UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS CURSO DE GEOLOGIA. Título do Trabalho.

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO INSTITUTO DE AGRONOMIA. r Ob. DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS CURSO DE GEOLOGIA. ap. ar. Título do Trabalho. on. aC. Processos de Alteração Hidrotermal em Rochas Ígneas e Metamórficas e suas implicações geotécnicas: O Estudo do caso do Túnel do Joá.. Daniel José Pontes de Campos. Orientador Prof. Dr. Rubem Porto Jr.. Abril/2006. lta. su. Mat-200204008-5.

(2) ÍNDICE Página Parte I – Introdução. 2. I.1 - Aspectos Gerais. 2. I.2 – Objetivos. 2. I.3 - Justificativa do Estudo. 3. r Ob. Parte II - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro. 4. II.1 - Aspectos Litoestratigráficos. 4. II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos. 7. II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de. ap. 11. Janeiro. Parte III – Processos de Alteração em Maciços Rochosos III.1 - Alteração Intempérica. 12. ar. III.2 - Alteração Hidrotermal. 15. Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso. aC. Parte V – O túnel do Joá: Estudo de Caso V.1 – Introdução V.2 – Geologia. V.4 - Petrologia dos Litotipos. V.5 - Caracterização Microscópica dos Materiais de Alteração. V.7 - Utilização do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura). Parte VI – Considerações Finais: Discussões. Parte VIII - Referências Bibliográficas. 20 22 22 31 33 36. lta. V.8 - A Coloração por Bomba de Vácuo. Parte VII – Conclusões. 20. su. V.6 - Relação entre Estruturas e Alteração. 17 20. on. V.3 - Caracterização do Problema. 12. 38. 46. 47. 49. 1.

(3) ÍNDICE DE FIGURAS Página 6. Figura 2: Mapa geológico da área. 6. Figura 3: Gnaisse facoidal: estruturação dos facóides. 8. Figura 4: Gnaisse facoidal: tamanho e forma dos facóides. 8. Figura 5: Microclina Biotita Gnaisse: bandamento metamórfico. 8. Figura 6: Microclina Biotita Gnaisse: leucossomas graníticos. 8. Figura 7: Granito Utinga: assimilação de gnaisses. 8. Figura 8: Granito Utinga: interação gnaisse/granito. 8. Figura 9: Facóides no Microclina Gnaisse facoidal. 23. Figura 10: Textura ao microscópio no Microclina Gnaisse facoidal. 23. Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados. 23. Figura 12: Remoção de lascas da rocha alterada. 23. Figura 13: Crescimento de sericita por substituição de plagioclásio. 27. ar. ap. r Ob. Figura Figura 1: Mapa de localização da área. 27. Figura 15: Formação de novos grãos e subgrãos de quartzo. 27. Figura 16: Muscovita formada a partir da alteração de biotita. 27. Figura 17: Formação de muscovita nas clivagens da biotita. 27. Figura 18: Muscovita retrometamórfica isomórfica da biotita. 27. Figura 19: Estrutura de foliação da muscovita retrometamórfica. 27. on. aC. Figura 14: Contato côncavo/convexo nos grãos de quartzo. Figura 20: Megacristal de microclina com carbonato nas fraturas. 30. Figura 21: Megacristal de plagioclásio com forte saussuritização. 30. Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização. 30. su. Figura 23: Crescimento de epidoto nos planos do grão de plagioclásio 30 Figura 24: Biotita com padrão “bird eyes” no início da transformação. 30. Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina inalterada. 30. Figura 28: K-feldspato transformado por sericitização. lta. Figura 29: Plagioclásio gerando saussuritização. 32. Figura 30: Biotita sendo alterada por muscovitização. 32. Figura 31: Alteração K-feldspato e plagioclásio gera Carbonatização. 32. Figura 32: Biotita, anfibólio e plagioclásio gerando epidotização. 32. Figura 33: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1. 35. Figura 26: Biotita sofrendo processo de cloritização Figura 27: Produção de minerais opacos por oxidação. 32 32 32. 2.

(4) 35. Figura 35: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais. 35. Figura 36: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais. 35. Figura 37: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas). 35. Figura 38: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas). 35. Figura 39: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões. 35. Figura 40: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões. 35. Figura 41: Imagem em 3D (MEV) mascara o padrão de fraturamento. 39. Figura 42: Imagem planar (MEV) realça os padrões de fraturamento. 39. Figura 43: Imagem planar (MEV) realça os padrões de foliação. 39. Figura 44: Imagem em 3D (MEV) realça os padrões de foliação. 39. Figura 45: Fluido mostra a persistência das microfraturas. 41. Figura 46: Fluido mostra a persistência das microfraturas. 41. Figura 47: Fluido preenchendo espaços vazios na rocha. 41. Figura 48: Espaço vazio da figura anterior sem fluido. 41. lta. su. on. aC. ar. ap. r Ob. Figura 34: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1. 3.

(5) Parte I - Introdução I.1 - Aspectos Gerais. Os profissionais que atuam em problemas de túneis têm consciência da geometria necessária às escavações subterrâneas e de suas dificuldades de alteração no traçado de projetos, devido às descontinuidades mecânicas dos maciços rochosos. O túnel do Joá é certamente um grande exemplo para estes problemas. Situado. r Ob. entre as praias de São Conrado e Barra da Tijuca, o túnel teve inicialmente algumas opções de traçados abandonadas, como descrito por Danciger & Totis (1971), pois as mesmas atravessariam espesso conjunto milonítico já alterado além de falhas secundárias ou, ainda, cortariam transversalmente o conjunto milonítico envolvendo rocha. ap. sã e alterada com falhas secundárias. Posteriormente o traçado escolhido atravessaria o maciço gnáissico sem qualquer perturbação geológica, não sendo necessário um sistema de suporte que revestiria o túnel. Quando pronto, o túnel, assumiu uma forma perfeitamente cônica e fora das descontinuidades, isso deixou o túnel famoso na época. ar. (Figura 1).. Porem, três décadas depois o túnel começou a apresentar sérios problemas de. estabilizar o maciço escavado. I.2 - Objetivos. on. aC. instabilidade, o que implicou na realização de necessárias ações visando controlar e. A Monografia ora apresentada trata de questões geológicas envolvidas no "problema" túnel do Joá, focada, principalmente, nas condições e transformações químico-mineralógicas ali acontecidas, tentando criar padrões de separação para estas. su. transformações em campos estritamente ligados a eventos geológicos (alterações hidrotermais, retrometamorfismo) a outros de interesse mais específico no campo geotécnico (intemperismo).. lta. De maneira mais direta, o trabalho teve por base as seguintes linhas de abordagem:. 1) caracterização mineralógica dos produtos de alteração hidrotermal presentes nos maciços rochosos da Cidade do Rio de Janeiro tendo como exemplo o Túnel do Joá. 2) estudar a relação existente entre as estruturas geológicas existentes no maciço rochoso e seu preenchimento por soluções hidrotermais.. 3) determinar as eventuais mudanças das propriedades físicas e mecânicas dos materiais. 4.

