como é aplicada na prática da engenharia de minas e engenharia geológica, refere-se à aplicação dos princípios da mecânica de engenharia ao desenho de estruturas em rocha geradas pela atividade mineira, como por exemplo, túneis, poços de minas, escavações subterrâneas ou minas a céu aberto. Inclui também o desenho de padrões de ancoragens.

Definição

Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral ou minérios, que se apresentam em grandes massas ou fragmentos.

Propriedades

As principais propriedades que distinguem uma rocha de um solo são a coesão interna e a resistência à tração. A coesão interna é a força que liga as partículas umas as outras (ligação entre os átomos). Este valor difere da coesão aparente, que é resultante do atrito entre as partículas quando submetidas às forças de cisalhamento. Exemplo de coesão nula é a areia, mas pode apresentar coesão aparente de 4,34 kg/cm². A resistência à tração pode ser nula num solo. Mas entre o solo e a rocha pode existir uma tração uniaxial de 1MPa.

A rocha, como o solo, é um material bastante distinto de outros materiais da engenharia, por isso os projetos em rochas são bastante especiais. A mecânica das rochas se desenvolveu mais lentamente que a mecânica dos solos, pelo simples fato de a rocha ser considerada mais competente que o solo e gerar menor número de problemas com fundações ou estruturas.

A mecânica, de uma forma geral, estuda a resposta de um material a uma solicitação qualquer. A mecânica das rochas tem como finalidade estudar as propriedades e o comportamento dos maciços rochosos submetidos a tensões ou variações das suas condições iniciais.

As rochas são utilizadas pelo homem para fabricação de armas, ferramentas e utensílios. Este material é muito usado para construção de casas, túneis, fortificações, esculturas entre outros.

As áreas de atuação são classificadas como:

• Atividades de superfície (<100m aberto.="" barragens="" c="" e="" es="" estradas="" funda="" li="" minas="" u="">
• Atividades em profundidade (>100m): minas subterrâneas, túneis, cavernas hidrelétricas, aproveitamento de energia geotérmica.
• Atividades especiais: engenharia do petróleo, engenharia geotécnica, armazenamentos em cavernas(petróleo, água, resíduos radioativos, etc.).

 Os projetos de engenharia de rochas podem ser agrupados em sete categorias, sendo em fundações a sua utilização mais importante.

• fundações: as rochas são um excelente material de fundação, mas podem ser fraturados e alterados. É necessário estabelecer a competência da rocha em relação a sua capacidade de suportar a carga para níveis toleráveis de deformação.

• taludes: a mecânica das rochas pode identificar o risco de ruptura do talude rochoso, seja por tombamento, flexão, em cunha ou em plano;

• túneis e poços: a estabilidade de túneis e poços depende da estrutura da rocha, estado de tensões, regime de fluxo subterrâneo e técnica de construção;

• cavernas: o projeto de construção de grandes cavernas é influenciado pela presença e distribuição das fraturas do maciço rochoso;

• mineração: a mecânica das rochas influi sobre os métodos de mineração, com a finalidade de se obter uma maior extração de minério, utilizando-se um mínimo de suporte artificial das galerias;

• energia geotérmica: a produção de energia geotérmica é obtida pela percolação de água, injetada no furo, através das fraturas da rocha-reservatório naturalmente aquecida e a posterior recuperação por outro furo de sondagem. Este sistema depende da interação entre as fraturas do maciço, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo;

• armazenamento de rejeitos radioativos: o isolamento dos materiais radioativos em relação à biosfera requer o estudo das fraturas do maciço, capacidade de absorção das superfícies das fraturas, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo.

O intemperismo é o processo natural de decomposição ou desintegração de rochas e solos, e seus minerais constituintes, por ação dos efeitos químicos, físicos e biológicos que resultam da sua exposição aos agentes externos (neles se incluindo os fatores antropogênicos, isto é devido directa ou indiretamente à ação humana). Em resumo, a meteorização é o fenomeno natural a que estão sujeitos todos os materiais geológicos quando expostos à ação combinada da atmosfera, da hidrosfera, da biosfera e da antroposfera, ocorrendo de forma permanente e generalizada em toda a superfície terrestre, não devendo contudo ser confundida com os efeitos da erosão, embora tenha frequentemente com eles uma relação estreita de causa e efeito. Em geral, o intemperismo intensifica-se em regiões de climas tropicais, como é o caso do Brasil.

