TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

AVALIAÇÃO DOS CONDICIONANTES GEOMECÂNICOS-

ESTRUTURAIS E GEOMORFOLÓGICOS DE VOÇOROCAS EM FILITO, NA PORÇÃO CENTRO-SUL DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

Josiane Pimenta Honorato

MONOGRAFIA n

^o

408 Ouro Preto, agosto de 2021

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

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AVALIAÇÃO DOS CONDICIONANTES GEOMECÂNICOS- ESTRUTURAIS E GEOMORFOLÓGICOS DE VOÇOROCAS

EM FILITO, NA PORÇÃO CENTRO-SUL DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitora

Prof.ª Dr.ª Cláudia Aparecida Marliére de Lima Vice-Reitor

Prof. Dr. Hermínio Arias Nalini Júnior Pró-Reitora de Graduação Prof.ª Dr.ª Tânia Rossi Garbin

ESCOLA DE MINAS

Diretor

Prof. Dr. Issamu Endo

Vice-Diretor

Prof. Dr. Hernani Mota de Lima DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

Prof. Msc. Edison Tazava

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MONOGRAFIA

Nº 408

AVALIAÇÃO DOS CONDICIONANTES GEOMECÂNICOS- ESTRUTURAIS E GEOMORFOLÓGICOS DE VOÇOROCAS EM

FILITO, NA PORÇÃO CENTRO-SUL DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

Josiane Pimenta Honorato

Orientador

Prof. Dr. Cláudio Eduardo Lana

Co-Orientador

MSc. Luiz Henrique Cardoso

Monografia do Trabalho de Conclusão de curso apresentado ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para avaliação

da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso – TCC 402, ano 2020/2.

OURO PRETO

2021

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Universidade Federal de Ouro Preto – http://www.ufop.br Escola de Minas - http://www.em.ufop.br

Departamento de Geologia - http://www.degeo.ufop.br/

Campus Morro do Cruzeiro s/n - Bauxita 35.400-000 Ouro Preto, Minas Gerais Tel. (31) 3559-1600, Fax: (31) 3559-1606 Direitos de tradução e reprodução reservados.

Nenhuma parte desta publicação poderá ser gravada, armazenada em sistemas eletrônicos, fotocopiada ou reproduzida por meios mecânicos ou eletrônicos ou utilizada sem a observância das normas de direito autoral.

Revisão geral: Josiane Pimenta Honorato

Catalogação elaborada pela Biblioteca Prof. Luciano Jacques de Moraes do Sistema de Bibliotecas e Informação - SISBIN - Universidade Federal de Ouro Preto

http://www.sisbin.ufop.br

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Ficha de Aprovação

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

TÍTULO: AVALIAÇÃO DOS CONDICIONANTES GEOMECÂNICOS- ESTRUTURAIS E GEOMORFOLÓGICOS DE VOÇOROCAS EM FILITO, NA PORÇÃO CENTRO SUL DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO, MG

AUTORA: Josiane Pimenta Honorato

ORIENTADOR: Cláudio Eduardo Lana

Aprovado em: 27 de agosto de 2021

BANCA EXAMINADORA:

Ouro Preto, 27/08/2021

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Agradecimentos

Encerrado mais um ciclo! Sinto-me orgulhosa por concluir mais esta etapa em meio a tantos desafios e incertezas. Ao universo, gratidão pelos encontros e oportunidades que fizeram dessa trajetória única. Agradeço a Deus por ter me guiado na realização deste sonho. Aos meus pais pelo exemplo de força e caráter. Agradeço aos meus irmãos, Rondi, Edmar, Ginim e Jó pelo companheirismo e apoio. As minhas cunhadas, Jussara, Gi e Daila pela prestatividade. A Zi, por nossas confidências e amizade duradoura que sempre se fez presente apesar da distância e aos amigos de Coluna.

Ao Cláudio Lana e Luiz agradeço pela orientação, paciência e disponibilidade para a construção deste trabalho. À UFOP, a minha imensa gratidão pelo ensino gratuito e de qualidade e á Fundação Gorceix por todo auxílio e capacitação. À Projel Engenharia e G4-Esmeraldas, pela contribuição para a minha formação profissional.

Ao DEGEO e à Geogalera pela partilha, finas e ferração, em especial à Geo 15.1. Aos amigos, Julia, Rafa, Nathália, Wilker e Rafael pela convivência, estudos e amizade. À SICEG, Chapa Intrusiva, pelo aprendizado e Quintas Geológicas e à LAGEM pela oportunidade e conhecimentos adquiridos. Ao 17.1, em especial os irmãos do morro. Obrigada Ouro Preto por toda sua magia, amizades construídas e por todos os momentos incríveis.

Por fim, agradeço a minha casa, República Ovelha Negra, por ter sido lar e abrigo para todos os dias. Às moradoras e ex-alunas a minha gratidão pela troca, convivência e crescimento.

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SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ... ix

SUMÁRIO ... xi

LISTA DE FIGURAS ...xiii

LISTA DE TABELAS ... xv

RESUMO ... xvii

INTRODUÇÃO ... 1

1.1 APRESENTAÇÃO ... 1

1.2 LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO ... 2

1.3 OBJETIVOS ... 3

1.4 JUSTIFICATIVA ... 3

1.5 MATERIAIS E MÉTODOS ... 4

1.6 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS ... 5

2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 7

2.1 CRÁTON SÃO FRANCISCO ... 7

2.2 QUADRILÁTERO FERRÍFERO ... 7

2.3 LITOESTRATIGRAFIA ... 10

2.3.1 Complexo Metamórfico ... 10

2.3.2 Supergrupo Rio das Velhas ... 10

2.3.3 Supergrupo Minas ... 11

2.3.4 Supergrupo Estrada Real ... 11

2.3.5 Coberturas Cenozóicas ... 12

2.4 GEOLOGIA LOCAL ... 15

2.4.1 Sinclinal Dom Bosco ... 15

2.5 GEOMORFOLOGIA ... 16

3 ESTUDO DE VOÇOROCAS ... 19

3.1 PROCESSOS EROSIVOS ... 19

3.2 TIPOS DE EROSÃO ... 19

3.2.1 Erosão laminar ... 19

3.2.2 Erosão em sulcos ... 20

3.2.3 Erosão em ravina ... 21

3.2.4 Erosão em voçoroca ... 21

4 CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS ROCHOSOS ... 25

4.1 INTRODUÇÃO ... 25

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4.2 MACIÇO ROCHOSO ... 25

4.2.1 Descontinuidades ... 25

4.2.2 Características das descontinuidades ... 26

4.3 RMR (Rock Mass Rating) ... 27

4.4 ANÁLISE CINEMÁTICA EM TALUDE DE ROCHA ... 31

4.4.1 Ângulo de atrito ... 33

4.4.2 Ruptura circular ... 35

4.4.3 Ruptura planar ... 36

4.4.4 Ruptura em cunha ... 37

4.4.5 Ruptura por tombamento ... 38

4.5 MÉTODO AUXILIAR ... 41

4.5.1 Geoprocessamento ... 41

4.5.2 Mapa de lineamentos ... 41

4.5.3 Mapa de declividade ... 42

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 43

5.1 LEVANTAMENTO DE DADOS DE CAMPO ... 43

5.1.1 Caracterização das voçorocas de estudo ... 43

5.1.2 Discriminação dos tipos de erosão ... 44

5.1.3 Classificação litológica ... 45

5.1.4 Caracterização das descontinuidades ... 46

5.1.5 Discriminação de outras estruturas ... 48

5.2 CLASSIFICAÇÃO RMR ... 49

5.3 ANÁLISE CINEMÁTICA ... 50

5.3.1 Estimativa do ângulo de atrito ... 50

5.3.2 Maciço Voçoroca I ... 50

5.3.3 Maciço voçoroca II ... 53

5.4 ANÁLISE GEOMORFOLÓGICA ... 56

5.4.1 Mapa de lineamentos ... 57

5.4.2 Mapa de declividade ... 58

5.4.3 Mapa de Drenagem ... 59

6 CONCLUSÕES ... 61

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INDÍCE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Localização da área de estudo... 2

