geologia inginereasca curs

7/25/2019 Geologia Inginereasca curs

1/98

1

Tema 1.Introducere. Noiuni despre geologia general

1.1. Bazele tiinei geologia inginereasc. Rolul disciplinei i legturile ei cu alte obiecteGeologia, ca termen, provine dinunirea cuvinteleor greceti (ghe)=pmnt i (logos)=

tiin.Dac la nceput termenul de geologie avea un sens mai larg, circulnd n paralel cu ali

termeni, n ultimele dou secole termenul de geologie s -a restrns pe msura dezvoltriicunotinelor despre scoara terestr i a desprinderii altor tiine ca Geoch imia, Geofizica,Geomorfologia, care impreun cu termenul de geologie alctuiesc geotiinele.

Geologia, este o tiin care studiaz compoziia i alctuirea litosferei terestre, precumi fenomenele i procesele ce duc la schimbri ale acesteia n condiiile ambianei naturale ncare evoluiaz Pmntul. Prin compoziie, facem referire la coninutul chimic, minerologic,petrografic, litostratigrafic i paleontologic al litosferei, iar prin alctuire ne gndim la structurade ansamblu a scoarei terestre.

Geologia are ca scop teoretic reconstituirea istoriei i evoluiei litosferei, iar ca utilizarepractic punerea n valoare a rezervelor de substane minerale utile i a precizrii condiiilor

optime de amplasare a fundaiilor costruciilor inginereti industriale i civile.Sintetiznd cele menionate anterior, Geologia poate fi definit ca disciplina ce se ocup

cu studiul fenomenelor i proceselor geologice de astzi, mpreun cu condiiile naturale n carese produc , n vederea descifrrii istoriei i legilor de evoluie a litosferei. Pentru caracterizareaGeologiei s-au folosit i alte denumiri cum ar fi: Geologie general, Principii de Geologie,Bazele geologiei, Introducere n Geologie, Geologie dinamic, Geologie actualistic .Utilizarea acestor denumiri s-a fcut n funcie de elementele pe care diveri autori au cutat s leevidenieze, nici unul din termeni ns nu poate reflecta perfect sfera de preocupri cuprinse ndefiniia dat mai sus.Termenul de Geologie fizic este cel mai cuprinztor i mai adecvat

pentru aceast disciplin care include principii de geologie fizic, relaii Paleontologie Geologie, relaii fizica globului, Geologie, Geodinamic intern, Geodinamic extern, problemegenerale teoretice de geologie.

1.2. Relaii cu alte tiine ale naturii

Geologia fizic are relaii anumite discipline ce se grupeaz n tiinele naturii de lacare mprumut o serie de date i informaii, metode i principii pentru a-i defini propriileconcluzii asupra compoziiei, alctuirii i evoluiei litosferei. Cele mai apropiate disciplini deGeologia fizic sunt:

Astronomia, tiina care se ocup cu corpurile materiale la scar cosmic i carefurnizeaz geologiei informaii despre ambiana n care evolueaz Pmntul ca planet, precumi date despre micrile, dimensiunile i forma general a globului terestru.

Fizica, ofer Geologiei date precum gravitaia, magnetismul, electricitatea, precum iinformaii referitoare la mecanic, curgerea fluidelor, termodinamic, fizic nuclear. Geologiaofer n schimb date Fizicii referitoare la distorsiunea rocilor, deformarea plastic i ruptural a


2/98

2

corpurilor uriae, informaii asupra caracterelor fluidelor din interiorul Pmntului (lave, ap,petrol, gaze vulcanice i combustibile) i a circulaiei ei prin medii poroase i fisurate.

Chimia, care studiaz compoziia i micarea materiei la nivelul atomilor, explicgeologiei mecanismul de grupare i regrupare a atomilor n procesele de genez i alterare a

mineralelor ce intr n compoziia rocilor.

Biologia,ca tiin a proceselor vii, d geologiei criterii de clasificare a fosilelor printeoria evoluiei organismelor. Acest fapt duce la stabilirea vrstei relative a stratelor. Bilogia arestrnse legturi cu Paleontologia i Biostratigrafia, dar relaiile cu Geologia fizic suntntemeiate pe baza Ecologiei, ce stabilete legile de interdependen ntre mediul inconjurator iorganismele actuale.

Geografia furnizeaz Geologiei fizice date asupra morfologiei terestre. Geologia i ofer nschimb informaii privind dinamica fenomenelorce ce afecteaz scoara terestr, a influenei

litologiei i structurii formaiunilor geologice asupra reliefului. Ca disciplin de grani a luatnatere Geomorfologia, ce studiaz legile de evoluie a formelor terestre.