(6) I.3 - Justificativa do Estudo O estudo foi estimulado a partir de freqüentes relatos de presença de alteração hidrotermal nos Maciços Rochosos da Cidade do Rio de Janeiro. São vários os relatos de casos onde há forte espessamento de solos coincidentes com zonas de ocorrência de estruturas (dúcteis ou rúpteis) penetrativas. Outro fator que justifica especificamente o trabalho dentro dos túneis da Cidade é o fato já relatado da presença de casos de instabilidade de cortes e escavações subterrâneas influenciadas pela ação de argilas. r Ob. expansivas produzidas por ação hidrotermal. O Trabalho está inserido em um contexto maior no sentido de estar inserido em. programa institucional (PRONEX-PUC/RJ) na área de Geotecnia Ambiental.. lta. su. on. aC. ar. ap 5.

(7) Parte II – Geologia da Cidade do Rio de Janeiro II.1 - Aspectos litoestratigráficos Os terrenos gnáissicos de alto grau, e de complexa história evolutiva, constituem um verdadeiro desafio àqueles que se lançam nos estudos de caracterização petrográfica, estrutural e litoestratigráfica das rochas neles presentes. Efeitos da partição da deformação, processos anatéticos seguidos de migmatização regional e intrusões. r Ob. magmáticas em estágios distintos, obliteram os elementos originais da trama. Heilbron et al. (1998) definem o segmento central da Faixa Ribeira (onde se insere a Cidade do Rio de Janeiro) como um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana, profundamente erodido, com três associações de expressão regional: 1) embasamento. ap. paleoproterozóico/arqueano; 2) cobertura sedimentar deformada meso a neo-proterozóica com episódios magmáticos, e 3) granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana (635-480 Ma). Definem, ainda para o segmento central da Faixa Ribeira, dois diferentes terrenos: a) margem retrabalhada do Cráton do São Francisco, definida como Terreno. ar. Ocidental, e b) Terreno Oriental, composto pelo Complexo Costeiro (ou microplaca Serra do Mar), que possivelmente apresenta outros blocos cratônicos e/ou microplacas.. aC. Tupinambá et al. (1998) definem para o Terreno Oriental, onde se inserem as rochas do Município do Rio de Janeiro, as seguintes associações litológicas: a) ortognaisses tonalíticos a granodioríticos, gnaisses leucograníticos, corpos quartzo dioríticos, que compõe o Complexo Rio Negro; b) ortognaisse granodiorítico a granítico (Batólito Serra. on. dos Órgãos) intrusivo no Complexo Rio Negro; c) rochas metassedimentares de alto grau correspondentes a rochas do Grupo Paraíba do Sul; e d) corpos ("stocks e sills") de rochas graníticas não foliadas. A sequência de gnaisses aqui estudada forma a maior. su. parte do Maciço da Tijuca onde se inserem as rochas estudadas. Toda a área da Cidade foi mapeada sistematicamente por Helmbold et al. (1965) quando foram definidas duas. lta. seqüências gnáissicas principais ambas de idade Pré-cambriana, cortadas por granitóides de idade Ordoviciana-Siluriana, diques de diabásio de idades Cretácicas-Jurássicas e intrusivas alcalinas plutônicas e hipoabissais de idades Cretácicas-Terciárias. Segundo. estes autores, as seqüências gnáissicas integrariam duas séries distintas: a Série Inferior, tida como de idade Arqueana, é formada por granodiorito e quartzodiorito gnaisses, com intrusões básicas e intermediárias associadas, interpretadas como ortognaisses, sem granada e com hornblenda e titanita como minerais característicos; a Série Superior, de provável idade Proterozóica, é formada por paragnaisses (microclina gnaisses e plagioclásio gnaisses da Seqüência Mista, com variações texturais marcantes, incluindo. 6.

(8) os augen-gnaisses) e biotita gnaisses, kinzigitos, leptinitos, quartzitos, calcissilicáticas, charnockitos, anfibolitos, granodioritos e quartzodioritos gnaissificados) com granada e outros aluminossilicatos como minerais característicos. Mais tarde, Leonardos Jr. (1973) subdividiu a Série Superior em duas seqüências estratigráficas distintas: o Grupo Pão de Açúcar, representando uma seqüência molássica mais antiga, composto por leptinitos, augen-gnaisses e microclina-biotita gnaisses; o Grupo Sepetiba, representando uma seqüência mais jovem e madura, composto por. r Ob. sedimentos pelíticos e carbonáticos além, de arenitos quartzosos metamorfisados, respectivamente, para sillimanita-cordierita gnaisses, rochas calcissilicáticas e quartzitos. Ambos os grupos teriam sido invadidos por granodioritos, dioritos, além de rochas máficas (incluindo gabros) e ultramáficas, tendo sido este conjunto posteriormente deformado,. ap. metamorfisado e migmatizado.. Mais recentemente, estudos detalhados dentro da área do município do Rio de Janeiro têm reinterpretado dados referentes a algumas destas rochas incluídas nas seqüências paragnáissicas, descrevendo-as como ortoderivadas, bem como adicionado. ar. dados acerca do metamorfismo e deformação que afetaram os litotipos destas seqüências.. aC. Mais restritamente na área estudada, a região entre os bairros de São Conrado e Barra da Tijuca, as rochas predominantes são o denominado Gnaisse Facoidal e o Microclina Biotita Gnaisse que apresentam, ambos, forte variação textural e estrutural. Ocorrências de quartzitos, leptinitos e calcissilicáticas são ainda relatadas para a região. on. (Figura 2).. O Gnaisse Facoidal é o principal litotipo em área na região. Lamego (1945,1948) apresentou alguns estudos geológicos sobre esta rocha, como também alguns perfis. su. regionais que caracterizavam os principais aspectos de sua estruturação. Dalcomo et al (1981) deram a configuração atual em mapa do Gnaisse Facoidal, trabalhando na escala 1:50.000, ficando demonstrado que apesar de sua forte ocorrência na zona sul da Cidade. lta. do Rio de Janeiro havia plena continuidade de sua ocorrência para a área de Niterói e suas adjacências. Hippertt (1987, 1990) utilizando uma escala de maior detalhe, começou. a fazer interpretações petrogenéticas do Gnaisse Facoidal e das diferentes rochas que se. associam a ele. A caracterização da Zona de Cisalhamento Dúctil de Niterói (ZCDN), onde estruturalmente esta rocha está inserida, foi proposta após ter sido executado um trabalho petrográfico detalhado que privilegiou as interpretações estruturais. Também foram apresentados dados químicos para rocha total referente a este litotipo, bem como analisados quimicamente de maneira individual seus megacristais de 7.

(9) ar. ap. r Ob Figura 1: Mapa de localização da área (túnel do Joá no retângulo).. lta. su. on. aC Figura 2: Mapa geológico simplificado da cidade do Rio de Janeiro (Heilbron et al. 1993).. 6.