Figura 2.1 - Mapa geológico simplificado do sul do Cráton São Francisco ... 9

Figura 2.2 - Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero. ... 14

Figura 2.3 - Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero. ... 16

Figura 3.1 - Imagem de erosão laminar.. ... 20

Figura 3.2 - Erosão em sulcos. ... 20

Figura 3.3 - Erosão em ravina.. ... 21

Figura 3.4 - Ilustração de processos erosivos com a formação de voçorocas. ... 22

Figura 3.5 - Modelo evolutivo dos processos erosivos ... 23

Figura 3.6 - Representação das formas das voçorocas ... 23

Figura 4.1 - Orientação de um plano ... 26

Figura 4.2 - Principais tipos de ruptura em talude ... 33

Figura 4.3 - Esquema representativo da ruptura circular. ... 36

Figura 4.4 - Critérios para ocorrência de ruptura planar. ... 37

Figura 4.5 - Esquema representativo da ruptura planar ... 37

Figura 4.6 - Ruptura em cunha ... 38

Figura 4.7 - Tipos de ruptura por tombamento. ... 39

Figura 4.8 - Condições cinemáticas do tombamento por blocos ... 41

Figura 5.1 - Representação das voçorocas de estudo ... 43

Figura 5.2 - Voçorocas de estudo.. ... 44

Figura 5.3 - Identificação de formas erosivas. ... 45

Figura 5.4 - Identificação do filito ... 46

Figura 5.5 - Representação das famílias de fraturas. ... 47

Figura 5.6 - Estruturas presentes nos maciços. ... 48

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Figura 5.7 - Estereograma representando a ruptura planar ... 51

Figura 5.8 - Estereograma representando as possíveis rupturas em cunha ... 52

Figura 5.9 - Estereograma de ruptura por tombamento de blocos ... 53

Figura 5.10 - Estereograma representando a ruptura planar ... 54

Figura 5.11 - Representação das possibilidades de ruptura em cunha ... 55

Figura 5.12 - Estereograma da ruptura por tombamento de blocos ... 55

Figura 5.13 - Imagem ilustrativa da área que delimita as feições erosivas ... 56

Figura 5.14 - Mapa representando os principais lineamentos ... 58

Figura 5.15 - Mapa de declividade. ... 59

Figura 5.16 - Mapa de rede de drenagem ... 60

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 4.1 - Classificação da Persistência ... 26

Tabela 4.2 - Classificação do espaçamento ... 27

Tabela 4.3 - Grau de Fraturamento ... 27

Tabela 4.4 - Parâmetros de classificação RMR ... Erro! Indicador não definido. Tabela 4.5 - Valores associados às descontinuidades ... 30

Tabela 4.6 - Classes de atribuições RMR ... 30

Tabela 4.7 - Classificação da resistência. ... 31

Tabela 4.8 - Valores de rugosidade (Jr) para o sistema de classificação Q. ... 34

Tabela 4.9 - Valores de alteração (Ja) para o sistema de classificação Q. ... 35

Tabela 5.1 - Parâmetros e pontuações da classificação RMR ... 49

Tabela 5.2 - Estimativa do ângulo de atrito ... Erro! Indicador não definido. Tabela 5.3 - Identificação do eixo principal de feições erosivas. ... 57

Tabela 5.4 - Classificação do relevo em função da declividade ... 58

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Resumo

Os estudos de investigação geotécnica, amplamente aplicados a vários setores da engenharia são um importante mecanismo de conhecimento do solo e subsolo. A utilização de análises geomecânicas para avaliar o comportamento de rochas e solos ainda é pouco aplicada a estudos sobre processos de formação de voçorocas, que por sua vez, baseiam-se em metodologias, em sua maioria, de análises qualitativas. Diante do exposto, este trabalho propõe uma investigação de voçorocas que ocorrem em filitos, da Formação Cercadinho, localizadas na porção centro-sul do Quadrilátero Ferrífero. Atualmente, há poucos estudos focados nessa unidade supracrustal, na qual se encontram os filitos, pois as pesquisas a respeito desse tema concentram-se, majoritariamente, nas feições erosivas que ocorrem no embasamento cristalino. Para a análise de voçorocas em filito, adotou-se uma metodologia de análise tanto quantitativa quanto qualitativa. A análise quantitativa utilizando-se método de classificação

Rock Mass Rating (RMR), revelou que o maciço que origina o manto

intempérico nos quais as voçorocas se desenvolvem é classificado como maciço rochoso fraco, para a maioria das avaliações. E, a análise cinemática, a partir da qual foram identificados que os possíveis modelos de ruptura são do tipo planar e em cunha, comprovaram as informações preliminares visuais de campo. Quanto à avaliação geomorfológica, esta apresentou resultados favoráveis à influência dos parâmetros analisados:

lineamentos, declividade e drenagem para o desenvolvimento de feições erosivas. Desse modo, a aplicabilidade dos métodos geomecânicos-estruturais e geomorfológicos mostraram- se pertinentes para processos de investigação da formação e evolução de voçorocas em filito.

Palavras Chave: voçorocas em filito, geotecnia, geologia estrutural, análise cinemática,

geomorfologia.

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CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO

1.1 APRESENTAÇÃO

De acordo com Santos et al. (2002), as voçorocas representam formas erosivas que ocorrem sobre o relevo e possuem como agentes a chuva, vento, gelo, dentre outros. O processo que converge na formação de uma voçoroca passa por várias etapas, que tem início com o fluxo laminar de água da chuva que ao se concentrar em canais específicos gera sulcos superficiais e à medida que esses sulcos vão sendo erodidos e aumentam de tamanho e profundidade, passam a ser chamados de ravinas e, por último, a evolução destas para um canal que atinge o lençol freático caracteriza as voçorocas.

Há registros do desenvolvimento dessas feições no Quaternário (Meis 1977, Moreira 1992) e que foram posteriormente preenchidas por sedimentos aluviais e coluviais. De acordo com Bacellar (2000), a influência antrópica é capaz de gerar voçorocas, mas estas podem se desenvolver na ausência deste tipo de ação, de modo que as mudanças ambientais são os grandes causadores desse fenômeno.

De acordo com Cherobin (2012), algumas voçorocas que ocorrem no município de Ouro Preto, especialmente, no distrito de Cachoeira do Campo, apresentam alto impacto ambiental e social, pois tornam a área em que ocorrem impossibilitada para uso e, além disso, ocorrem em grandes extensões ao longo do centro urbano. Drummond (2006) ao analisar os processos erosivos que ocorrem em São Gonçalo do Bação, município de Itabirito, avaliou que esses processos que se iniciam naturalmente ou por auxílio da atuação humana causam grande desequilíbrio no sistema geomorfológico, bem como danos irreparáveis que atingem tanto a paisagem quanto a economia.

Embora haja uma vasta literatura a respeito de voçorocas, ainda há alguns aspectos a serem estudados, dada a sua ocorrência em distintas unidades estratigráficas. Desse modo, o objeto de estudo deste trabalho, que são voçorocas desenvolvidas no manto intempérico de filitos, contrasta com aquelas associadas ao embasamento cristalino, estudadas por vários autores como, Santos et al.