1.3. Bazele i scopul geologiei inginereti

Geologia inginereasc, se ocup cu studiul tuturor proceselor care au loc n scoaraglobului terestru.

n esen Geologia inginereasc studiaz:

- Compoziia, structura, starea i proprietile fizico-mecanice, ale rocilor i alepmnturilor, n raport cu comportarea lor sub sarcina construciilor.

-

Fenomenele naturale fizico-geologice i eventuala lor influen n viitor, n timp i spaiu,asupra construciilor.

- Procesele tehnico-geologice, care se vor produce n roci, ca urmare a ridicrii i afolosirii unor construcii.Separarea acestei ramuri geologice, ca tiin independent, care folosete larg toate

metodele de cercetare ale Geologiei propriu-zise.Datele Geologiei inginereti se bazeaz pe studii speciale de teren i de laborator,

efectuate n regiunea construciei sau n vecinatatea ei imediat, rezultatele obinute n cercetrilei observaiile (din cartri, foraje, sondaje deschise, analize etc.) se deosebesc de cele pur

geologice, prin faptul cum a artat i academicianul F. Savarenski, ca se exprim cantitativ.Aceste rezultate au ca scop s furnizeze inginerului, date asupra terenului de fundaie, necesaresoluionrii problemelor de baz pentru proiectarea i executarea construciilor, date care serefer la:

Alegerea amplasamentului construciei i alegerea adncimii cotei de fundare pentru

construcia respectiv.


3/98

3

Determinarea poriunilor periculoase sau mai puin stabile ale traseului, ale

amplasamentului construciei etc., pentru care sunt necesare lucrri special. Determinarea caracteristicilor terenului de fundaie, n special cu privire la stabilitate,

rezisten, compresibilitate etc., n legtur cu schimbrile posibile ale mediului geologic,att n timpul executrii construciei, ct i n timpul folosirii ei.

Determinarea aciunii apelor subterane asupra construciei i asupra rocilor ipmnturilor din terenul de fundaie.Geologia propriu-zis are ca scop cercetarea stratigrafic, tectonic, dinamic etc. n

aceast parte se studiaz originea formrii regiunii, se stabilete caracterul petrografic aldiverselor straturi, se explic fenomenele tectonice care au dus la formarea actualei stratificaii.Tot aceast parte se ocup cu aciunea agenilor modificatori ai scoarei (atmosfera, apa,variaiile termice etc.) i n general cu studiul fenomenelor fizico-geologice (alunecri, tasrietc.) care intereseaz pe ingineri.

1.4. Metode de cercetare. Cercetarea inductiv

n cadrul acestui tip de cercetare se pornete prin culegerea de date individuale din puncteizolate, care ulterior prin generalizare i interpretare pot da o imagine de ansamblu asupraunui obiectiv geologic luat n studiu. Pentru o interpretare ct mai concret i mai veridic afenomenului geologic studiat, se fac numeroase observaii directe pe teren, n afloriamente,galerii, foraje, continuate prin numeroase activiti de laborator i coordonate cu msuratori iinterpretri geofizice, geochimice i aerofotogrammetrice i de teledetecie.

1.4.1. Observaii directe n teren

Observaiile n teren se execut asupra afloriamentelor (deschiderilor la zi) n rocile insitu(n loc) urmrindu-se roca vie i nu alterat. n afara afloriamentelor, observaiile de terense fac n cariere, galerii i lucrri miniere, cum ar fi anuri, gropi, puuri spate, precum iasupra carotelor extrase din foraje.

Geologul trebuie s aib o foarte bun pregtire profesional pentru a sesiza cele maimici amnunte, deosebit de importante n cercetarea geologic. Geologul trebuie s stabileasctoate caracterele rocilor vizibile cu ochiul liber, precum i prezena mineralelor principale, modulde zcmnt, granulometria materialului detric, grosimea stratelor, modul i gradul de alterare arocilor, succesiunea litologic i orientarea n spaiu a stratelor, coninutul paleontologic

principal i modul de distribuie a fosilelor, caracterul iorientarea fisurilor, raportul dintre roci solul format pe aceasta. Pentru concretizarea acestor observaii, se fac msurtori spaiale cubusola geologic, msurtori de distan (cu pasul, ruleta), se noteaz datele n i se fac schie.

Unele concluzii pot fi simple i imediaten cazul stratelor nclinate evident, care indicfaptul ca au luat aceast poziie n spaiu datorit unor micri tectonice care le -au afectat,schimbndu-le poziia iniial.