São vários os fatores que influem no intemperismo:

Clima: É o mais importante. É ele que determina a distribuição sazonal das chuvas - fundamentais porque é a água o principal agente transportador dos produtos do intemperismo - e as variações de temperatura, que contribuem para a fragmentação das rochas, através da alternância de períodos de dilatação com períodos de contração. Quanto maior a disponibilidade de água e quanto mais frequente for sua renovação, mais completas serão as reações químicas do intemperismo. Quanto à temperatura, para cada 10 ºC de elevação há um aumento de duas a três vezes na velocidade das reações químicas. Isso explica por que o intemperismo é mais intenso nos trópicos.

Relevo: Determina a maior ou menor velocidade do fluxo da água das chuvas, com consequente menor ou maior infiltração no solo. Em encostas de alta declividade, a água fica pouco tempo em contato com as rochas e assim não consegue promover adequadamente as reações químicas. Nas baixadas, a água fica, ao contrário, bastante tempo em contato, mas não se renova facilmente, de modo que fica saturada nos componentes solúveis e perde sua capacidade de continuar atacando os minerais. Portanto, é nas encostas suaves que o intemperismo é mais intenso.

Rocha-Mãe: Importante porque, dependendo de sua composição mineralógica, textura e estrutura, terá maior ou menor resistência à decomposição e à desagregação. Os primeiros minerais a cristalizar no resfriamento de um magma são os mais instáveis nas condições normais de pressão e temperatura e, assim, são os primeiros a se alterar. Por essa razão, o quartzo é dos mais resistentes e na alteração de um granito, por exemplo, é o último a se decompor. Os mármores, por sua vez, por serem formados de carbonato de cálcio, mineral altamente solúvel em água, alteram-se com muito mais facilidade que os granitos (daí ser o granito muito mais indicado para tampos de pia que o mármore).

Tempo: Quanto maior o tempo de exposição de uma rocha, mais intensa será a ação intempérica sobre ela. Calcula-se que em um milhão de anos o intemperismo rebaixe o relevo de 20 a 50 metros. Na Escandinávia, onde o clima é muito frio, sobre superfícies graníticas expostas há 10 mil anos desenvolveu-se um manto de alteração de apenas poucos milímetros. Em compensação, no Havaí, região muito úmida, no período de apenas um ano desenvolveu-se sobre lavas basálticas recentes uma camada de solo suficiente para uso agrícola.

Fauna e Flora: São fatores de importância menor, mas que atuam fornecendo matéria orgânica para reações químicas e remobilizando materiais. A concentração de CO2 no solo, proveniente da decomposição da matéria orgânica morta, pode ser até 100 vezes maior que na atmosfera. Isso facilita muito a acidificação da água, o que favorece, por exemplo, a dissolução do alumínio. Superfícies rochosas cobertas de liquens são muito mais rapidamente atacadas pelo intemperismo químico que aquelas sem liquens, e raízes de árvores têm grande poder de penetração em fendas de rochas, provocando sua dilatação. Os materiais produzidos pelo intemperismo podem ser transportados para outro local ou permanecerem na posição original. Em qualquer um dos casos, vão gerar um solo, chamado de solo transportado no primeiro caso e de solo residual no segundo.

Tipos de Intemperismo

A ação do intemperismo dá-se através de modificações nas propriedades físicas e químicas dos minerais e rochas. Quando predominam as primeiras, fala-se em intemperismo físico; se predominam as segundas, fala-se em intemperismo químico. Quando há participação de seres vivos e de matéria orgânica, é classificado em físico-biológico ou químico-biológico. São eles: 