(2002), Morais et al. (2004), Bacellar (2000), dentre outros.

Segundo Bacellar (2000), o manto intempérico dos filitos é relativamente menos espesso e a razão entre silte/argila é mais baixa, bem como podem ser observados em campo indícios de rupturas em estruturas da rocha matriz. Desta forma, este trabalho tem como foco compreender as relações geomecânicas com viés estrutural e geomorfológicas que atuam sobre voçorocas em filito, com vista a alcançar resultados que sejam relevantes para discussões sobre o controle das mesmas.

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Honorato, J. P. 2021, Avaliação dos condicionantes geomecânicos-estruturais e geomorfológicos...

2 1.2 LOCALIZAÇÃO E VIAS DE ACESSO

As voçorocas do presente estudo compreendem uma área de aproximadamente 42.000 m² e está situada na porção centro-sul do Quadrilátero Ferrífero (QFe), no distrito de Rodrigo Silva, município de Ouro Preto à aproximadamente 83 km da capital, Belo Horizonte.

Para acessar a área partindo-se de Ouro Preto, inicialmente percorre-se a BR-356, sentido Belo Horizonte, por aproximadamente 21 km, até o distrito de Cachoeira do Campo. A partir do local, onde se encontra o supermercado Farid, segue- se, por uma via secundária de estrada não pavimentada, em sentido sudoeste, por aproximadamente 9.5 km (Figura 1.1).

Figura 1.0.1- Localização da área de estudo. Fonte: Shapefiles obtidas do portal de mapas do IBGE.

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Trabalho de Conclusão de Curso, n. 408, 68 p. 2021.

3 1.3 OBJETIVOS

Este trabalho tem como objetivo principal realizar um estudo geotécnico com viés estrutural e geomorfológico em voçorocas associadas a filito, a fim de compreender os seus condicionantes genéticos e evolutivos principais.

Como objetivos secundários têm-se:

- Avaliar a aplicabilidade da caracterização geomecânica de maciços para obtenção de dados relacionados à formação de voçorocas;

- Compreender a influência de elementos estruturais atuantes nas voçorocas, através da análise estrutural e cinemática de talude;

- Verificar a compatibilidade dos mecanismos de erosão das voçorocas com as cicatrizes erosivas do entorno.

1.4 JUSTIFICATIVA

Trabalhos anteriores desenvolvidos na região investigaram, principalmente, as voçorocas que se desenvolveram no manto intempérico de rochas granito gnáissicas do Complexo Bação, buscando compreender os mecanismos e fatores que atuam no processo (Sobreira & Bacellar 1999, Sobreira 1998, Melo 2004 e Costa 2005, Drummond 2006).

A avaliação de condicionantes geológicos e geomorfológicos no desenvolvimento dessas feições foi realizada por pesquisadores como Bacellar (2000) que analisou um grande número de voçorocas que se desenvolveram na Bacia do Rio Maracujá e Morais et al. (2004) que investigou a influência dos fatores mineralógicos e texturais no desenvolvimento de voçorocas. A avaliação de condicionantes geotécnicos, principalmente aqueles que avaliam a erodibilidade, também foi realizada, como nos trabalhos de Parzanese (1991) que atribuiu o desenvolvimento das voçorocas a elevada erodibilidade do horizonte C do solo e Santos (2002) que avaliou a resistência das camadas superficiais do solo à erosão hídrica.

Com base no exposto acima, este trabalho justifica-se pela escassez de pesquisas relacionadas ao estudo de voçorocas que ocorrem em rochas supracrustais do Quadrilátero Ferrífero, como o filito da Formação Cercadinho, visto que a maior parte dos estudos concentra-se nas feições erosivas que se desenvolveram no embasamento. Além disso, pretende-se avaliar fatores ainda pouco estudados, tais como o controle litoestrutural nos processos de formação e evolução das voçorocas, dado que grande parte dos estudos já realizados na área ou próximos a esta tem como enfoque análises a partir de perspectivas de erodibilidade para a quantificação dos processos erosivos em voçorocas.

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Ademais, a análise dos condicionantes que atuam sobre as voçorocas de estudo possibilita a geração de dados para melhor entendimento a respeito da atuação da geologia regional na formação e evolução de demais feições erosivas do entorno, ativas e inativas. Sobretudo, tais informações são de significativa relevância para tratar de questões relacionadas à segurança da população que habita próxima a área onde ocorrem os voçorocamentos, dada a elevada incidência dessas tanto em meio rural, quanto urbano.

1.5 MATERIAIS E MÉTODOS

O trabalho foi desenvolvido de acordo com as seguintes etapas:

i) Revisão bibliográfica, através da leitura e análise de publicações de periódicos, livros, teses e dissertações, dentre outros, para obter informações prévias e fundamentação teórica sobre formação de voçorocas e desenvolvimento de feições erosivas, geologia regional e local, e geomorfologia. Também foi realizada vasta pesquisa sobre métodos geotécnicos que melhor se aplicam ao estudo e revisão de recursos dos softwares ArcGIS 10.2 (ESRI) e Stereonet 11;

ii) Análise de imagens de satélite, obtidas através do software Google Earth Pro com o intuito de realizar reconhecimento de área e escolha de voçorocas que tenha condições de acesso para realização de atividades de campo;

iii) Levantamento de dados de campo, realizado através de atividade prática de campo para coleta de dados, caracterização das voçorocas de estudo e do arcabouço geomecânico-estrutural do maciço rochoso associado;

iv) Análise dos dados, realizada por meio da classificação geomecânica dos maciços, utilizando-se o sistema RMR. Análise cinemática dos taludes discriminados nas voçorocas, através do software Stereonet 11;

v) Avaliação de condicionantes geomorfológicos, através da análise de mapas temáticos, confeccionados no software ArcGIS 10.2 (ESRI), em escala de 1:100.000;

vi) Integração dos dados geológicos, geotécnicos e geomorfológicos e discussão dos condicionantes na formação e evolução das voçorocas e feições erosivas do entorno.

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5 1.6 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS

O QFe localiza-se na porção centro-sul do estado de Minas Gerais, e abrange uma área de aproximadamente 7.200 km² (Dorr 1969). O domínio do QFe é delimitado por estruturas responsáveis pela sua geometria característica, de acordo com Dorr (1969) essas estruturas delimitantes são: na porção norte, a Serra do Curral, a leste, a Serra do Caraça e início da Serra do Espinhaço, a sul, a Serra de Ouro Branco e Itatiaia e a oeste pela Serra da Moeda.

O relevo é marcado pela associação entre estruturas topograficamente altas, caracterizadas pelas serras, e terrenos mais baixos juntamente com colinas que ocorrem em áreas de litologia granito- gnáissicas. Nessa complexa morfologia encontram-se também as áreas acidentadas, marcadas por vales encaixados e cristas, e estão relacionadas à litologia composta por quartzito, itabirito e canga ferruginosa (Herz 1978).

As altitudes dos relevos do QFe apresentam nítido contraste. Nas porções caracterizadas pelas serras, as altitudes alcançam cerca de 2000 metros, já nos terrenos de altitude intermediária, esses valores estão próximos a 1000 metros e, para as terras mais baixas a altitude é de 600 metros (Silva 2007).