4/98

4

Geologului i revine misiunea concret de a preciza situaia real din teren. O schimbarede facies a aceluiai strat urmrit pe nclinare, prin trecerea n sus la faciesuri mai grosiere,sugereaz condiii de sedimentare n bazine cu ap puin adnc, deci existena ridicrii funduluibazinului marin. Din exemplele prezentate i din multitudinea de probleme care se pun i apar nobservaiile de teren i care se cer rezolvate po loc, se poare constata c geologului i se cer: o

pregtire multilateral solid, aprecierea corect a datelor de teren, sim dezvoltat de orientare nspaiu i un spirit de sintez, de ncadrare a datelor obinute din afloriamente n imaginea unitara obiectului geologic luat n studiu.

Datele observate direct de geolog, sunt completate de foraje i galerii subterane, de undese pot preleva carote i eantioane de roci nealterate.

Dar observaiile directe din teren nu sunt suficiente pentru rezolvarea problemelorgeologice, de aceea trebuie prelevate probe pentru continuarea studiului n laborator.

1.4.2. Observaii de laboratorObservaiile de laborator continu ntotdeauna pe cele de pe teren i se efectuiaz pe

probe, prelevate de geolog din afloriamente, din carote de foraj sau probe provenite din galeriisubterane ale minelor. n laborator, n funcie de scopul cercetrii, probele sunt supuse la procesede pregtire fizic sau chimic.

Analizele n laborator necesit o aparatur din ce n ce mai complex i mai modern.Acestea sunt aparatur optic: microscoapele biologice i polarizante, microscoapele electronice,lupe, aparate de vizare i citire automate etc. Se mai utilizeaz spectrografe, derivatografe,spectrofotometre etc. Toate aceste aparate au scopul de a oferi rezultate pe baza analizelor

complexe la care sunt supuse rocile. n ultimul timp, tehnica modern de automatizare i calculeste din ce n ce mai utilizat n laboratoarele geologice pentru stocarea i interpretareanumeroaselor date geologice complexe, n vederea efecturii unor studii geologice de mareprecizie. Astzi, interpretarea aerofotogramelor sau adatelor primate de la satelii nu mai poate fifcut dect pe baza utilizrii metodelor de statistic matematic, de probabilitate i prognozgeologic, care reclam o tehnic moderna de calcul i interpretare.

1.4.3. Metode indirecte de cercetare

Metodele indirect de cercetare reprezint o continuare a etapei de laborator, care se refer

la interpretarea datelor prin diferite procedee.

ntre metodele indirecte, de cercetare cele mai modern sunt:

Aerofotogelogia este o metod de cuprindere ntr-o imagine unitar sintetic a unor dategeologice de un anumit tip, cum ar fi de exemplu nclinarea stratelor, alunecri de teren,rspndirea i curgerea apelor freatice etc. Metoda se aplic n regiuni necunoscute sau greuaccesibile i const din imbinarea fotografiei cu efectuarea pe teren a unui studiu de teren pe un


5/98

5

profil etalon, necesar interpretrii. Se execut fotografii din avion sau elicopter n condiiiclimaterice favorabile, fotografieri n infrarou, precum stabilirea valorii fluxului termic terestru.

Metode geochimice, prin msurtori fcute, redau efectele de la suprafa ale unorfenomene i procese chimice, care i au originea n interiorul Pmntului, la adncimi variate.

Mediul prin care ele sunt filtrate, crusta terestr, are funcia de transfer al elementelor chimice,care migreaz ctre suprafa sau n apropierea acesteia, ele fiind reprezentate prin alterarearocilor, procese exotermice produse prin reaciile dintre vaporii i gazelle ce ies din soluie, dinlave etc. Dac sursa este profund (zonele de generare a hidrocarburilor, locul de natere avaporilor de la baza geyserilor, poriunile de mobilizare a plcilor subdues n astenosfer), atunciinflena funciei de transfer al elementelor chimice de ctre crusta terestr are o importandecisiv. Aceasta se manifest prin topiri ale rocilor, ieiri sau intrari n soluie a vaporilor,reacii chimice care au loc pe parcurs.

Metode geofizice de cercetare ofer date asupra caracterelor actuale ale Pmntului,

asupra distribuiei n spaiu a diferitelor aspect fizice la scar terestr, regional sau local (ex.Anomalii gravimetrice, discontinuiti seismice etc.). Prin diverse metode de investigaiegeofizic se obin date despre transformrile din interiorul Pmntului, de exemplu, derivaplcilor litosferice, schimbrile n timp geologic a orientrii magnetizrii rocilor, variaiacmpurilor naturale de gravitaie, magnetism, electricitate, radoactivitate.

Utilizarea metodelor geofizice este uneori foarte costisitoare n raport cu eficiena l orgeologic.