Intemperismo Físico

Consiste basicamente na desagregação da rocha, com separação dos grãos minerais que a compõem e fragmentação da massa rochosa original. As variações de temperatura dilatam e contraem o maciço rochoso, gerando fissuras que com o tempo vão se alargando. Os minerais, por sua vez, possuem diferentes coeficientes de dilatação e respondem de maneira diferente a essas variações térmicas, contribuindo também para o fissuramento. Essas mudanças são particularmente acentuadas no ambiente desértico, que tem dias quentes e noites frias. As variações na umidade também provocam o mesmo efeito. E, se a água que se infiltra em fraturas da rocha sofre congelamento, o intemperismo físico é bem mais acentuado, porque ao congelar a água aumenta em 9% o seu volume e exerce grande pressão sobre as paredes da rocha. Quando a água que se infiltra em fraturas e fissuras contém sais dissolvidos (principalmente cloretos, sulfatos e carbonatos) e esses vêm a precipitar, pode igualmente ocorrer um aumento de volume e consequente fragmentação, pois isso causa enorme pressão sobre a rocha. Esse tipo de fragmentação é um dos principais problemas que afetam monumentos feitos com rocha. Seja qual for a causa da fragmentação, ela sempre acaba facilitando a penetração da água e o consequente intemperismo químico da rocha.

Intemperismo Químico

A maior parte das rochas que hoje afloram formou-se em ambiente muito diferente daquele que há na superfície terrestre atual, onde pressão e temperatura são baixas e onde a água e o oxigênio são muito abundantes. Como consequência, os minerais que formam essas rochas estão hoje em desequilíbrio químico e tendem a se transformar em outros, mais estáveis. O principal agente do intemperismo químico é a água, que, absorvendo o CO² da atmosfera, adquire características ácidas. Em contato com a matéria orgânica do solo, essa água fica mais ácida ainda, o que vai facilitar seu trabalho de dissolução de carbonatos e outras substâncias. O intemperismo químico atua através de reações de hidratação, dissolução, hidrólise, acidólise e oxidação. Os feldspatos e as micas são transformados em argilas, permanecendo o quartzo inalterado. A ação da água sobre o feldspato e a biotita leva à produção de argilas, das quais a principal é o caulim.

Intemperismo Biológico

É bem menos importante que os dois tipos anteriores e se dá através da ação de bactérias que decompõem materiais orgânicos. Esse tipo de intemperismo produz os solos mais férteis do mundo, sendo muito comum na Rússia e na Ucrânia.

Classificação das Rochas

As Rochas podem ser classificadas em:

Igneas ou Magmáticas:

As Rochas ígneas, rochas magmáticas ou rochas eruptivas (derivado do latim ignis, que significa fogo) são um dos três principais tipos de rocha. A formação das rochas ígneas vêm do resultado da consolidação devida ao resfriamento do magma derretido ou parcialmente derretido. Elas podem ser formadas com ou sem a cristalização, ou abaixo da superfície como rochas intrusivas (plutônicas) ou próximo à superfície, sendo rochas extrusivas (vulcânicas). O magma pode ser obtido a partir do derretimento parcial de rochas pré-existentes no manto ou na crosta terrestre. Normalmente, o derretimento é provocado por um ou mais dos três processos: o aumento da temperatura, diminuição da pressão ou uma mudança na composição. Ex: granitos, dioritos e basaltos

Metamorficas:

Rochas metamórficas são rochas que resultam da transformação da rocha original, o protólito. Este dá origem a uma rocha metamórfica depois de sofrer transformações químicas e físicas devido ao fato de se submeter a temperaturas e pressões elevadas e à atuação de fluidos em zonas profundas da crosta terrestre, sem que, contudo, cheguem a fundir (a não ser, talvez, parcialmente). O protólito tanto pode ser uma rocha sedimentar, como uma rocha ígnea ou mesmo outra rocha metamórfica.

Podem formar-se, simplesmente, por estarem sujeitas às altas temperaturas existentes muito abaixo da superfície terrestre e à pressão provocada pelo peso das camadas de rocha superiores. Podem também ter origem em processos tectónicos como colisões continentais que provocam pressão horizontal, fricção e deformações. Podem, ainda, formar-se graças ao chamado metamorfismo de contato, quando a rocha, sempre no estado sólido, é aquecida pela intrusão de rocha fundida (magma) proveniente do interior da Terra. Alguns exemplos de rochas metamórficas são o gnaisse, a ardósia,o mármore, o xisto, e o quartzito.