(10) K-feldspato. Trata-se de um tipo gnáissico fortemente bandado, migmatizado, caracterizado pela presença abundante de facóides de Microclina pertítica que podem atingir até 12cm. Trata-se de um tipo de composição granítica que pode variar para composições granodioríticas a partir do enriquecimento que pode apresentar em minerais máficos (biotita principalmente e hornblenda eventual), (Figura 3 e 4). Outra rocha com importante presença na área é o denominado microclina-biotita. r Ob. gnaisse, representando, em termos de área menos de 25% dos afloramentos da região. Os contatos entre os tipos ricos em biotita (K-feldspato-biotita gnaisse) e os mais empobrecidos, porém ricos em facóides (gnaisse do tipo semi-facoidal) é do tipo transicional. É fortemente bandado apresentando aspecto migmatítico.. ap. A composição mineralógica fundamental desta rocha é formada por microclina,. plagioclásio, biotita, quartzo e hornblenda (eventual), em proporções variáveis.. Tem. granulomentria grossa, com megacristais de microclina podendo atingir até 7 cm, mas predominando aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é. ar. notável em qualquer um dos tipos texturais, sendo mais relevante nos tipos ricos em biotita, podendo ser observado claro aleitamento entre bandas máficas e outras. aC. leucocráticas enriquecidas em plagioclásio e quartzo, com alguma microclina. Essas bandas podem variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. Sua cor natural varia de tons róseos/avermelhados a branco acinzentado, de acordo com as quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado (Figura 5 e. on. 6).. Como relatado, o contato do tipo estrutural semifacoidal com o microclina-biotita ganisse é gradacional, ocorrendo um aumento expressivo de quantidade de biotita. São. su. comuns as ocorrências de "bolsões" ou de "camadas" de rocha granítica de granulomentria grossa, rica em megacristais de K-feldspato, intercaladas às bandas de ambos os litotipos. Trata-se da ocorrência do granito "tipo" Utinga interestratificado nos. lta. litotipos gnáissicos. Feições típicas de processo de assimilação dos litotipos gnáissicos pelo granito são relativamente comuns (Figura 7 e 8). II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos. O Gnaisse Facoidal tem como sua principal característica a abundante presença de megacristais róseos de K-feldspato (microclina pertítica), podendo, entretanto, por vezes ser branco. Estes cristais apresentam hábito é retangular/tabular, mas também ovalado.. 9.

(11) ar. ap. r Ob. Fig 4. Fig13 3 Fig. Fig15 5 Fig. Fig 16. su. on. aC Fig17 7 Fig. Fig Fig18 6. lta Fig 8 8.

(12) Pode chegar a ter 15 centímetros e apresentar, em algumas ocasiões, orientação preferencial. Há presença de massa branca acinzentada entre os megacristais Kfeldspato, indica a presença de plagioclásio (oligoclásio/andesina), quartzo e em menor proporção álcali-feldspato, biotita, granada, clorita, minerais opacos, zircão e apatita. O plagioclásio tem grãos que variam de tamanho, chegando a 7 milímetros. Os grãos de quartzo podem atingir até 13 milímetros, apresentam-se alongados por estiramento e forte extinção ondulante, por vezes indicam recristalização. A biotita, em pequenas palhetas,. r Ob. freqüentemente se mostra cloritizada. Ocorrem com certa freqüência no interior dos megacristais. É em volume, a biotita, o principal máfico na rocha. A granada (almandina), ocorre regularmente, porém com baixa concentração. Os minerais opacos estão representados quase que exclusivamente pela magnetita, freqüentemente alterada, e por. ap. inclusões minúsculas de pirita. Possui a magnetita aspecto poiquilítico quando observada ao Microscópio Eletrônico de Varredura. É comum se observar à presença de minerais opacos dispostos sub-paralelamente à clivagem basal da biotita e à própria clorita, que ocorre de forma interlamelar à biotita. Zircão e Apatita ocorrem tanto englobados na biotita. ar. quanto isoladamente. A composição química do Gnaisse Facoidal (Tabela 1) bem reflete aos valores obtidos pela análise modal (Tabela 2).. aC. O Microclina Biotita gnaisse tem por característica apresentar forte bandamento metamórfico denotado pela intercalação de bandas claras (feldspáticas) e escuras (biotíticas. Sua composição modal aponta para tipos de composição granodiorítica (Tabela 2), com equivalência entre feldspatos alcalinos e plagioclásio. Seus acessórios. on. comuns são a apatita, zircão e minerais opacos (magnetita e hematita). Quimicamente são tipos que variam em composições de caráter intermediário (Tabela1).. lta. su 11.

(13) FeO*. 20. 16. r Ob. Na2O + K2O (% de peso). 18. 14. Tholeiítico. 12 10. 8. Alcalino. 6 4. ap. 2. Subalcalino. 0 35. 40. 45. 50. 55. 60. 65. 70. 75. 80. Calcioalcalino. 85. SiO2 (% de peso). Na2O + K2O. Diagrama TAS aplicado ao biotita microclina gnaisse. aC. Peraluminoso. 15. 2. 5. Gabro. 0. 1 A/(CNK). 40. Qtz-Diorito /Granodiorito. 50 60 SiO2 (% em peso). 70. lta. Diagrama ANK/ACNK aplicado aos gnaisses pré-colisionais. 2. Granito. su. Peralcalino. 10. on. Na2O + K2O (% em peso). Metaluminoso. A/(NK). Diagrama AFM aplicado aos gnaisses pré-colisionais. ar. 3. 1. MgO. Diagrama TAS classificatório aplicado aos gnaisses pré-colisionais. Figura 4: Diagramas de classificação do Microclina Biotita Gnaisse.. 10.

(14) 20. FeO*. 16 14 12. Tholeiítico. r Ob. Na2O + K2O (% de peso). 18. 10. 8. Alcalino. 6 4 2. Subalcalino. 0. 40. 45. 50. 55. 60. 65. 70. 75. ap. 35. 80. Calcioalcalino. 85. SiO2 (% de peso). Na2O + K2O. Diagrama TAS aplicado aos gnaisses sin-colisionais. Peraluminoso. 15. aC. Na2O + K2O (% em peso). Metaluminoso. A/(NK). Diagrama AFM aplicado aos gnaisses sin-colisionais. ar. 3. 2. 10. 5. Gabro. Peralcalino. 0. Diagrama ANK/ACNK aplicado aos gnaisses sin-colisionais. 2. 40. Qtz-Diorito /Granodiorito. 50 60 SiO2 (% em peso). 70. su. 1 A/(CNK). Granito. on. 1. MgO. Diagrama TAS classificatório aplicado aos gnaisses sin-colisionais. lta Figura 3: Diagramas de classificação do Gnaisse facoidal.. 3.

(15) II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de Janeiro As rochas gnáissicas, as quais são as mais antigas da cidade do Rio de Janeiro, apresentam variadas composições, desde plagioclásio gnaisses a microclina gnaisses. Alguns parâmetros petroquímicos para análise geoquímica indicam que esses gnaisses são de origem magmática e que correspondem a um grupo de rochas subalcalinas, as quais evoluíram de uma série calcioalcalina, cujo caráter é metaluminoso. A porcentagem em sílica indica a presença de dois segmentos. O primeiro com. r Ob. cerca de 56,94% até 62,94% de SiO2 com coríndon normativo e sem diopsídio, e um segundo segmento com variação de 65,56% a 70,92% de SiO2 com diopsídio normativo e ausência de coríndon. Devido à presença de hematita no primeiro caso é possível que as. rochas tenham evoluído em um ambiente no qual a fugacidade de oxigênio era elevada.. ap. As rochas graníticas estão caracterizadas por pertencerem ao magmatismo do tipo. subalcalino, com evolução para uma série calcioalcalina. Tais rochas têm caráter metaluminoso e possuem ampla variação no conteúdo de sílica e com gaps de composição entre 64% e 68% e 72% e 75%, os quais correspondem ao conjunto de. ar. rochas tonalíticas. Esta separação entre essas rochas em duas séries calcioalcalinas diferentes mostra que elas não são cogenéticas. Há um intervalo de geração entre os. aC. litotipos, sendo que os tonalitos são sin-tectônicos e os granitóides pós-tectônicos. O ambiente tectônico compressivo de arco magmático teve um relaxamento termal e deu origem a eventos de extensão crustal.. lta. su. on 14.