Interpretarea geologic la scar terestr a datelor geofizice ntmpin unele greuti din

cauza discrepanei de precizie a unor parametric fizici.Greeli pot aprea din cauza c geologii, geofizicienii i geochimitii nu sunt pe deplin

familiarizai cu toate problemele fiecrei specialiti n parte.

Teledetecia este o metod modern de observaie de la distan a unor elementegeologice pe care nu putem sa le vedem din apropiere. n teledetecie se utilizeaz fluxuri deunde electromagnetice n diferite benzi de frecven i care se recepioneaz ulterior ca undereflectate, cu aparate sensibile, ce ofer imagini generale ale suprafeei de teren studiate.Teledetecia se poate face de pe puncte nalte, din avion sau din satelit. Imaginile oferite prinmetoda teledeteciei sunt apoi interpretate de geologii comparate cu datele obinute din teren.

Dezavantajele metodei teledeteciei sunt, costul foarte ridicat, accesul foarte dificil lainformaiile oferite de teledetecie (n general datelesunt secrete).

Tema 2. Structura globului trestru


6/98

6

2.1. Forma i dimensiunile globului terestru

Globul terestru este un corp cosmic care face parte din sistemul solar alctuit din 9

planete care graviteaz n jurul unei stele Soarele.Msurtorile mai precise au permis s se constate c forma Pmntului este neregulat

fcndu-se abstracie de relief, fiind proprie planetei noastre, de unde vine i denumirea degeoid,un elipsoid de revoluie cu partea inferioar mai bombat, turtit la poli i umflat la ecuator. ntregeoid i elipsoid exist o mic abatere de cel mult 120 m. Abaterile geoidului de la forma deelipsoid fiind foarte mici, la scar planetar.

n calcule se adopt forma de elipsoid regulat cu dou axe. Semiaxele acestu i elipsoid,determinate cu ajutorul aparatelor de pe satelii geodezici adoptate, n 1967, au urmtoarelevalori:

raza ecuatorial (a) = 6378,388 km;

raza polar (b) = 6356,912 km;

diferena razelor = 21,476 km; turtirea polar = 1/297.

Din msurtori a rezultat c polul sud terestru este cu 30 m mai aproape de ecuator dectpolul nord.

Alte dimensiuni ale Pmntului sunt:

aria suprafeei globului este = 510,1 106 km2;

volumul globului = 1083 109 km3;

masa globului = 5,9751024 kg;

densitatea medie = 5,517 g/cm3 .Pmntul efectueaz dou micri principale: una de rotire n jurul axei polilor, numit

micare de rotaie i o alta de deplasare n jurul Soarelui dup orbita terestr, micare derevoluie.


7/98

7

Traiectoria pe care o parcurge Pmntul n timpul unui ciclu de revoluie n jurul soarelui,adic orbita terestr, este de form eliptic, cu lungimea de 930 106 km.

Fa de planul orbitei terestre, planul ecuatorial terestru are o nclinare de 23o 27.

Pmntul descrie micarea de revoluiede la vest la est timp de 365 zile, 5 ore, 48 min. i46 sec. cu o vitez de circa 30 km/s, adic 106.000 km/or.

Micarea de revoluie duce la inegalitatea zilelor i a nopilor i la succesiunea celor patruanotimpuri ceea ce nseamn mari variaii de temperatur n anumite zone ale globului terestru,cele cu climat temperat i zonele deertice.

Micarea de rotaie, se efectuiaz de la vest la est n timp de 23 de ore, 56 min. i 2 sec,cu viteza 464 m/s, la ecuator, i are drept consecine alternana zilelor i a nopilor, ca i deviereatuturor micrilor de la suprafaa globului.

Ziua reprezint o perioad de nclzire diferit funcie de zon i factorii climatici iarnoaptea o perioad de rcire. Ca urmare a acestei diferene termice de la zi la noapte se imp uneun ritm morfodinamic extern diurn cu consecine directe asupra alterrii rocilor. Deviereamicrilor de la suprafaa globului, datorit rotaiei, se face spre dreapta n emisfera nordic ispre stnga n emisfera sudic i este determinat de fora Coriolis care determin abatereacursurilor rurilor nspre dreapta, asimetriea albiilor i a vilor fluviatile prin procesul deeroziune i depunere diferit.

Ca urmare a micrii de rotaie, la suprafaa terestr ia natere o for centrifug, maxim laecuator i scade spre poli unde este egal cu zero, iar fora de gravitaie crete de la ecuator spre

poli.