Sedimentares:

As rochas sedimentares são compostas por sedimentos transportados pela água, gelo ou vento e acumulados em depressões na crosta terrestre. Cobrem cerca de 75% da superfície terrestre e 90% dos leitos marinhos e corresponde a 5% do volume da Terra. As rochas sedimentares são importantes fontes de material fóssil. Ex: Calcário, Arenitos e Margas. As rochas sedimentares formam-se por três processos principais:

• o pela deposição (sedimentação) das partículas originadas pela erosão de outras rochas - rochas sedimentares clásticas ou detríticas;
• o pela precipitação de substâncias em solução - rochas sedimentares quimiogénicas; e
• o pela deposição dos materiais de origem biológica - rochas sedimentares biogénicas.

Quadro Resumo de Classificação e Tipos de Rochas

Exemplos de Rochas

Durabilidade

A durabilidade é a resistência da rocha aos processos de alteração e fragmentação sendo também conhecida por alterabilidade. O contacto da rocha com a água e o ar, muitas vezes através de obras de engenharia civil como escavações e terraplenos, pode ocasionar a degradação das suas características mecânicas. Influenciam a durabilidade: a Compacidade, Porosidade, Permeabilidade, Higroscopicidade, Gelividade, Condutibilidade Térmica.
O ensaio “slake durability test” consiste em submeter material rochoso previamente fragmentado a ciclos normalizados de secagem, humidificação e ação mecânica. Os fragmentos são colocados dentro de redes metálicas cilíndricas com determinada abertura parcialmente imersas na água que rodam em torno de um eixo horizontal. O choque dos fragmentos de rocha entre si e o contato com a água favorecem a sua desagregação e alteração. A secagem dos fragmentos é realizada em estufas após o que pode seguir-se outra humidificação e ação mecânica.

Ensaio com o esclerómetro ou martelo de Schmidt

A resistência à compressão simples das rochas pode ainda ser correlacionada com a sua dureza. A dureza nas rochas é um conceito diferente daquele que é considerado nos minerais. Geralmente é associada com a chamada dureza de Schmidt (R) que é determinada através do ensaio com o martelo de Schmidt. Este valor é depois correlacionado com a resistência à compressão simples da rocha constituinte da superfície ensaiada de acordo com o valor do seu peso volúmico A dureza é uma propriedade mecânica da matéria sólida que determina sua resistência ao risco. No campo da Mineralogia, para quantificar a dureza de um mineral, utiliza-se a Escala de Mohs. Essa escala foi desenvolvida pelo mineralogista alemão Friedrich Mohs no ano de 1812 e é formada por 10 minerais organizados em ordem crescente de dureza. Observe:

Teste de dureza Brinell

O método de teste de dureza Brinell consiste em endentar o material com uma esfera de aço endurecido ou metal duro(carbeto de tungstênio) com 10 mm de diâmetro com uma carga de 3000 kgf. Para materiais mais moles a carga pode ser reduzida para 1500 kg ou 500 k para reduzir endentação excessiva. A carga total é normalmente aplicada por 10 ou 15 segundos no caso de ferro fundido ou aço , e pelo menos durante 30 segundos para outros metais.

Ensaio de Dureza/Microdureza Vickers

O Ensaio de Dureza Vickers consiste em forçar, através da aplicação de uma carga pré-estabelecida, um penetrador de diamante com formato de pirâmide de dimensões conhecidas, sobre a superfície do corpo de prova a ser ensaiado. Este método foi desenvolvido no início da década de 1920 como uma alternativa ao Brinell. Uma das grandes vantagens é que os cálculos da dureza não dependem das dimensões do penetrador. O mesmo penetrador pode ser usado nos ensaios de diversos materiais, independentemente da dureza. Além disso, esta é uma das escalas mais amplas entre as usadas para medição de dureza e pode ser utilizada para todos os metais, com uma grande precisão de medida.

Outra grande vantagem deste método é a pequena impressão deixada, sendo que este procedimento é utilizado em ensaios de micro e nano-dureza, na qual é possível analisar cerâmicas e finíssimas camadas de revestimento. As desvantagens são a necessidade de preparar a amostra previamente e o uso de um microscópio adequado.