(16) Parte III – Processos de Alteração em Maciços Rochosos. III.1 - Alteração Intempérica O intemperismo pode ser estudado sob muitos pontos de vista, tais como, processo inicial para sedimentação, processo de formação de solo, processo de enriquecimento em certos elementos, processo geológico de interesse em si. O nosso interesse no intemperismo prende-se ao fato de o mesmo modificar drasticamente o comportamento. r Ob. químico e físico das rochas. Isto importa sobremaneira à Geotecnia e mesmo a Geomorfologia. De qualquer forma, é preciso conhecer o processo em si para se tirar algumas conclusões sobre a influência do intemperismo nessas áreas. Por intemperismo entendem-se os processos de desintegração e decomposição. ap. (modificação de mineralogia e química das rochas) que ocorrem na superfície da crosta, em função do contato desta com a atmosfera ou, em parte, com a hidrosfera. Não se inclui neste conceito o processo de erosão. Este implica remoção de partículas sólidas. No intemperismo há remoção de substancias em solução.. ar. Intemperismo físico é o conjunto de processos que levam a fragmentação e desintegração da rocha. Intemperismo químico é o conjunto de processos que levam à. >> Intemperismo Físico:. aC. decomposição da rocha.. a) diaclasamento: pode ter origem tectônica, no resfriamento de lavas, etc, e,. on. nestes casos, nada tem a ver com intemperismo. Entretanto, o diaclasamento, devido à remoção de camadas sobrejacentes a uma determinada rocha, não só põe essa rocha a descoberto, mas também libera tensões ali existentes facilitando o diaclasamento e. su. impondo um efetivo processo intempérico. Todas as rochas são elásticas, isto é, diminuem de tamanho numa ou em todas as direções, quando comprimidas. Logo, o. pode gerar padrões de diaclasamento.. lta. alívio das tensões aos quais as rochas podem estar submetidas quando em profundidade. Na abertura de túneis, por exemplo, é possível medir o estado de tensão da rocha. pelo seu estado de deformação. A lei de Hook relaciona o estado de tensão com a. deformação σ = ε. Ε (Ε = módulo de elasticidade; σ = tensão; ε = extensão ou deformação linear). Portanto, a deformação da rocha vai ser proporcional à carga que existe sobre ela e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade da rocha. Uma vez liberada a carga, essa rocha vai se expandir. Para cima, essa rocha pode se expandir livremente, mas estará confinada lateralmente e por isso sofrera compressão paralela à superfície, 15.

(17) criando condições de fraturamento paralelo à superfície do terreno, da mesma forma que um corpo de prova, sob uma prensa, mostra fissuras paralelas à direção de aplicação da forca. O resultado no terreno é um fraturamento paralelo à superfície e tanto mais intenso quanto mais próximo dela. Pronto: estão formadas as fraturas de alívio. b) Diaclasamento devido à variação de temperatura: O mesmo efeito é atribuído a variações diárias ou sazonais de temperatura. O aquecimento da rocha na superfície, quando essa está exposta, cria expansão que leva a um aumento de volume no sentido. r Ob. perpendicular à superfície do terreno e em sentido paralelo ao terreno, leva à criação de tensões, que provocam fraturamento, da mesma maneira mecânica que a outra. c). Desplacamentos. devidos. à. intemperização. química. da. rocha:. Os. desplacamentos, tipos Pão de Açúcar, bastante reconhecidos na área em questão e na. ap. Cidade do Rio de Janeiro em geral, podem ser explicados pelos processos descritos, mas também são atribuídos ao intemperismo químico. Esta interpretação, entretanto, é discutível. Pois as rochas alteradas são menos densas que as sãs. Isto pode implicar num lixiviamento de elementos e transformação de outros de menor peso. Porém, durante o. ar. processo de formação de matacões dentro do solo, desenvolvem-se placas esferoidais que tendem a se destacar do núcleo central, aparentemente por expansão. Ou, ainda. aC. devido ao alívio de tensão.. d) Ação do congelamento: Quando a água penetra algum espaço vazio da rocha, gera aumento de volume ao congelar, atuando assim como campo de tensão nos maciços. Para o clima brasileiro esta ação é irrelevante.. on. e) Cristalização de sais dentro das rochas: Certas soluções salinas podem penetrar nos poros ou fissuras das rochas, e após a evaporação os sais cristalizados provocam aumento de tensão na rocha, fazendo seu volume aumentar. Este fenômeno é mais. su. comum em áreas marinhas. Bloom (1970) descreve que tais fenômenos são mais ativos em regiões poluídas com enxofre. Neste caso, a água da chuva reage com o enxofre formando H2SO4, que por sua vez pode formar CaSO4.6H2O após reagir com cálcio das. lta. rochas. Isto mostra como a influência da poluição pode ser decisiva para o intemperismo.. f) Secagem e umedecimento: Estes dois contribuem para ação de dois processos que desagregam: o “slaking’ e a expansão”. Segundo Menezes e Dobereiner (1991), o. “slaking” é a desagregação de rochas pelitícas causada pela alternância de secagem e umedecimento. Expansão: alguns minerais que absorvem água provocam um aumento de volume na rocha, tais como argilas. Algumas rochas como basaltos, após inicio de sua intemperização química e absorção de água, formam argilo-minerais expansíveis que se expandem e retraem, fragmentando a rocha. 16.

(18) g) Atividade orgânica: A atividade de animais fuçadores, vermes e outros, apenas contribuem para o intemperismo químico após a abertura de fissuras nas rochas.. >> Intemperismo Químico a) Resistência dos minerais ao intemperismo: segundo Bowen (1928), a ordem de cristalização dos minerais é inversa a sua resistência ao intemperismo. Bowen apresentou as séries de cristalização mineralógica onde fica demonstrado de maneira simples a. r Ob. evolução químico mineralógica pela qual passa o magma durante a sua cristalização. Considerando a geração primária das rochas a partir de processos magmáticos, podemos considerar que mesmo aquelas modificadas (sedimentares e metamórficas) atendem com relativa precisão a estes parâmetros.. lta. su. on. aC. ar. ap 17.

(19) Como dito, os produtos de reações químicas, associados a processos de intemperismo são inversamente proporcionais à ordem de cristalização inicial. Os minerais secundários (fruto de modificações químicas por ação hidrotermal ou intempérica) e certas soluções são provenientes da decomposição de alguns minerais primários. O tipo de argilomineral formado depende do meio, material originário e da lixiviação. A precipitação de sílica em solução ao redor de grãos de quartzo dá bastante. r Ob. resistência ao mineral, o que pode formar nódulos de Chert em sedimentos. K+, Ca++ e Mg++ são fixados por minerais argilosos rapidamente consumidos pelas plantas. Já o Na+ é muito solúvel e de difícil fixação.. ap. >> Efeitos do intemperismo de interesse geotécnico: a) Relação entre intemperismo e a resistência: o que dá resistência a rocha é o seu. grau de sanidade, principalmente para as ígneas e metamórficas, sendo possível seu uso para todo tipo de obra. Segundo Farjallat (1972), a importância dos materiais rochosos em. ar. construção reside principalmente em quatro efeitos: diminuição de resistência com ou sem produção de finos, variação nas características mecânicas de deformação e variação. na. porosidade. e. permeabilidade. aC. deformabilidade,. e,. diminuição. nas. características de aderência e adesividade.. O processo de classificação do grau de alteração (Chiossi,1979) usa os termos: racha praticamente sã, rocha alterada e rocha muito alterada. A comissão para. on. mapeamento geotécnico da AIGE propõe a seguinte classificação:. su. Classe Grau de alteração Termo 0-25. Fracamente alterado. 2. 25-50. Moderadamente alterado. 3. 50-75. Altamente alterado. 4. 75-100. Completamente alterado. 5. 100. Solo residual alterado. lta. 1. b) Durabilidade das rochas: é função da velocidade de alteração sofrida pelo corpo rochoso. O clima é fundamental para a definição da velocidade de alteração de uma rocha, mesmo em profundidade. Exemplos são granitos de países tropicais que em poucos anos são alterados, enquanto que rochas mobilizadas por geleiras continuam 18.