2.2. Structura intern a Pmmntului

Cunoaterea structurii interne a Pmntului a reprezentat o problem deosebit deinteresant pentru o ntreag categorie de specialiti, dintre care vom aminti geologi,geofizicieni, geochimiti .a. Mijloacele de informare sunt ns influenate de dezvoltareatehnicii, a aparaturii i a instrumentelor utilizate pentru cunoaterea acestei structuri.

Din rezultatele obinute prin cercetri directe i prin metode indirecte a rezultat cglobul terestru este alctuit dintr-o serie de zone concentrice, aproximativ sferice. Aceste

rezultate au fost obinute prin foraje de adncime cu greu pn la adncimea de 16 000 m (forajuldin Peninsula Kola), ct i prin metode indirecte bazate pe date astronomice, date geochimice,date seismilogiece.

Datele astronomice se bazeaz pe studiu meteoriior czui pe suprafaa Pmntului,fiind considerai resturi ale unor planetecu o compoziie chimic i minerologic asemntoareinteriorului inaccesibil al globului. Deoarece densitatea medie a pamantului este de 5,5 iar a


8/98

8

crustei granitice 2,7 si respectiv 3 a celei oceanice s-a tras concluzia ca inspre interior trebuie saexiste o materie mai densa. Intr-adevar compozitia meteoritilor vine sa confirme aceastasupozitie. Meteoritii sideritici sunt meteoriti metalici formati esential din Ni si Fe cu o densitaterelativ ridicata (46). In schimb meteoritii pietrosi (litici) sunt alcatuiti din silicati de aluminiusi SiO2cu densitate de 2,53. Asadar, cei de pe urma, cei litici, ar avea o compozitie similara cu

scoarta pe cand cei metalici ar avea o structura asemanatoare cu zonele profunde, de nucleu alePamantului.

Datele geochimi ce. Acestea rezult din analiza rocilor din scoara terestra care ne estedirect accesibila si de asemenea din rocile aduse de vulcani spre suprafata o data cu procesele deeruptie. Se cunoaste astfel ca in Africa de Sud a fost adus la suprafa un peridotit format la 230250 km adancime. Aceasta ar fi roca format la cea mai mare adncime cunoscut pn astzi.

Studiile statistice au evideniat c n scoara terestra 8 elemente reprezint 98% din masaacesteia: oxigen 46,7%, siliciu 27,7%, aluminiu 8%, fier 5%, calciu 3,6%, sodiu 2,7%, potasiu2,6%, magneziu 2%. Acestea formeaza urmatoarele combinatii: SiO2 59%, Al2O315,2%,

Fe2O3+ FeO 6,8%, CaO 5,1%, NaO 3,7%, KO23,1%, MgO23,4%. Reiese din cele artate cscoara terestr este compus esenialmente din oxigen.

Se mai impune si o alta constatare asupra scoartei terestre: se individualizeaza doiconstituienti de baza granitul si bazaltul (in esenta crusta continentala este granitica iar ceaoceanica bazaltica).

Date seismologice. Specialitii s-au folosit ns de undele seismice, produse natural(cutremure) sau artificial, pentru a explora zone mai adnci ale globului terestru. Se remarcastfel unde longitudinale (primae, notate cu P), transversale (secundae, notate cu S) i

superficiale (notate cu Q).

Variaiile gradate sau brute ale vitezei, schimbrile de direcie n adncime prin reflexiesau refracie sugereaz schimbri de densitate ale mediilor strbtute. La anumite adncimi seproduc srituri n valoarea vitezei, nsoite de reflexie i refracie, ce constituie discontinuitiseismice.

Unde longitudunale, ale cror particule de materie oscileaz pe direcia de propagare amicrii. Dintre toate undele seismice acestea au cea mai mare vitez de propagare i se propagatt n medii solide, ct i n medii fluide. Undele longitudinale se noteaz cu P, de la primae sau

primare (sunt primele unde seismece care apar pe nregistrri i se resimt ntr-un punct oarecare).Unde transversale, care sunt reprezentate prin oscilaii ale particulelorperpendiculare pe

direcia de propagare a micrii. Nu se propag n medii fluide. Se noteaz cu S, (secundae sausecundare, constituind al doilea oc).

Unde superf iciale, care se manifest ca ondulaii la suprafaa scoarei terestre i careprovoac cele mai mari deteriorri.


9/98

9

Modul de transmitere a undelor longitudinale i transversale

Importante date privind structura intern a Pmntului au fost obinute prin stabilireaadncimii hipocentrelor cutremurelor. Hipocentrele cutremurelor au fost identificate pn la 700-720 km, iar distribuia lor se face pe plane nclinate cu 30 o-60o numite plane Benioff (dupnumele geofizicianului Hugo Benioff). Aceste plane sau suprafee reprezint capetele plcilortectonice care vin n contact i care, datorit tensiunilor mari create, favorizeaz starea de

subducie a plcii cu masa mai mic, ce se afund n astenosfer. nclecarea plcii adverse pesteplanul Benioff genereaz ocuri puternice care se transmit prin vibraii seismice numitecutremure.