Teste de dureza Rockwell

O teste de dureza Rockwell consiste em endentar o material sob teste com um cone de diamante ou endentador de esfera de aço endurecido. O endentador é pressionado contra a superfície do corpo de prova com uma pré-carga F0, usualmente de 10kgf . Quando o equilíbrio é atingido, um dispositivo indicativo que segue os movimentos do endentador e responde às variações da profundidade de penetração é ajustado para a posição zero.

Ainda com a pré-carga aplicada, uma segunda carga é introduzida, aumentando a penetração. Atingido novamente o equilíbrio a carga é removida, mantendo-se a pré-carga. A remoção da carga provoca uma recuperação parcial, reduzindo a profundidade da penetração. O aumento permanente na profundidade da penetração resultante da aplicação e remoção da carga é usado para calcular o valor da dureza Rockwell.

Fratura

Em geologia, uma fratura é uma superfície num volume de rocha onde não se observa deslocamento relativo entre blocos, distinta da falha, que apresenta deslocamento paralelo ao plano da fratura, e da diaclase, onde o deslocamento é perpendicular (afastamento). Trata-se de fendas irregulares em minerais não controladas por sua estrutura cristalina.

Clivagem

Clivagem é a forma como muitos minerais se quebram seguindo planos relacionados com a estrutura atômica interna, paralelos às possíveis faces do cristal que formariam. A clivagem é descrita em cinco modalidades: desde pobre, como na bornite; moderada; boa; perfeita; e proeminente, como nas micas. Os tipos de clivagem são descritos pelo número e direcção dos planos de clivagem.

Principais Rochas empregadas na construção civil

Granito

Características:

• Rocha ígnea de profundidade;
• Dura de textura cristalina e de grãos finos ou médios;
• Compõem-se de quartzo, feldspato e mica;
• Comum na natureza;
• Apresenta fratura irregular ou concóide;
• A cor predominante é dada pelo feldspato, podendo ser rósea, marrom, amarelada, cinza ou azulada;
• O quartzo dá grânulos brancos ou pretos e a mica lhe dá o brilho;
• Resistência à compressão é, em média, 150 MPa (1500kgf/cm²); Densidade varia de 2,5 a 3,0;
• Excelente pedra de construção, desde que não alterado; Resistência mecânica e durabilidade são as maiores dentre as demais pedras de construção;

Usos:

Em calçamentos (resistência ao choque e desgaste), muros de arrimo, alvenarias e pontes em arcos (obras com esforços de compressão); Principal uso: Como agregado para base de pavimentos, concretos de Cimento Portland e asfáltico. Atualmente utilizado como revestimento de pisos e paredes na forma polida (placas).

Calcários

Características:

                 

• Rocha sedimentar composta por carbonato de cálcio (CaCO3) e pequenas proporções de outras substâncias (óxido de ferro, de magnésio, argila);
• Predomínio de carbonato de cálcio (CaCO3) são chamados de calcários calcíticos e predomínio de carbonato de magnésio CaMg (CO3) são chamados de calcário dolomíticos ou magnesianos;
• Calcinação pela ação do calor, liberando gás carbônico. CaCO3 + calor = CaO + CO2
• Atacadas pelos ácidos, desprendem CO2 com efervescência.
• Cal, sob a forma de pó seco, obtida pela calcinação a uma temperatura próxima à da fusão de calcário com impurezas sílico-aluminosas, formando silicatos, aluminatos e ferritas de cálcio, que lhe conferem um certo grau de hidraulicidade é chamado de cal hidraulica. Riscadas facilmente pelo canivete (grau 3 na escala de Mohs). Resistência à compressão é de 50 a 150 MPa (500 a 1500kgf/cm²). 

Usos:

Revestimento, produção de aglomerantes (extração da cal e fabricação do cimento) e, em algumas regiões, como agregados.

Basalto

Características:

• Rocha ígnea de superfície; De cor escura e textura compacta;
• Constituída à base de feldspato;
• Resistência à compressão é de 150 MPa (1500kgf/cm²);
• Composto de silicatos de alumínio e cálcio, de vidro e piroxênio;
• Tem grande resistência e dureza;
• Como agregado apresentam duas desvantagens: grande dureza que desgasta os britadores e a forma dos grãos predominantemente lamelares;
• Exige menos explosivos na exploração das pedreiras, devido ao seu fraturamento natural, fazendo seu custo de produção ser menor que o dos agregados graníticos.