No tocante ao clima, o mesmo é caracterizado por Silva (2007) como temperado-quente, marcado por duas estações, o inverno frio e seco e o verão quente e chuvoso. A temperatura média anual situa-se na faixa de 20º C e a precipitação varia de 1300 mm a 2100 mm, referentes às porções leste e sul do QFe, respectivamente. Quanto à vegetação, Jacobi (2008) caracteriza a mesma como sendo um ambiente de transição entre a mata atlântica e o cerrado, onde se encontram fisionomias como, floresta estacional semidecidual, campo cerrado, campo rupestre, dentre outros.

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CAPÍTULO 2 2 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL

2.1 CRÁTON SÃO FRANCISCO

Segundo Marshak & Alkmim (1989), a evolução da porção meridional do Cráton São Francisco pode ser dividida em eventos polideformacionais e policíclicos datados do proterozoico. O primeiro destes trata-se do ciclo Transamazônico, marcado pela abertura e fechamento de bacias, mas que predominou a deformação baseada no encurtamento crustal. Após esse evento a região foi cratonizada, assim, este é considerado o evento tectônico metamórfico mais importante do Cráton São Francisco, de acordo com Texeira (1991).

Na sequência tem-se o evento Uruaçuano, também marcado pelo encurtamento crustal e, após estes dois eventos, ocorre uma fase extensional marcada pela intrusão de diques máficos. Por fim, o ciclo Brasiliano, caracterizado por uma fase compressional com falhas de empurrão e dobras NS (Marshak & Alkmim 1989).

O embasamento do Cráton São Francisco de acordo com Almeida (1977) é composto por rochas do Arqueano e Paleoproterozoico que possuem idade superior a 1.8 Ga. Quanto às rochas supracrustais, estas são de idade mesoproterozoica e neoproterozoica (Alkmim et al. 1993).

2.2 QUADRILÁTERO FERRÍFERO

O QFe, situado na porção sul do Cráton São Francisco, é abordado em distintas vertentes que explicam sua gênese e evolução tectônica. Chemale Jr. et al. (1994) defendem que esta megaestrutura regional teve sua evolução marcada por dois principais eventos deformacionais.

O primeiro evento refere-se ao soerguimento de domos granito-gnáissicos e nucleação de sinclinais regionais do Supergrupo Rio das Velhas e Minas, ocorrido no Paleoproterozoico, no ciclo Transamazônico (2.1 a 2.1 Ga). Este evento extensional tem seus efeitos mais preservados na porção oeste do QFe, onde as deformações ocorridas no processo colisional subsequente são menores.

Algumas estruturas que se relacionam com esse evento extensional são as megasinclinais da Serra do Curral, Moeda, Dom Bosco, Santa Rita e Gandarela que possuem cinemática e geometria marcadas por zonas de cisalhamento e orientação WNW-ESE das megaestruturas.

O segundo evento de caráter compressivo está relacionado com o cinturão de cavalgamento com vergência W do Neoproterozoico, no ciclo Brasiliano (0.8-0.6 Ga). De acordo com Chemale Jr. et

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al. (1994) esse evento é o responsável pela rotação, translação e inversão dos sinclinais em torno da estrutura dômica que afetou principalmente a porção oriental do QF, obliterando características do evento extensional anterior.

Já Marshak & Alkmim (1989) definem quatro principais fases de deformação para o QFe.

Chamadas de D1, D2, De e D3, esses eventos tectônicos são indicados como os responsáveis pela formação das grandes estruturas geológicas.

Fase D1: refere-se ao processo que deu origem as dobras e falhas que possuem vergência para NW, alguns exemplos são o Sinclinal Gandarela e Sinclinal de Ouro Fino. Datados do Paleoproterozoico, mais especificamente do evento orogênico Transamazônico.

Fase D2: refere-se ao evento ocorrido no ciclo Uruçuano, do final do Paleotroterozoico e compreende estruturas tais como dobras com vergência para N e falhas de empurrão. O Sinclinal Moeda e Sinclinal Dom Bosco são exemplos dessa fase.

Fase De: caracteriza-se como um evento de características extensionais, ocorrido no mesoproterozoico e possui como principais estruturas marcantes desse período as falhas normais e a intrusão de diques máficos.

Fase D3: trata-se do conjunto dos eventos compressionais, pertencente ao período Neoproterozoico, no qual ocorreram as dobras e falhamentos com vergência para W.

Abaixo encontra-se o mapa geológico simplificado do QF, em relação à sua posição no Cráton São Francisco (Figura 2.1).

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Figura 2.1 - Mapa geológico simplificado do sul do Cráton São Francisco, mostrando a localização do Quadrilátero Ferrífero. Adaptado de Heilbron et al. (2016).

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10 2.3 LITOESTRATIGRAFIA

A litoestratigrafia abordada neste trabalho, baseia-se na divisão proposta por Endo et al.

(2020). A figura 2.2 resume a disposição das unidades litoestratigráficas. Além das suítes intrusivas máficas e ultramáficas, as demais unidades que compõem o QF são descritas a seguir.

2.3.1 Complexo Metamórfico

No Quadrilátero Ferrífero ocorrem cinco complexos metamórficos: Belo Horizonte, Caeté, Bonfim, Bação, Congonhas e Santa Rita (Alkmim & Noce 2006), que ocorrem na forma de domos (Alkmim & Marshak 1998). Os complexos metamórficos possuem idade arqueana entre 2.9 -3.2 Ga e são compostos por rochas como gnaisses, migmatitos e intrusões de granitóides (Teixeira 1985).

2.3.2 Supergrupo Rio das Velhas

Esta unidade corresponde a um terreno do tipo greenstone belt, que são associações de rochas metavulcânicas e metassedimentares que ocorrem em terrenos granito-gnáissicos, em regiões cratônicas, datadas do Arqueano, com idade entre 2.8-2.67 Ga (Almeida 1976, Dorr 1969). O Supergrupo Rio das Velhas é composto por três grupos que se dispõem da base para o topo na sequência: Quebra Osso (Schorscher 1978), Nova Lima (Dorr 1969, Ladeira 1980) e Maquiné (Dorr et al. 1957).

O grupo Quebra osso é composto por metakomatiítos, metabasaltos toleíticos e metariolitos (Schorscher 1978).

No Grupo Nova Lima as rochas podem ser caracterizadas como vulcano-sedimentares. De acordo com a classificação de Ladeira (1980), o Grupo Nova lima pode ser dividido estratigraficamente em três unidades:

- Unidade Metavulcânica, composta por rochas ultramáficas, metabasaltos, metatufos, komatiítos, serpentinitos, esteatitos e formações ferríferas;

- Unidade Metassedimentar Química, composta por filito grafitoso, xisto carbonático e formação ferrífera bandada do tipo Algoma;

- Unidade metassedimentar clástica, composta por quartzitos, quartzo-xisto e meta conglomerado.

Por último, tem-se o grupo Maquiné que é dividido em duas formações, segundo Dorr et al.

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- Formação Palmital, localizada na base é composta por filitos, filitos quartzosos e quartzitos sericíticos.

- Formação Casa Forte, composta por quartzitos sericíticos, quartzitos cloríticos e filitos e metaconglomerados na porção basal, segundo Gair (1962).

2.3.3 Supergrupo Minas

A divisão clássica do Supergrupo Minas em grupos Caraça (Alkmim & Marshak 1998), Itabira, (Alkmim & Noce 2006), Piracicaba (Alkmim & Noce 2006) e Sabará (Alkmim & Noce 2006, Dorr 1969) foi modificada por Endo et al. 2020, assumindo uma nova configuração, a saber:

- Grupo Tamanduá, constituído pela Formação Cambotas que se localiza na base desse grupo, composta por quartzitos, ortoquartzitos, quartzitos com lâminas ferruginosas, xistos quartzosos e argilosos. Na parte superior tem-se a Formação Morro Grande, constituída por xistos filíticos e quatzosos, xistos ferruginosos, formação ferrífera dolomítica.