(20) praticamente sãs (Hunt, 1972). No Brasil as rochas basálticas precisam ser bem estudadas antes de sua utilização em uma obra, pois pode não suportar as intempéries de uma geração.. III.2 – Alteração Hidrotermal >> Caracterização da Atividade Hidrotermal. r Ob. O termo hidrotermal está intimamente associado à atividade de fluidos. relativamente quentes originadas por atividade magmática (ou mesmo metamórfica) ou por atividade ígnea residual. Assim, processos hidrotermais associam-se à atividade ígnea e envolvem águas aquecidas ou superaquecidas.. ap. A alteração hidrotermal, de rochas e minerais, é fruto da reação dos fluidos. hidrotermais, água principalmente, com as fases minerais sólidas pré-existentes. O estágio da atividade hidrotermal está associado ao resfriamento magmático ou ao incremento no grau metamórfico, quando são possíveis de ser acumuladas fases. ar. residuais voláteis. Os limites exatos referentes a estes estágios são variáveis e, dependendo do autor, podem ser definidos por assembléias minerais presentes na rocha,. aC. por estimativa de temperatura, pela composição dos fluidos atuantes dentre outros. Há ainda aquilo que se define como metamorfismo hidrotermal. Este tipo é causado pela percolação de fluidos ou de soluções de gases aquecidos por entre fraturas e/ou foliações e que causam mudanças de fases mineralógicas presentes. Atividades no. on. campo do hidrotermalismo associadas a padrões estruturais (zonas de cisalhamento, por exemplo) são bastante frequentes.. Depósitos hidrotermais são agregados minerais formados por precipitação e que. su. ocorrem, principalmente, relacionados a processos de substituição mineral em planos de fraturas, brechas, planos de falhas, espaços intergranulares. Esta atividade envolve processos que ocorrem entre 50 e 600 graus Celsius, sendo melhor caracterizado no. lta. intervalo entre 50 e 400 graus Celsius em pressões variando entre 1 e 3Kbars. Como resultado de sua ação, a presença de rochas em algum nível alteradas é comum.. Sua ocorrência e estudo são quase desconhecidos no ambiente da Geotecnia.. Constituem de complexos aspectos geoquímicos atuantes em transformações ocorrentes em maciços rochosos. Alguns eventos magmáticos, metamórficos de alta temperatura, penetração de água subterrânea em áreas profundas e zonas de cisalhamento são capazes de gerar uma variação termal nas rochas que estão envolvidas nesses processos. Os fluidos hidrotermais agem nas rochas através de seus condutos, brechas, 19.

(21) fraturas primárias ou secundárias, foliações, sendo esta ação dependente da permeabilidade do maciço. Alguns elementos dissolvidos e/ou minerais produzidos depositados sofrem ação de líquidos e soluções de alta temperatura gerando o processo de alteração hidrotermal, o qual age diretamente na rocha e forma argilominerais através da deposição de soluções quentes. As diferentes composições e temperaturas do fluido têm importante papel nos processos de alteração hidrotermal são capazes de gerar alguns dos principais. r Ob. processos, como:. >> Cloritização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio). >> Sericitização: atuante em minerais félsicos ricos em K (K-feldspato e Plagioclásio alcalino). ap. >> Saussuritização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio). >> Muscovitização: atuante em minerais máficos (biotita) e félsicos (K-feldspato). >> Caulinização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio e k-feldspato). >> Epidotização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio) e félsicos (plagioclásio).. ar. >> Oxidação: atuante em minerais opacos (óxidos e sulfetos) e ocorrendo como resíduo em alguns dos processos anteriores.. lta. su. on. aC. >> Carbonatização: atuante em minerais félsicos (K-feldspato e plagioclásio).. 20.

(22) Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso do Túnel do Joá. Metodologia Tradicional A metodologia tradicional de abordagem dos problemas relacionados aos aspectos geológico-geotécnicos em túneis envolve uma série de parâmetros. Dentre os mais. r Ob. comuns são usadas a visitação de pontos críticos, com descrição das feições dos afloramentos e amostragem de material para análises laboratoriais de bancada (ensaios de compressão e tensão, por exemplo) subseqüentes.. Aplicação de Novos Métodos. ap. No caso do Túnel do Joá foi possível abordar o problema sob novos parâmetros, como por exemplo: levantamento detalhado de dados estruturais durante a realizaçào de perfis de campo (lineações, foliações); análise do material coletado por métodos. ar. micropetrográficos, coloração de lâminas de rocha, utilização raios-X (MEV) para determinação semiquantitativa das fases modificadas; análise semiquantitativa por viaúmida para determinação de variação do volume de H2O.. aC. Portanto, este estudo, desenvolvido ao longo dos últimos dois anos aponta para a possibilidade de utilização de técnicas simples e de baixos custos de amplo uso na "geologia básica" para determinação de parâmetros geotécnicos.. on. >>Descrição dos Métodos. a) Petrografia: Foi utilizada a metodologia comum aos processos de interpretação. su. petrográfica. O acervo de lâminas petrográficas realizadas especificamente para o Túnel do Joá foi de 18 seções delgadas. Esse conjunto representa a coleta e descrição dos tipos estudados durante a realização do trabalho. Ele compõe parte de um acervo de. lta. cerca de 80 lâminas já confeccionadas com vistas ao desenvolvimento do estudo. Todas as lâminas foram feitas sem a utilização de lamínulas para a cobertura para que fosse feito o estudo posterior em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). O trabalho de. produção das lâminas petrográficas foi realizado pelo Laboratório de Laminação do. Departamento de Geociências da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. À análise das lâminas procurou-se determinar quais, e em que volume ocorriam, os minerais coloridos, incolores, as fases acessórias, os minerais secundários, os tipos de texturas, microestruturas, a seqüência de cristalização, finalizando-se o trabalho com a 21.