Usos:

Em revestimentos de pisos com grande fluxo de pedestres (placas polidas) e pisos para jardins (forma bruta).

Mármores

Características:

• Rochas derivadas do metamorfismo do calcário;
• Tem textura compacta;
• Resistência à compressão é de 100 MPa (1000kgf/cm²);
• As impurezas dão a sua coloração;
• Durabilidade e resistência à abrasão menor que granitos;
• Representam o último grau de alteração de rochas (paragnaisses) ou provêm do metamorfismo do granito (ortognaisses);
• Aspecto e características físicas e mecânicas semelhantes a dos granitos;
• Tem quase os mesmos usos que o granito.

Usos:

Em revestimento interior sob a forma de placas.

Sobre Rochas

A sílica (SiO₂) é abundante na maioria das rochas ígneas e representa 40 a 70% do seu peso total.

Formam uma série sistemática. Enquanto os minerais félsicos são ricos em sílica, os máficos são pobres.

Os adjetivos félsico (a partir de feldspato e sílica) e máfico (a partir de magnésio e férrico, do latim ferrum) são aplicados para minerais e para as rochas que têm alto teor desses minerais.

Os minerais máficos cristalizam-se em temperaturas mais altas – isto é, logo nos primeiros estágios de resfriamento de um magma do que os minerais félsicos.

Esfoliação esferoidal em basalto

O matacão se forma pelo intemperismo químico atuando ao longo de fraturas das rochas. Este intemperismo é mais ativo nas áreas onde duas ou mais fraturas se encontram, o que paulatinamente leva à produção de núcleos arredondados e não alterados (rocha sã) envoltos por rocha em vários níveis de alteração, que vão se soltando como as partes de uma cebola.

Processo de alteração intempérica desenvolvendo formas arredondadas concêntricas que se assemelham a cascas de cebolas, deixando, muitas vezes, blocos de rocha sã (boulders) perfeitamente arredondados no meio do solo autóctone ou da rocha parcialmente alterada.
A esfoliação esferoidal se dá em rochas maciças e relativamente isotrópicas (basaltos, granitos, gabros, grauvacas...) que são inicialmente mais atacadas nos cantos de blocos fraturados, evoluindo em etapas de intemperismo progressivo no subsolo para as formas arredondadas quando se formam as "camadas" de esfoliação variavelmente alteradas.
A erosão do solo nessas regiões com esfoliação esferoidal leva, frequentemente, a formação de espetaculares campos de boulders arredondados.

 

 

 

 

 

 

 

 

Este intemperismo se processa abaixo da superfície do solo, e os matacões são trazidos à superfície pela erosão do terreno. Em clima tropical onde é comum regolitos com até dezenas de metros de espessura, pode-se encontrar blocos de muitas toneladas totalmente imersas no solo.

Granito

Os minerais e as rochas félsicas tendem a ser de cor mais clara. O granito, uma das rochas ígneas intrusivas mais abundantes, contém cerca de 70% de sílica. Sua composição inclui quartzo e ortoclásio em abundância e quantidades mais baixas de plagioclásio. Esses minerais félsicos de coloração clara conferem ao granito uma cor rosada ou cinza. O granito também contém pequenas quantidades de micas.

ROCHAS MÁFICAS. As rochas máficas são ricas em piroxênios e olivinas. Esses minerais são relativamente pobres em sílica, mas ricos em magnésio e ferro, elementos que lhes conferem suas cores escuras características.

O basalto é a rocha ígnea mais abundante da crosta e está virtualmente presente sob todo o fundo marinho.

Metamórficas

A maioria das rochas metamórficas formou-se em profundidades entre 10 e 30 km, ou seja, entre as porções mediana e inferior da crosta. Somente mais tarde essas rochas serão exumadas, ou transportadas de volta à superfície terrestre, onde poderão ser expostas como afloramentos.

Pedra de calçadinha

Química e mineralogicamente, são calcários bastante puros cujo principal constituinte, o CaCO₃, oscila entre 95 e 99 % do total.