- Grupo Caraça, composto pelas formações Moeda e Batatal. A primeira formação é constituída porquartzitos, quartzitos sericíticos, filitos e metaconglomerados (Dorr 1969). Quanto a Formação Batatal esta é constituída por filitos e, em menor quantidade, filito grafitoso, mármore dolomítico, formações ferríferas bandadas e meta cherts (Dorr 1969).

- Grupo Itabira, sobreposto ao Grupo Caraça, representa um período de transgressão e possui depósitos químicos de duas formações: a Formação Cauê, composta por formação ferrífera bandada do tipo Lago Superior, e a Formação Gandarela composta, predominantemente, por dolomitos (Alkmim &

Noce 2006).

- Grupo Piracicaba, composto pelas formações que se dividem da base para o topo em Cercadinho, Fecho do Funil, Taboões e Barreiro (Dorr et al. 1957). A Formação Cercadinho é composta por quartzitos ferruginoso, filitos prateados, em menor quantidade apresenta dolomitos, xistos sericíticos e metaconglomerados. Acima, encontra-se a Formação Fecho do Funil, em contato gradacional, caracterizada por filitos, filitos dolomíticos, metassiltitos e dolomitos quartzosos e argilosos. A Formação Taboões é composta por ortoquartzitos e, por último, Formação Barreiro constituída por filitos grafitosos, filitos e xistos.

2.3.4 Supergrupo Estrada Real

Esta unidade é composta pelos grupos Sabará e Itacolomi (Endo et al. 2020). O Grupo Sabará é composto pelas formações Córrego do Germano, Saramenha e Catarina Mendes. A Formação

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Córrego do Germano é composta por formação ferrífera bandada do tipo granular e quartzitos ferruginosos, esta formação representa a base do Grupo Sabará. A Formação Saramenha é contituida por clorita xistos, mica xistos com intercalações de metagrauvacas, quartzitos e formação ferrífera bandada. Enquanto no topo, tem-se a Formação Catarina Mendes constituída por biotita-quartzo xistos, quartzitos e filitos.

Quanto ao Grupo Itacolomi, este é composto pelas Formações Florália e Pico do Itacolomi. A Formação Florália é uma unidade constituída por ortoquartzitos, representando a base do grupo, já a Formação Pico do Itacolomi é constituída por quartzitos, metaconglomerados com seixos, calhaus e, em menor abundância, matacões com veios de quartzo, quartzito, itabirito, filito e granito (Endo et al.

2020).

Ocorre ainda o Grupo Barbacena, unidade estratigráfica presente na porção meridional do QFe, constituída por grafita xistos, gonditos, queluzitos, metacherts, xistos manganesíferos, micaxistos, quartzitos feldspáticos, filitos com intercalações de anfibolito e metaultramáficas. Segundo Cabral et al. (2019), esta é uma unidade correlata ao Grupo Sabará.

2.3.5 Coberturas Cenozóicas

De acordo com Sykes (1978) a Plataforma Brasileira foi afetada por eventos deformacionais do Cenozoico que se desenvolveram a partir de linhas de fraqueza da crosta, provenientes de eras geológicas anteriores. Mescherikov (1968) refere-se à neotectônica para definir os movimentos que ocorreram entre o Terciário superior e o Quaternário. Enquanto outros autores, como Stewart &

Hancock (1994) propõem que esses movimentos não possuem uma idade que delimita o seu início e consideram como neotectônica os movimentos tectônicos que se encontram ativos no presente.

No QFe, as unidades estratigráficas cenozoicas são organizadas de acordo com as seguintes Formações: Fonseca, composta por por linhitos, siltitos, argilitos e arenitos (Maizatto 2001). Formação Gandarela, não possui litoestratigrafia específica e sua constituição é definida genericamente por

“sedimentos da bacia do Gandarela” (Castro e Varajão 2020). Formação Chapada de Canga, associada a depósitos de leques aluviais, composta por conglomerados oligomíticos, com presença de seixos de itabirito e matriz ferruginosa (Sant’anna, 1994). Formação Cata Preta, constituida por arenitos e conglomerados polimíticos relacionados a depósitos de leque aluvial (Castro & Ferreira 1997) e Formação Gongo Soco, composta por lamitos, arenitos, conglomerados, brechas e diamictitos, de ocorrência em leques aluviais (Saadi et al. 1992, Maizatto 1993).

Os principais depósitos sedimentares cenozóicos, são encontrados nas bacias do Fonseca (Gorceix 1884, Dorr 1969, Maxwell 1972), do Gandarela (Gorceix 1884), sendo esta a que apresenta

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13

seção estratigráfica mais completa, com elementos do Eoceno ao Eomioceno e, por último, bacia do Gongo Soco (Saadi et al. 1992, Maizatto 1993).

Segundo Castro e Varajão (2020) as Formações Fazenda do Gandarela e Fonseca tem sua tectônica atribuída aos esforços distensivos que ocorreram no QFe no início do Cenozóico, responsáveis pela formação de grábens, nos quais essas bacias se desenvolveram. E, as estruturas rúpteis encontradas em grande parte dos depósitos cenozoicos teriam se formado em um terceiro evento que ainda não possuem informações consolidadas.

Além das bacias citadas, ocorrem outros depósitos que se encontram distribuídos de forma descontínua e foram denominados de depósitos terrígenos, para agrupar demais depósitos sedimentares de ocorrência do QFe. Segundo Castro e Varajão (2020), esses depósitos apresentam-se em elevado processo de intemperismo e/ou pedogênese e, em função dos poucos dados e informações de bio e cronoestratigrafia sobre esses depósitos, ainda não há uma estratigrafia definida. Os depósitos terrígenos, de acordo com Lipski (2002) e Lipski et al. (2001) ocorrem em pequenas bacias do tipo graben que foram formadas por eventos tectônicos datados do oligoceno, com a deposição de sedimentos através de fluxo gravitacional.

Lipski (2002), identificou na região do QFe dois principais tipos de depósitos cenozoicos, o primeiro são os ricos em fósseis e associados a ambientes lacustres e meandrantes, e o segundo gerado a partir da acumulação de sedimentos clásticos, que possuem idade do Oligoceno e Mioceno Superior.

Endo et al. (2020) caracteriza as coberturas cenozoicas, de acordo com a constituição pelos seguintes materiais: canga, alúvios e elúvios/colúvios, e distingue as cangas em quatro tipos principais de canga: detrítica, estruturada, química e rica. De acordo com Timo et al. (2015), as cangas, provenientes da dissolução de óxidos e hidróxidos de ferro, e precipitação de goethita principalmente, ocorrem sobre a formação Cauê e encontram-se nos topos de serras, onde apresentam morfologia aplainada, atingindo espessuras de 2 a 10 metros. Dorr (1964) relaciona a formação das cangas à dissolução do minério de ferro e posterior cimentação de detritos provenientes da Formação Cauê.

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Figura 2.2 - Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero. Endo et al. (2020)

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15 2.4 GEOLOGIA LOCAL

2.4.1 Sinclinal Dom Bosco

A voçoroca de estudo está inserida na porção norte do Sinclinal Dom Bosco (SDB). Segundo Lobato et al. (2005), o SDB é uma estrutura que ocorre a sul do Complexo Bação, sendo uma junção do sinclinal Moeda a oeste e se estendendo até a anticlinal de Mariana a leste. Esta estrutura de acordo com Johnson (1962) e Dorr (1969) possui traço axial E-W, apresentando-se dobrada ao longo desse eixo e, em seu interior há um conjunto de falhas com traço curvo, inclinadas para W (Chemale Jr. et al. 1994). A sul, estas falhas se conectam formando a falha transcorrente do Engenho (Guild 1957), de estruturação geral E-W e deslocamento tectônico direcional dextral entre as sequências do Supergrupo Rio das Velhas, do Grupo Itacolomi e de complexos metamórficos (Chemale Jr. et al. 1994; Baltazar

& Silva 1996).