Elementele uni cutremur i transmiterea undelor seismice

Pe baza acestor rezultate interiorul globului terestru a fost mprit n trei geosfereprincipale: scoara terestr, mantaua i nucleul.


10/98

10

Scoara terestr(litosfera sau crusta) este partea extern a globului terestru i nveliul

cel mai subire. Are grosimea de 20...80 km n regiunile continentale i de 5...15 km sub oceane,cu o densitate medie de 3g/cm3. Limita inferioar este marcat de discontinuitatea Mohorovii,suprafaa de adncime variabil pe care se echilibreaz scoara terestr, sub forma calotelorsferice, cu astenosfera. Scoara terestr i partea superioar a astenosferei formeaz litosfera,adic partea solid de la suprafaa globului terestru. Scoara se subdivide n trei pturi:

Ptura bazalticse gsete att sub continente, ct i pe fundul oceanelor, avndo compoziie chimic asemntoare cu bazaltul, format din Si-Al-Mg. La bazasa se afl situat discontinuitatea Mohorovii. Grosimea ei variaz ntre 10...20km sub continente i 6...10 km n sectorul oceanelor.

Ptura granitic are grosimi de 15...20 km sub platforme, 20...40 km subcontinente i lipsete n ariile oceanice. Aceast ptur este cunoscut subdenumirea de sial fiind format din granite i gnaise.

Ptura sedimentar este alctuit din materiale provenite din dezagregarearocilor preexistente de ctre agenii externi. Ea are grosimi variabile pn la 20km, n zone orogene. Dei ca volum ocup doar 5 % din scoar ca suprafaacoperit 75 % din cea a Pmntului.

Apariia crustei se presupune c a avut loc fie prin rcirea globului terestru n faza sa dedezvoltare cnd era o mas incadescent, fie prin redistribuirea acestei mase la rece pe baza

diferenei de greutate specific. Apariia crustei terestre reprezint nceputul stadiului deevoluie al Pmntului, vrsta ei fiind apreciat la 4,5....5 miliarde de ani.

Mantaua (mezosfera) nconjoar nucleul, situndu-se ntre adncimile de 30...50 km i2900 km. Ea se mparte n mantaua extern i cea intern, ele difereniindu-se prin elementelecare le compun, Si, Mg, pentru cea extern i Ni, Si, Mg pentru cea intern. Nivelul de separaiese situeaz la adncimea de 800 km. n mantaua extern se formeaz magmele, care sunt topituriincadescente formate n special din silicai, bogate n gaze i vapori. Partea superioar numit


11/98

11

astenosfer are o grosime de pn la 150 km. n mantaua extern se formeaz i cureni deconvecie, cureni de magm cu viteze de cm/an, care se formeaz ntre dou straturi diferitnclzite i suprapuse, cel superior fiind mai rece. Cu ajutorul se explic formarea plciloroceanice i subducia lor, deplasarea plcilor ce alctuiesc scoara terestr, procesele seismice,etc. Mantaua are densitatea medie 5 g/cm3.

Nucleul Pmntului se ntinde de la circa 2900 km, discontinuitate Gutenberg-Wieckert, pn la centru Pmntului, el constituie partea grea a globului terestru i este formatdin Ni i Fe cu densitatea cuprins ntre 8.....12 g/cm3 i temperaturi estimate de peste 4000 o C.

Datorit schimbrii brute a comportamentului undelor seismice, la atingerea acesteizone, s-a tras concluzia c stratul exterior (E) al nucleului are proprieti de lichid, iar datoritunor reacii chimice exotermice au loc degajri enorme de energie. Acestei pri ale nucleului ise spune nucleul extern. La adncimea de 4600 km apare zona de tranziie (F) cu proprietiintermediare ntre nucleul exterior i cel interior. Nucleul interiorse gsete n stare solid cu o

densitate de circa 18 g/cm3i o presiune intern de ordinul milioanelor de atmosfere.

Prin apariia teoriei tectonicii globale, imaginea privind structura intern ctre adncimeaglobului s-a modificat prin recunoaterea litosferei, astenosferei, mantalei inferioare i nucleului(intern i extern). Litosfera nglobeaz crusta plus partea superioar a mantalei superioare,ambele stnd pe astenosfer.

Raportul dintre crust, mantaua superioar, litosfer i astenosfer (dup V. Lzrescu,1980).