(23) classificação dos litotipos. Para tal estudo foram utilizados para estudos em luz transmitida os microscópios Olimpus Bx-40 do Departamento de Geociências da UFRuralRJ. O processo de classificação dos litotipos atendeu às normas do IUGS. > Validação do Método: O processo de interpretação das texturas e estruturas ao microscópio mostrou-se extremamente valioso, pois, além de permitir a devida caracterização dos processos de transformações presentes, permitiu relacioná-los aos padrões estruturais e pré-existentes.. r Ob. b) Análise Estrutural: realizada com base no estudo das estruturas observadas nas. lâminas, permitiu que pudesse ser estabelecida uma relação entre as estruturas geológicas persistentes neste nível de observação com o surgimento de novos materiais.. ap. > Validação do Método: a metodologia mostrou-se valiosa, pois permitiu que as estruturas observadas previamente no levantamento de campo pudessem ser identificadas em escala microscopia demonstrando assim a sua persistência e permitindo ainda que fossem estabelecidos parâmetros demonstrativos da relação existente entre estas. ar. estruturas e os minerais de alteração surgidos seja no âmbito da fase residual magmática, seja no âmbito do retrometamorfismo.. aC. c) Coloração de lâminas delgadas (petrográficas): Teve por objetivo um “mapeamento“ da penetratividade das fraturas observando o grau de permeabilidade do conjunto rochoso. Foi utilizado pela primeira vez no estudo das rochas da região da Grota. on. Funda, sendo aqui utilizado pela segunda vez para este tipo de abordagem. Utiliza-se uma lâmina petrográfica sem lamínula na qual é injetado um fluido, não reagente (azul de Ceres), pressionado por uma bomba de vácuo.. su. > Validação do Método: de fácil aplicação e de rápida e acurada resposta, o método de coloração de lâminas permitiu definir que a observação meramente visual da rocha não é suficiente, nem precisa, na caracterização de seus parâmetros de alterabilidade. Muitas. lta. das rochas sãs analisadas, mostraram-se mais permeáveis ao fluido do que aquelas consideradas como alteradas, função do parâmetro microtectônico de sua petrotrama.. d) Análise semi-quantitativa por via-úmida para determinação de variação do volume de H2O (Perda ao Fogo): Procedimentos básicos relacionados ao método: coleta, diminuição, moagem, prensagem, primeira pesagem, secagem e segunda prensagem.. 22.

(24) > Validação do Método: de fácil aplicação, rápida e acurada resposta, a medida da perda ao fogo permitiu a caracterização do volume de água incorporada à rocha em função das transformações mineralógicas por elas sofridas.. e) Análise por Raios -x utilizando-se de microscópio eletrônico de varredura (MEV): Procedimentos básicos relacionados ao método: preparação de lâmina delgada, individualização das fases a serem analisadas, obtenção de imagens e resultados. r Ob. analíticos qualitativos e semiquantitativos. > Validação do Método: a aplicação do método mostrou-se válida principalmente no que diz respeito à possibilidade de confirmar, a nível submicroscópico, a perpetuação do fraturamento imposto pelo tectonismo ao qual a rocha foi submetida. A utilização de EDS,. ap. acoplado ao exame estrutural, permite ainda estimar (semiquantitativamente) quais são as mudanças composicionais mais significativas, bem como permite maior acurácia na determinação do tipo de argila que preenche os planos de fraturas existentes.. ar. Outros métodos ainda poderiam vir a ser utilizados, entretanto até aqui não foram utilizados.. aC. a) Análise espectral para determinação de porosidade da rocha: visa obter, por métodos digitais, o valor da porosidade e permeabilidade da rocha analisada. Baseia-se na captura de imagens petrográficas de lâminas de rocha, que podem ser submetidas a permeação por fluidos, ou não. Capturada a imagem, ela é tratada digitalmente e um. on. software específico analisa e calcula os dados de referentes a sua porosidade e permeabilidade. Utilização de microsonda eletrônica para determinação quantitativa das fases modificadas visa a obtenção da composição química, em valores absolutos, das. su. fases minerais presentes na rocha. É possível assim, obter-se uma definição de alta acurácia dos processos modificadores da rocha, bem como o tipo de substituição elementar acontecida.. lta. b) utilização de microsonda eletrônica: este método não foi até aqui utilizado, entretanto entendemos ser pertinente a sua utilização, haja visto a possibilidade de obtermos a baixo custo informações precisas sobre a composição das fases minerais em todas as etapas de suas transformações.. 23.

(25) Parte V – O Túnel do Joá: Estudo de Caso V.1 - Introdução Com inauguração na década de 70, o túnel do Joá, o qual não possui revestimento, assim como outros quatro do município do Rio de Janeiro, registrou seus primeiros acidentes em 1995. Alguns blocos de, aproximadamente, 2m3 de volume começaram a ceder, chocando-se com veículos. Portanto, a partir desta constatação foram realizados estudos geo-estruturais, que evidenciaram diferenças nas características do maciço assim. r Ob. como descrito em Danciger & Totis (1971). O gnaisse facoidal é a rocha que compõe, praticamente, todo o maciço rochoso. onde o tunel está instalado. Esta rocha possui, interdiogitada, bandas eventualmente ricas em biotita, veios pegmatíticos e finos diques de diabásio, além de estruturas. ap. anteriormente não descritas como xistosidade subhorizontal, que as vezes concordam com fraturas, formando lascas subhorizontais. Há também zonas cisalhadas e alteradas com fluxo de água, em parte alteradas, com duas ou mais famílias de fraturas conspícuas, com espaçamento de 1mm a 5mm.. ar. Após mais acidentes, incluindo um com vítima, foi contratada uma empresa para remoção dos blocos iminentes a cair. Além disso, foi realizado estudo sobre as. aC. características geológicas do túnel principalmente aquelas ligadas a fatores como estruturação e alteração hidrotermal primária.. V.2 - Geologia. on. Após mapeamento do maciço rochoso, geólogos indicaram quais blocos deveriam ser removidos, caracterizando o grau de alteração das rochas. Nesta etapa foram coletadas amostras para descrição petrográfica macroscópica e microscópica.. su. As rochas que compõem o túnel do Joá são gnáissicas, migmatíticas, com composição granodiorítica a granítica. Os minerais constituintes principais são: microclina,. lta. plagioclásio, biotita, quartzo, hornblenda e alguma granada. Há predominância de minerais feldspáticos, mas também ocorrem litotipos ricos em minerais máficos.. A rocha predominante é um litotipo rico em facóides de microclina, e mais eventualmente de plagioclásio, que caracterizam o denominado gnaisse facoidal (Figura 9). A composição mineralógica fundamental, a qual pode ser identificada à vista desarmada, é formada por microclina, plagioclásio, biotita, quartzo, com hornblenda e granada eventual. As proporções relativas aos minerais são variáveis, entretanto, sempre com predominância volumétrica dos minerais feldspáticos.. 24.

(26) Trata-se de rocha inequigranular, com granulometria da matriz de tamanho médio e megapórfiroblastos grossos (facóides) de microclina de até 7 cm, predominando, entretanto, aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é notável em qualquer um dos tipos, sendo mais relevante nos tipos em que a matriz é rica em biotita. É evidente o aleitamento entre bandas máficas enriquecidas em biotita e outras félsicas enriquecidas em plagioclásio, quartzo e microclina. Dispersos na matriz é que se encontram os megaporfiroblastos de microclina. Essas bandas (máficas/félsicas) podem. r Ob. variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. A cor natural dos litotipos varia de tons róseos / avermelhados a branco acinzentados, de acordo com as quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado. O estudo ao microscópio atendeu às características gerais de observações que. ap. devem ser feitas quando do estudo deste tipo de rocha. Assim, foram realçadas as características relacionadas aos aspectos gerais da textura, da granulação e das estruturas penetrativas (Figura 10).. Além disso, foi feito um cuidadoso estudo dos processos de alterações. ar. mineralógicas que puderam ser identificados, fossem eles associados a padrões estruturais, à atividade hidrotermal, ou mesmo de alteração intempérica.. aC. Com relação a processos de alteração intempérica, pode ser afirmado que, tendo em vista a amostragem feita e estudada, os mesmos não tem pertinência, não havendo sido encontrado nenhum tipo de transformação mineral que pudesse ser associada, de maneira objetiva, a este tipo de processo.. on. Com relação às transformações hidrotermais, já se tem um padrão diferente. São várias as transformações minerais que a este tipo de processo puderam ser relacionadas, sendo algumas condicionadas por estruturas tectônicas e outras a processos. su. metamórficos e magmáticos.. Para apresentar estes padrões de transformação optou-se aqui por apresentar a descrição completa de lâmina delgada de todas as litologias representativas do interior do. lta. túnel, sendo realçadas as informações pertinentes a estas alterações.. Quanto a transformações relacionadas intrinsecamente a padrões estruturais, puderam ser identificadas, desde aquelas referentes a processos de preenchimento de microfraturas em minerais e em planos persistentes à rocha, quanto àquelas relacionadas. a processos de recristalização no estado sólido relacionadas aos cisalhamentos D3. As relações entre os processos estruturais e os minerais de alteração surgidos também serão aqui analisadas. Ao microscópio as amostras estudadas têm os seguintes minerais formados por alteração hidrotermal: carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e 25.