Para Chemale Jr. et al. (1994), a tectônica do SDB é resultado de dois eventos principais. O primeiro deles, marcado pelo evento deformacional extensional do Transamazônico e o segundo, de caráter compressional, do Brasiliano, no qual se formou o seu sistema de falhas de empurrão, do qual a falha do Engenho faz parte.

Almeida (2004) propõe duas fases de dobramentos para explicar a pré-nucleação do arcabouço estrutural do sinclinal Dom Bosco. A fase D1, expressada pela nappe Ouro Preto, localizada na porção centro meridional do sinclinal Dom Bosco, possui feições reliquiares, xistosidade S1 pentretrativa, plano paralela ao acamamento. Os grupos Itabira, Piracicaba e Sabará encontrados nessa porção estão invertidos estratigraficamente. Já a fase D2, caracteriza-se pelo redobramento da nappe Ouro Preto, fato que gerou a xistosidade S2 penetrativa, plano axial de dobras F2.

A figura 2.3 contém o mapa geológico simplicado do QFe e algumas de suas estruturas, dentre elas o Sinclinal Dom Bosco.

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2.5

GEOMORFOLOGIA

Ao longo do tempo muitos autores realizaram estudos com o objetivo de compreender como determinados fatores se relacionam e influenciam na geomorfologia do QFe, como erosão diferencial, geração de superfícies de aplainamento, controle litoestrutural, dentre outros.

Barbosa (1980) através da relação de padrões de curvas de nível de relevos que sofreram processos erosivos e, por consequência, foram aplainados, observou que as sinclinais e anticlinais que fazem parte do conjunto estrutural que compõe o QFe passaram por processos erosivos que ocasionaram o aplainamento dessas estruturas.

Varajão (1991), investigando a evolução morfogenética do QFe, realizou uma análise quantitativa baseada na relação entre frequência e área ocupada por curvas de níveis. Observou-se que o controle litoestrutural da região desempenha um papel único na evolução da paisagem. Também afirmou que as litologias que apresentam maior caráter de resistência, como o quartzito e itabirito, ocupam as porções mais altas dos terrenos, enquanto as litologias representadas por xistos e filitos Figura 2.3 - Mapa geológico simplificado do Quadrilátero Ferrífero com litologias e feições associadas. SG=

sinclinal Gandarela, SOF= sinclinal Ouro Fino, AC= anticlinal de Conceição, SDB= sinclinal Dom Bosco, SM=

sinclinal Moeda e serra da Moeda, AM= anticlinal de Mariana, SC= sinclinal Curral. Modificado de Lagoeiro et al. 2011.

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ocupam locais de preenchimento de estruturas como anticlinais e sinclinais e, por fim, os tipos rochosos do embasamento, como granitos, gnaisses e migmatitos, litotipos que apresentam menor resistência ao intemperismo e erosão, ocupam as porções mais baixas do relevo.

A análise da denudação química tornou-se uma importante metodologia aplicada à compreensão dos modeladores do relevo e evolução da paisagem. Cherem (2012) avalia que a taxa média de erosão possibilita a realização de interpretações sobre os processos erosivos.

Em estudos sobre a evolução da paisagem do complexo cristalino do QFe, mais especificamente no Complexo Bação, constituído por granitóides, Parzaneze (1991), definiu que a exposição do saprólito de textura arenosa apresenta maior grau de erodibilidade do que o horizonte B, sendo este um dos fatores que potencializou a geração das voçorocas nesse local. Quanto as áreas fora do complexo Bação, como as do Supergrupo Minas e Rio das Velhas (Bacellar et al. 2005), avaliam que estas apresentam menos voçorocas, devido à menor erodibilidade e menor espessura dos saprólitos argilosos.

Quanto à influência da tectônica recente como modeladora do relevo, Saadi (1991) e Valadão (1998) investigaram a influência de pulsos tectônicos, datados do cenozoico na configuração do relevo. Lipski (2002) caracterizou pulsos tectônicos do final do Oligoceno e início do Mioceno através de depósitos argilosos cenozoicos que ocorrem nos sinclinais Moeda e Dom Bosco, onde foram encontradas evidências de deposição coluvionar. Fluxos gravitacionais de sedimentos depositados em compartimentos de meia vertente também foram estudados por Figueiredo et al. (2004) como resultados da neotectônica cenozóica. Magalhães Júnior & Saadi (1994) e Magalhães Júnior et al.

(2011) propõem que mudanças na paisagem e em cursos fluviais que incidem verticalmente os vales das cabeceiras do alto Rio das Velhas seriam um resultado dos soerguimentos originados no cenozoico.

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CAPÍTULO 3 3 ESTUDO DE VOÇOROCAS

3.1 PROCESSOS EROSIVOS

De acordo com Silva et al. (2015) a erosão é um processo que compreende a desagregação, transporte por agentes como água ou vento e, posterior deposição. Ainda de acordo com este autor, há alguns agentes que são caracterizados como os principais responsáveis pelos processos erosivos, como a água da chuva, responsável pela geração da erosão hídrica, causada pelo destacamento das partículas em função da alta energia de impacto das águas da chuva.

Segundo Lepsch (2002), a erosão hídrica é o principal mecanismo de erosão e ocorre em duas fases: a desagregação e o transporte. A desagregação segundo ele é ocasionada principalmente pelo impacto da água da chuva com alta taxa de energia, especialmente em solos que não possuem vegetação, ou seja, estão desprotegidos. E o transporte depende de fatores como o tamanho das partículas, pois quanto menor a partícula, como silte e argila, mais fácil se dá o carreamento dessas.

A erosão ocasionada pela chuva, analisada por Cherobin (2012) revelou que alguns parâmetros influenciam diretamente nesse processo, que são eles: tamanho da gota, velocidade, distribuição, ângulo e direção, intensidade, frequência e duração.

Outros autores defendem outras propriedades responsáveis pela erodibilidade dos solos. De acordo com Lal (1994), as propriedades do solo, tais como tamanho das partículas, minerais constituintes, presença de matéria orgânica, dentre outros, influenciam na resistência do solo e, consequentemente na erodibilidade, desagregação de partículas e transporte realizado pela água pluvial.

3.2 TIPOS DE EROSÃO 3.2.1 Erosão laminar

Este tipo de erosão de acordo com Lepsch (2002) é ocasionado pela remoção de finas camadas do solo, de forma uniforme. O mecanismo responsável por isto refere-se ao impacto das gotas da chuva no solo, que ocasiona a quebra de agregados, produzindo partículas menores que se tornam mais susceptíveis de serem carregadas pela água pluvial, que em atuação prolongada provoca o aparecimento de canais (figura 3.1).

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De acordo com Drumond (2006), a erosão laminar se deve ao fato de a intensidade da chuva ser maior que o grau de infiltração que o solo apresenta. Dessa forma, esse volume de água em superfície se acumula e converge para locais onde há depressões, gerando o fluxo em lâmina.

Figura 3.1- Imagem de erosão laminar. Extraído de Fushimi et al. (2020).