2.3. Proprietile geofizice ale globului terestru

Pmntul se caracterizeaz printr-o serie de caracteristici specifice referitoare la :densitate, gravitaie, cldur, presiune, radioactivitate etc.


12/98


13/98

13

Din cercetri s-a constatat c n multe regiuni ale globului anomaliile negative suntspecifice continentelor, iar anomaliile pozitive, bazinelor oceanice, fapt ce rezult din moduldiferit de distribuie a nveliurilor desiali de sima.

Presiunea (numit i presiunea litostatic) din interiorul Pmntului este determinat

de forele de gravitaie, endogene i exogene i crete n mod progresiv de la suprafa sprecentru. Ea se numete i presiune litostatic, orientat de-a lungul razei terestre i rezult dinnsumarea pe unitatea de suprafa a greutii proprii a straturilor de roci, de deasupra niveluluide adncime considerat n calcul. Dup datele oferite de geofizic presiunea intern crete de la0,3 (reprezint valoarea la 800 km adncime) la 1,7 (la 3200 km) i la de 3,5 milioane atmosfere(la 6370 km), ceea ce ne arat o valoare considerabil i care se explic prin greutateanveliurilor concentrice cu densiti din ce n ce mai mari.

Aceast presiune mare face ca temperatura s creasc ns mult mai ncet la adncime is ntrein o stare de rigiditate foarte mare, indiferent de starea de agregare fizic (G. Cernea,1954).

n scoara terestr se dezvolt i presiuni difereniale: presiuni tangeniale care au carezultat forele orogenetice (ncreire a scoarei) i presiune miniera, exercitat pe pereiiexcavaiilor subterane.

Temperatura Pmntului este generat de dou surse de cldur: energia termic aSoarelui sau din dezintegrarea substanelor radioactive din interior sau a cldurii sale iniiale.Aciunea cldurii solare este diferit cantitativ variind cu anotimpurile i cu latitudinea iarinfluena ei se resimte numai asupra temperaturii din stratul superficial al scoarei terestre. Lapartea superficial a scoarei terestre apar att temperaturi negative ct i negative funcie deanotimp(zona I zona de variaie a temperaturii). ntre adncimile 2 i 25 m se nregistreaz

numai temperaturi pozitive, care depind numai de aciunea energiei termice solare (zona II). Lalimita inferioar a acestei zone se formeaz o centur de temperatur constant i egal cutemperatura medie anual (zona III zona constant), pentru punctul respectiv pe glob.Adncimea de 25 m, se refer la zonele cu variaii mari de temperatur, iar cea de 2 m la zoneleunde aceste variaii sunt mici sau chiar nule.


14/98

14

Sub aceast zon de temperatur constant se nregistreaz o cretere a temperaturiiscoarei terestre cu adncimea. Ea este generat de energia termic din interiorul globului terestru(zona IV zona de cretere a temperaturii), provenit din descompunearea elementelorradioactive.

Adncimea n metri n care temperatura crete spre interior cu 1 grad se numete treapt

geotermic i este egal cu 33 m.

Gradient geotermic se numete creterea temperaturii corespunztoare unui interval deadncime de 100 m. Valoarea acestor doi indici este variabil pe glob n funcie de: structurageologic, prezena substanelor radioactive, zcmintele de crbuni, activitatea vulcanic.

Radioactivitatea Pmntuluise datorete elementelor radioactive din scoara terestr, cugreutate atomic mare, cele mai importante din alctuirea globului care sunt uraniu, thoriu,actiniu i potasiu, de a emite prin dezintegrare spontan radiaii energetice i de a da natere laelemente noi.

Fenomenul de radioactivitate ncepe s fie cunoscut din 1896, cnd Becqurelsesizeazfenomenul de impregnare a plcilor fotografice sub influena srurilor de uraniu. Denumireaacestui fenomen de radioactivitate i se datoreaz savantei Marie Curie, care a observat c thoriu,are proprietatea de a emite spontan radiaii. mpreun cu Pierre Curie, Marie Curie a descoperiti alte elemente radioactive (1898) ntre care radiu, artnd c fenomenul de radioactivitate estensoit de producere de energie caloric.

Elementele radioactive i pierd o parte din mas i produc atomi foarte stabili (H 2,izotopii, Pb, H). Un atom de uraniu sau de thoriu produce n timpul geologic 7 atomi de He.Dezintegrarea lor se produce cu degajarea unei cantiti mari de cldur. Prin dezintegrareauraniului 238 se transform n Pb 206 i n He, caracteristic fiind timpul de njumtire n carejumtatea cantitii de uraniu se transform n celelalte elemente. Cldura intern nu provine decide la Soare, ci din dezintegrrile radioactive nsoite de degajare de cldur.