(27) argilo-minerais. Eles são frutos processos magmáticos e metamórficos em estruturas tectônicas. As características ópticas dos minerais também se alteram deixando claro a ação dos processos hidrotermais. A ação do intemperismo não foi encontrada nas rochas do maciço e por isso é irrelevante neste caso.. V.3 - Caracterização do Problema A despeito do largo predomínio de faixas do maciço rochoso composto por rocha. r Ob. gnáissica sã, observa-se nitidamente um material de alteração preenchendo algumas descontinuidades estruturais – particularmente das bandas de cisalhamento - estes minerais secundários têm aspecto sedoso e à vista desarmada foram caracterizados como uma mistura de clorita e argilo-minerais.. ap. A sua principal característica é, ao bordejar fragmentos de tamanhos diversos -. compostos pela matriz de quartzo e microclina inalterados - modificar substancialmente o perfil de rugosidade das fraturas, tal como mostrado na (figura 11), conferindo-lhes uma resistência ao cisalhamento qualitativa muito baixa.. ar. Foi justamente em locais onde estas faixas ocorrem que aconteceram as quedas de blocos e lascas rochosas associadas aos acidentes de 1995, 2001 e 2002, tal como. golpe do martelo.. V.4 – Petrografia dos Litotipos. on. aC. mostrado na (figura 12). Nelas observa-se que a remoção de lascas se dá ao simples. As características observadas a partir das amostras coletadas e do estudo ao microscópio (lãminas petrográficas) pode ser resumida para cada um dos litotipos principais.. Macroscopia:. lta. su. >> Microclina Gnaissse (Gnaisse Facoidal). Trata-se de um litotipo de cor cinza róseo, leuco a mesocrático, bandado, semifacoidal a facoidal, com grãos de microclina e plagioclásio realçados em uma matriz rica em biotita e plagioclásio. A rocha não mostra sinais de transformação intempérica. É. um litotipo fortemente estruturado com bandamento gnáissico bem definido. Fitas de quartzo podem representar um evento deformacional distinto daquele que determinou o arranjo da foliação.. 26.

(28) ap. r Ob Fig 10. 12 Fig 16. su. Fig15 11 Fig. on. aC. ar. Fig13 9 Fig. Figura 9: Facóides de microclina e de plagioclásio no Microclina Gnaisse facoidal.. lta. Figura 10: Caracterização da textura ao microscópio do Microclina Gnaisse facoidal.. Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados de microclina e quartzo (litotipo gnáissico) Figura 12: Remoção de lascas, por golpes de martelo, devido a alteração que a rocha sofreu.. 27.

(29) Microscopia: A rocha apresenta como característica principal um forte padrão de deformação, marcado por padrões de recristalização mineral e pela imposição de forte bandamento gnáissico, individualizado a partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas, com predominância daquelas de características félsicas, em um proporção de volumétrica 3 para 1. A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio,. r Ob. quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita e minerais opacos como acessórios principais e carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e argilo-minerais como produtos de alteração secundária, induzidos por retrometamorfismo, ação hidrotermal e deformação dinâmica.. ap. Do ponto de vista da separação das bandas félsicas e máficas, as félsicas se. constituem de microclina, plagioclásio, quartzo e muscovita, enquanto a máfica se constitui essencialmente de biotita e demais minerais acessórios. A microclina ocorre em cristais de granulação grossa, geminados por Tartan, mas. ar. com geminação perdida no centro dos grãos. Mostra-se estirada tendo caráter xeno a hipidioblástico, com hábito quadrático a tabular, em grãos em geral límpidos podendo,. aC. entretanto apresentarem-se fraturados, sendo estas fraturas preenchidas por material carbonático e sericítico. Os grãos de microclina, por seu volume e tamanho, controlam o padrão estrutural da banda, com os demais minerais adequando-se a sua presença. O plagioclásio apresenta grãos xenoblásticos, intensamente transformados. on. (saussuritizados) podendo este processo ser de intensidade tão forte que alguns grãos perdem as propriedades óticas inerentes ao plagioclásio propriamente dito. As substituições mais visíveis são pelo crescimento de muscovita (mica branca) (Figura 13) e. su. epidoto. A transformação dos grãos se dá preferencialmente a partir de feições estruturais inerentes à cristalização do plagioclásio, preferencialmente a partir de planos de geminação (Carlsbad e Lei da Albita) e pelos planos de clivagem. A granulação do. lta. plagioclásio varia de média (grãos da matriz da rocha) a grossa (megapórfiros), com grão. de hábito tabular a colunar. A geminação presente é controlada pela Lei da Albita, mas geminação por Carlsbad também ocorre. Quanto maior o grau de alteração no grão. menos identificável é a geminação. Os grãos mostram-se levemente estirados ao longo do plano da foliação da rocha, apresentando, por vezes, deformação das lamelas de geminação. O quartzo ocorre em proporção similar a do plagioclásio. São grãos xenoblásticos, límpidos, intensamente deformados, com terminações cominuídas no padrão côncavo28.

(30) convexo, que sofreram evidente processo de deformação dinâmica que pode ser caracterizada pela presença de "ribbons" de extinção ondulante constante e presença de subgrãos e novos grãos (Figura 14 e 15). A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom intensa, pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São de granulação média e mostram-se transformados, por vezes totalmente substituídos, por fases tardias como clorita e muscovita. Pode formar pequenos agregados com as fases. r Ob. acessórias (apatita, zircão e minerais opacos). As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha. As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação. mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.. ap. A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita.. Os grãos de muscovita surgem através de três processos: 1) alteração hidrotermal do plagioclásio; 2) alteração hidrotermal da biotita; e 3) crescimento retrometamórfico. A muscovita que cresce por ação hidrotermal no plagioclásio é fruto da. ar. intensidade de transformação sofrida pelos grãos feldspáticos durante o processo de deformação dúctil ao qual a rocha foi submetida. Tal processo implica na migração de. aC. fluidos de forma intercristalina, fazendo com que fases menos estáveis a estas condições sofram processos de transformação por eles induzidos. Assim, há a tendência do grão de plagioclásio se transformar, inicialmente de maneira pontual, em minerais como mica branca (ilita -> sericita -> muscovita); carbonato (em geral cálcico -> calcita) e epidoto. O. on. que definirá a presença de grãos individualizados de cada uma dessas fases secundárias é a intensidade do processo. Assim, pode ser afirmado para o caso da amostra estudada, que a presença de grãos individualizados de muscovita surgidos às expensas do. submetida (Figura 16).. su. plagioclásio, aponta para uma intensidade alta do processo hidrotermal ao qual a rocha foi. A muscovita que surge da alteração hidrotermal da biotita atende aos mesmos. lta. preceitos relacionados àquelas relacionadas aos grãos de plagioclásio e descritos acima (Figura 17). Como marcador deste processo há evidências de crescimento de muscovita a. partir dos planos de clivagem da biotita. Evidentemente que planos, quaisquer que sejam. eles, existentes previamente nas fases minerais primárias, serão caminhos naturais para a percolação dos fluidos relativos ao hidrotermalismo sofrido pela rocha. A muscovita que surge por ação retrometamórfica é caracterizada por grãos de granulação média, bem individualizados, com características óticas bem definidas. Eles surgem pela substituição (isomorfismo) total de fases preexistentes, ou pelo seu 29.