3.2.2 Erosão em sulcos

Lepsch (2002) afirma que a erosão em sulcos ocorre em função de a superfície do solo não ser uniforme, ou seja, devido à presença de irregularidades na superfície que contribuem para que o fluxo das enxurradas siga por um caminho preferencial e, assim, se concentre em canais específicos. Quando este evento ocorre em encostas, a água pode convergir para outros canais já acentuados, ocasionando o aprofundamento destes.

Filho (2014) define os sulcos como canais que foram gerados devido à concentração de água proveniente de escoamento superficial, responsável por gerar incisões em forma de filetes, atingindo baixas profundidades do relevo (figura 3.2).

Figura 3.2- Erosão em sulcos. Extraído de Santana (2019)

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21 3.2.3 Erosão em ravina

Segundo Rego (1987) a erosão em ravina se dá pela intensificação da erosão em sulcos com o aumento da sua largura e profundidade. Alguns fatores foram citados por este autor como sendo os responsáveis pela intensificação da erosão, como as fortes chuvas que provocam o aumento do escoamento e geram eventos de queda das paredes laterais das canaletas. O autor observou ainda, que a erosão em ravina ao atingir o saprólito passa a se orientar de acordo com as estruturas da rocha matriz, como a foliação.

Oliveira (1994) e Cerri et al. (1997) classificam as ravinas como estruturas que apresentam forma alongada, possuindo o comprimento em unidades superiores à largura. Além disso, definem que a profundidade das ravinas pode ser variável, porém sem alcançar o lençol freático e sem a ocorrência de ramificações (figura 3.3).

Figura 3.3 - Erosão em ravina. Imagens disponíveis em: https://www.preparaenem.com/geografia/erosao.htm, acesso em 31/08/2021.

3.2.4 Erosão em voçoroca

Rego (1987) define a erosão em voçorocas como um fenômeno resultado de um estágio mais avançado do ravinamento, podendo apresentar formas variadas, como cavernas, buracos ou canais profundos. De acordo com Almeida Filho (2014), as voçorocas ocorrem devido ao aprofundamento das ravinas no terreno atingindo o lençol freático. Desse modo, a combinação entre água subsuperfical e superficial seria responsável por aumentar a velocidade do processo erosivo.

Já para outros autores, como Santos (2002) as voçorocas são feições que se desenvolvem a partir de um processo erosivo que tem como principal agente a água das chuvas. Durante o escoamento superficial laminar, estas podem se concentrar gerando sulcos que são os responsáveis por formar as ravinas e a evolução destas últimas ocasiona o surgimento de voçorocas.

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Segundo o Instituto de Pesquisa e Tecnologia – IPT (1990), as voçorocas são caracterizadas pela queda de blocos, afloramento do lençol freático e/ou surgência de água, sendo que fatores dimensionais como profundidade, largura e espessura não são considerados.

Para Pichler (1953) as voçorocas, denominadas por ele como boçorocas são formas erosivas que apresentam formato em “V”, estreitas, profundas e com flancos íngremes. Quanto à profundidade, estas podem alcançar de 15 a 30 metros ou até mesmo atingir centenas de metros (figura 3.4).

Figura 3.4 - Ilustração de processos erosivos com a formação de voçorocas. Extraído de Santana (2019)

Futai et al. (2005) propõem um modelo de evolução para as formas erosivas que se desenvolvem em solos não saturados, a partir do escorregamento retrogressivo, que se iniciaria devido à perda de coesão do solo e desestabilização do talude, principalmente em eventos de chuva, em consequência ocorrem os escorregamentos rotacionais (Figura 3.5).

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Quanto ao formato das voçorocas, existem diversas classificações a respeito do tema. Para este trabalho será adotada a classificação proposta por Ireland et al. (1939) apud Bigarella (2003), que indicou as seguintes classes, baseadas na morfologia: linear, bulbiforme, dendrítica, em treliça e paralela (Figura 3.6).

Figura 3.6- Representação das formas das voçorocas de acordo com Ireland et al. (1939).

Figura 3.5 - Modelo evolutivo dos processos erosivos que culminam no desenvolvimento de voçorocas. Modificado de Futai et al. (2005).

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CAPÍTULO 4 4 CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS ROCHOSOS

4.1 INTRODUÇÃO

Neste capítulo é apresentada uma breve definição sobre os maciços rochosos e métodos geotécnicos utilizados neste trabalho. As análises geotécnicas são diversas, englobando tanto o estudo de rochas quanto de solos, sendo os últimos os mais explorados quando se investigam voçorocas.

Contudo, considerando a análise do maciço rochoso associado à voçoroca em estudo, foram utilizados dois métodos principais: a classificação geomecânica do maciço do tipo Rock Mass Rating (RMR) de Bieniawski (1989), para avaliar a qualidade do maciço e a análise cinemática de talude a fim de se fornecer um possível modelo de ruptura dos taludes verificados na voçoroca.

4.2 MACIÇO ROCHOSO

Serra Junior & Ojima (1988) caracterizam um maciço rochoso como um conjunto de blocos de rocha justapostos, também denominada por Bieniawski (1989) como uma massa rochosa que é separada por descontinuidades. Quanto ao grau de isotropia do meio, Serra Junior & Ojima (1988) relacionam-no a quantidade de descontinuidades e a escala que elas representam no material de análise. Portanto, é imprescindível a análise tanto do material intacto quanto das descontinuidades (Bieniawski 1989). E, para Oliveira & Brito (1998), a matriz heterogênea em conjunto com as descontinuidades perfazem o maciço rochoso.

4.2.1 Descontinuidades

Jacques (2014) classifica descontinuidades como elementos, a maioria de origem geológica, que cortam e delimitam a matriz rochosa. Além disso, o autor afirma que as descontinuidades desempenham papel fundamental no comportamento geomecânico do maciço, especialmente no tocante a resistência, visto que as rupturas podem ocorrer nesses planos de fraqueza

A International Society for Rock Mechanics (ISRM 1978) define as descontinuidades como superfícies naturais em que a resistência à tração é baixa ou muito baixa. Fiori & Carmignani (2009) caracterizam as juntas, falhas, contatos litológicos como as descontinuidades mais comuns presentes nos maciços.

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26 4.2.2 Características das descontinuidades

A seguir são apresentadas algumas das principais características das descontinuidades de acordo com o que é proposto por ISRM (1978), considerando-se a relevância destas para análise e classificação deste trabalho. Vale ressaltar que nem todas as características foram tratadas neste tópico, pois foram descritas no tópico sobre Rock Mass Rating (RMR).

4.2.2.1 Orientação

A orientação de um plano é a atitude desse plano e é medida considerando-se a direção e o mergulho do plano (figura 4.1). A direção é o ângulo formado entre o norte geográfico e a linha de interseção do plano da descontinuidade com o plano horizontal. O mergulho é obtido medindo-se o ângulo de inclinação do plano da descontinuidade com o plano horizontal (Magalhães & Cella 1998).

Figura 4.1- Orientação de um plano, em que α representa a direção do plano e β o ângulo de mergulho do plano.

Barton (1978).

4.2.2.2 Persistência

A persistência de acordo com a classificação sugerida pela ISRM (1978) está relacionada à extensão que uma descontinuidade ocupa em um plano. Suas dimensões podem ser calculadas analisando-se o comprimento do traço dessa descontinuidade no maciço. Fiori & Carmignani (2009) classificam a persistência como a área ocupada por uma descontinuidade. Na tabela 4.1 encontra-se a classificação da persistência.

Tabela 4.1- Classificação da Persistência, ISRM (1978)

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27 4.2.2.3 Espaçamento

O espaçamento pode ser definido, de acordo com Fiori & Carmignani (2009) como a média da distância entre as descontinuidades de uma mesma família. A tabela 4.2 contém a classificação do espaçamento de acordo com ISRM (1978).

4.2.2.4 Grau de fraturamento

Oliveira & Brito (1998) definem o grau de fraturamento como o inverso do espaçamento.

Guidicini et al. (1972) avaliam o fraturamento através da quantificação do número de fraturas que ocorrem por metro, em uma determinada direção, como está ilustrado na tabela 4.3.

4.3 RMR (Rock Mass Rating)

O sistema RMR (Rock Mass Rating) trata-se de um modelo de classificação geomecânica proposto por Bieniawski. O modelo adotado para uso neste trabalho refere-se ao divulgado em 1989, após modificações da versão inicial do trabalho de Bieniawski em 1973.

Tabela 4.3 - Grau de Fraturamento, Guidicini et al. (1972) Tabela 4.2 - Classificação do espaçamento, ISRM (1978)

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Bieniawski (1989) propôs um modelo de classificação baseado em seis parâmetros, a saber:

resistência da rocha intacta, Rock Quality Designation (RQD), espaçamento entre as descontinuidades, condição das descontinuidades, presença de água e orientação das descontinuidades (tabela 4.4 e 4.5).

Esses parâmetros são agrupados em faixas de valores, ou seja, cada item possui um peso atribuído a ele e o somatório desses parâmetros fornece o índice RMR que corresponde a uma das cinco classes de qualidade do maciço, tabela 4.6.

Para a aplicação da metodologia, Bieniawski (1989) propõe que o maciço seja dividido em regiões que possuam características semelhantes e uniformes. Estas regiões estruturais são individualizadas considerando-se as descontinuidades que delimitam essas seções, tais como falhas, fraturas, zona de cisalhamento, dentre outras.

Este sistema é considerado de simples aplicação, de acordo com Bieniawiski (1988), pois os parâmetros podem ser obtidos através de mapeamento geológicoou através de investigação geotécnica utilizando-se furos de sondagem. Contudo, o autor faz uma observação referente à necessidade de classificação de todos os parâmetros citados, pois a ausência de algum deles pode inviabilizar a execução do estudo.

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Tabela 4.4 - Parâmetros de classificação RMR. Adaptado de Bieniawski (1989)

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Para maior detalhamento das descontinuidades e análise mais crítica dos parâmetros associados, pode-se utilizar a tabela abaixo (tabela 4.5).

Tabela 4.5 - Valores associados às descontinuidades por parâmetro. Modificado de Bieniawski (1989)

O Parâmetro de resistência da rocha intacta é quantificado por Bienawski (1989) através dos ensaios de carga pontual e compressão uniaxial. Dada a inviabilidade de realização destes ensaios em laboratório, os mesmos serão estimados através de testes realizados em campo. A tabela 4.7, contém as informações sobre a determinação da resistência de forma indireta.

Tabela 4.6- Classes de atribuições RMR. Adaptado de Bieniawski (1989)

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Tabela 4.7- Classificação da resistência. Modificado de ISRM (1978)

4.4 ANÁLISE CINEMÁTICA EM TALUDE DE ROCHA

A análise cinemática de taludes trata-se de uma metodologia que tem por objetivo identificar pontos em que o maciço apresenta comportamento pouco estável e, dessa forma, prever possíveis rupturas (Fiori & Carmignani 2009). Hoek & Bray (1981) definem quatro principais modelos de ruptura e a sua representação estereográfica (figura 4.2), que são: ruptura planar, ruptura em cunha, tombamento de blocos e escorregamento circular.

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Segundo Azevedo e Marques (2006) a estabilidade de um talude está condicionada à presença de descontinuidades que representam planos de fratura, local onde o maciço apresenta menor resistência. Os parâmetros do maciço como a resistência e deformação estão relacionados às condições em que eles ocorrem, tais como persistência, espaçamento, orientação e propriedades mecânicas dos planos em que ocorrem. Bieniawski (1989) sugere que as análises de materiais rochosos devem compreender tanto as caraterísticas do material intacto, a massa rochosa, quanto das descontinuidades, sendo esta segunda de maior relevância na investigação.

Para realizar a análise cinemática do talude, inicialmente, deve-se determinar as famílias de descontinuidades, estruturas essas que devem apresentar características similares, principalmente a orientação. Para tal análise, utiliza-se a bússola de geólogo para obter a atitude de fraturas, falhas, juntas, foliação, dentre outros tipos de descontinuidades. Posteriormente, os dados estruturais são plotados e analisados em projeção estereográfica ou inseridos em softwares especializados como o Stereonet 11, que pode ser obtido gratuitamente através do link:

http://www.geo.cornell.edu/geology/faculty/RWA/programs/stereonet.html.

O software Stereonet 11 é um programa que possibilita diversas avaliações de um maciço rochoso, dentre elas a cinemática de modelos de ruptura. Este software possui como principais parâmetros para a avaliação de modelos de ruptura, a face do talude, as descontinuidades principais como fraturas, foliação e acamamento, plano de escorregamento e ângulo de atrito. Através da análise espacial das estruturas citadas, o programa fornece informações sobre os pontos mais críticos do talude, que são os locais mais propensos a sofrerem algum tipo de escorregamento.

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Figura 4.2- Principais tipos de ruptura em talude e representação em projeção estereográfica. Adaptado de Hoek & Bray (1981).

4.4.1 Ângulo de atrito

A estimativa do ângulo de atrito das descontinuidades proposta por Barton (2002) encontra-se na equação 4.1 seguinte:

φr = tan⁻¹(^𝐽𝑟_𝐽𝑎) (Equação 4.1)

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Em que φr é o ângulo de atrito, Jr e Ja são, respectivamente, os valores de rugosidade e alteração, propostos por Barton et. al. (1974). As tabelas 4.8 e 4.9 apresentam as classificações desses parâmetros.

Tabela 4.8- Valores de rugosidade (Jr) para o sistema de classificação Q. Modificada de Barton et. al. (1974).

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Tabela 4.9- Valores de alteração (Ja) para o sistema de classificação Q. Modificada de Barton et al. (1974).

4.4.2 Ruptura circular

Este tipo de ruptura ocorre em rochas de baixa competência, muito alteradas ou fraturadas, nas quais o maciço apresenta comportamento de solo (Fiori & Carmignani 2009). Segundo Pereira (2012) a ruptura circular ocorre em maciços muito intemperizados, em função de as descontinuidades apresentarem pouca relevância no processo, devido à baixa resistência da rocha alterada. Na figura 4.3 há uma representação esquemática desse modelo de ruptura.

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Figura 4.3- Esquema representativo da ruptura circular. Modificada de Duncan & Christopher (2005)

4.4.3 Ruptura planar

Wyllie & Mah (2004) propõem alguns critérios (Figura 4.4) para a ocorrência deste tipo de ruptura, são eles:

i) O mergulho do plano de escorregamento deve ser inferior ao ângulo de inclinação da face do talude (ψp<ψf);

ii) O mergulho do plano de escorregamento deve ser maior que o ângulo de atrito deste plano (ψp>ϕ);

iii) O mergulho do plano de escorregamento não deve variar em cerca de 20°, em relação à direção da face do talude;

iv) A extremidade superior da superfície de escorregamento deve interceptar o plano de topo do talude ou terminar em uma fenda de tração;

v) As superfícies de alívio lateral do maciço rochoso devem apresentar baixa resistência ou o plano de escorregamento deve passar pela porção convexa do talude (Figura 4.5).