(31) crescimento primário a partir de fases previamente formadas e total ou parcialmente desestabilizadas. Com isso temos a geração de grãos límpidos e com hábito tabular característico (Figura 18). É importante que seja ressaltado que um padrão estrutural superimposto à rocha com truncagem da foliação e relacionado à presença de planos de cisalhamento de baixos ângulos, pode ser marcado ao microscópio pelo crescimento ordenado dentro destes planos de grãos de muscovita primárias (retrometamórfica) (Figura 19).. r Ob. As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais. restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo finos planos de fraturamento em microclina. Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os grãos de microclina não foram, de maneira significativa transformados por qualquer. ap. processo. Pode ser observado ainda crescimento de carbonato às expensas do plagioclásio. Epidoto surge também da alteração do plagioclásio, mas em volume restrito.. Outro marcador importante para processos de alteração nesta rocha é a presença de clorita. Este mineral está associado tanto a processos de caráter hidrotermal quanto. ar. àqueles de caráter retrometamórfico e a individualização a partir do estudo dos grãos mostrou-se difícil neste caso. Fundamentalmente, tem-se o crescimento de clorita às. aC. expensas de biotita, com o surgimento dos grãos de clorita se dando a partir dos planos de clivagem da biotita. O único fator de separação entre os processos é o fato de que quando a substituição se dá de forma total (isomórfica) esta deve ser entendida como associada a retrometamorfismo, enquanto que quando a substituição é parcial, tanto. on. processos hidrotermais quanto o próprio retrometamorfismo podem ser os causadores.. su. Processo. Transformação Observada. Observado. Intensidade. Muscovitização: plagioclásio --> muscovita. lta. Epidotização: plagioclásio --> epidoto. médio. Carbonatização: plagioclásio --> carbonato. médio. Biotita --> Clorita. médio. Biotita --> Muscovita. médio. Plagioclásio --> Sericita. médio. Plagioclásio --> Muscovita. médio. Sericitização: microclina --> sericita. Retrometamórfico. intenso. Cloritização: biotita --> clorita. biotita --> muscovita. Hidrotermal. Grau de. plagioclásio --> sericita. médio fraco. intenso médio. 30.

(32) Fig 14. ar. ap. r Ob. Fig 13. Fig 15. Fig 16. aC. 3. Fig 17. su. on. 3. Fig 18. lta Fig 19 21.

(33) Do ponto de vista da observação microestrutural, são evidentes as presenças de planos de foliação determinados pelo embricamento de grãos de microclina e de plagioclásio, bem como pelo arranjo planar das biotitas. Grãos de quartzo ocorrendo como "ribbons" ao longo do plano da foliação sugere intenso processo de recristalização no estado sólido induzido, talvez, pelos cisalhamentos D3. Microfraturas em grãos de microclina são indicativos de atuação de D4 (deformação rúptil). Planos de transposição assinalados pelo preenchimento dos mesmos por material sericítico e por muscovita,. r Ob. aponta para a uma relação temporal entre o retrometamorfismo e os planos de cisalhamento D3.. >> Microclina Biotita Gnaisse (Gnaisse Semi-Facoidal). ap. Macroscopia:. A amostra corresponde a um litotipo de cor cinza rosado, leucocrático, bandado, semifacoidal a facoidal. Os grãos de microclina e plagioclásio estão realçados em uma. ar. matriz rica em biotita. A rocha é não mostra processos de alteração intempérica evidentes. É um litotipo que apresenta forte estruturação com bandamento gnáissico bem. bandas félsicas e máficas.. Microscopia:. on. aC. definido e cisalhamentos de baixo ângulo marcado principalmente na interface entre as. A observação geral ao microscópio aponta como característica principal para a amostra um forte padrão de deformação, marcado por feições de recristalização mineral, pela presença de forte bandamento gnáissico e de planos de cisalhamento marcados pelo. su. alinhamento de grãos recristalizados. O bandamento gnáissico está individualizado a partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas, com predominância das bandas félsicas, em uma proporção de volumétrica de 2 para 1.. lta. A presença de facóides de microclina e de grãos grossos de plagioclásio, por vezes, mascara alguns padrões texturais presentes.. A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio, quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita, titanita e minerais opacos como. acessórios principais. Carbonato, muscovita, sericita, ilita, clorita e argilo-minerais são os produtos de alteração secundária induzidos por retrometamorfismo, ação hidrotermal e deformação dinâmica.. 32.

(34) A microclina ocorre em cristais de granulação grossa (semi-facóides), com geminação difusa no padrão Tartan, variando para grãos médios presentes na matriz. Os grãos são alongados e levemente estirados de caráter xenoblástico. Tem hábito tabular, em grãos em geral límpidos com raras inclusões. São controladores do padrão estrutural da rocha. Mostra-se fraturado com as fraturas estando preenchidas por material carbonático (Figura 20). O plagioclásio apresenta grãos xeno a hipidioblásticos, muito saussuritizados. r Ob. (Figura 21) ou não (Figura 22), sendo estes últimos representantes de fases de. crescimento tardio talvez concomitante ao metamorfismo principal. As substituições no plagioclásio mais evidentes são marcadas pelo crescimento de muscovita (mica branca) e epidoto (Figura 23) a partir do preenchimento de planos de clivagem mineral e/ou de. ap. geminação.. O quartzo ocorre em proporção menor que a do plagioclásio. São grãos granoblásticos, límpidos, deformados, com terminações cominuídas ou corroídas e que preferencialmente preenchem espaços intergranulares, marcando o seu crescimento. ar. como tardio.. A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom. aC. intensa, fortemente pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São de granulação média e mostram-se pouco transformados, predominando apenas o padrão conhecido como "birds eyes" que caracteriza o início do processo de transformação pela entrada de água nos retículos de sua estrutura (Figura 24).. on. As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha.. As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.. su. A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita, porém em grãos não tão desenvolvidos. Os grãos de muscovita, neste caso, surgem fundamentalmente pela alteração hidrotermal do plagioclásio.. lta. As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais. restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo fraturas em microclina (Figura 25). Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os grãos de microclina não foram transformados por qualquer um dos processos identificados.. 33.

(35) Fig 21. aC. ar. ap. r Ob. Fig 13 20. Fig 22. 3. Fig 23. su. on. 3. Fig 24. lta. 1. Fig 18 Fig 25. Figura 20: Megacristal de microclina com preenchimento de material carbonático nas fraturas. Figura 21: Megacristal de plagioclásio com evidente saussuritização. Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização. Figura 23: Substituição do plagioclásio por crescimento de epidoto nos planos do grão. Figura 24: Biotita com padrão “bird eyes”, marcando o início da transformação da rocha. Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina (inalterada).. 34.