Cel mai frecvent element ntlnit n scoara terestr este uraniu n proporie de 6-7*10-6gU/g roc, apoi thorium 1-2* 10-6gTh/g roc. Cele mai mari cantiti de elemente radioactive segsesc n rocile acide (granite), iar cele mai mici cantiti sunt coninute de rocile bazice


15/98

15

(bazalte). Elementele radioactive se gsesc i n legtur cu acumularea materiei organice dinroci sedimentare (ex. isturi bituminoase). n general, suma tuturor elementelorradioactivetransformate n grame radiu echivalent coninute n rociare urmtoarele proporiiorientative:

Granite.......................3*10-12Ra eciv./g roc

Roci sedimentare..1,5*10-12Ra eciv./g roc

Roci eruptive bazice1*10-12Ra eciv./g roc

Cunoaterea acestei proprieti este important n stabilirea vrstei absolute a rocilor ideci a istoriei Pmntului, n explicarea cldurii interne i a ntregii dinamice interne,dezintegrarea radioactiv fiind rspunztoare n primul rnd de procesele geotectonice de cutare.

ElectricitateaPmntuluiconst n existena unui cmp electric natural att la suprafa

ct i n interiorul su. Acesta se numete cmpul curenilor telurici, cu diferene de potenial deordinul zecilor de milivoli. Prin studierea acestora s-a ajuns la concluzia c exist trei serii desurse principale pentru asemenea cureni, unele plasate la mare adncime, n nucleul extern fluid,altele n interiorul scoarei terestre i o a treia categorie dat de fenomenele de interaciune aatmosferei i litosferei cu efectele n mas acesteia din urm.

Tema 3. Noiuni de minerologie

3.1. Generaliti

Minerologia este disciplina geologic care se ocup cu studiul mineralelor, sub aspectul

genezei, compoziiei, structurii, descrierii formei, proprietilor fizice i chimice precum i alsistematizrii i clasificrii acestora n grupe pe baza caracteristicilor comune.

Mineralele sunt substane chimice naturale, omogene din punct de vedere fizico-chimic,formate dintr-un singur element chimic sau din mai multe elemente combinate, cristalizate sauamorfe i intr n compoziia rocilor i mineralelor ce alctuiesc scoara terestr. Nu suntconsiderate elemente absolut omogene chimic. Exist n natur sub form solid, mai rar subform lichid (apa, mercurul, petrolul) sau gazoas (hidrogenul sulfurat). Cele mai frecventeminerale din scoara terestr sunt: cuarul (SiO2), feldspaii (aluminosilicaii de Na, K i Ca),pirita (FeS2), galena (PbS), micele (muscovit, biotit), amfibolii (hornblenda), piroxenii (augit)

etc.

Mineralele au o compoziie chimic destul de variat, unele fiind compuse dintr-unsingur element chimic: aur (Au); argint (Ag); cupru (Cu) i mercur (Hg); sau din mai multeelemente chimice: cuar (SiO2), calcit (CaCO3), ortoz (K2OAl2O36SiO2).

Mineralele alctuiesc materialul elementar din care este alctuit scoara terestr. Ele seclasific n dou grupe mari:


16/98

16

minereur i metalifereacele minereuri din care se extrag metalele Fe, Zn, Al, Cu, Pbetc;

minereur i nemetalif ereacele minereuri care se folosesc fr a fi prelucrate: sarea,srurile de potasiu, calcarele, dolomitele, argilele, nisipurile etc.

Mineralele sunt produse ale unor procese fizico-chimice bine determinate care au loc n

scoar, deci se formeaz n modnatural.

Sunt excluse din sfera noiunii de mineral toate produsele organice sau anorganice aleactivitii vieuitoarelor. Substanele de origine organic: chihlimbarul, asfaltul, petrolul,crbunii, sunt considerate substane minerale deaoarece i-au schimbat, n timp, att structura cti proprietile fizice i chimice fa de substanele iniiale din care provin.

Sunt cunoscute peste 3000 de minerale, dintre care numai 100 sunt cele care alctuiescpartea superioar a litosferei, restul fiind mairare.

3.2. Geneza mineralelor

Geneza mineralelor este strns legat de modul de formare al rocilor n compoziia crora intrca minerale principale, accesorii i secundare. Astfel, mineralele iau natere n cadrul a treigrupe de procese geologice i anume fenomene magmatice, metamorfice i de sedimentare.Mediul n care se formeaza mineralele este de asemenea foarte variat i poate fi: topiturmagmatic, rezidurile magmatice, soluiile apoase, materia vscoas i solid din ariilegeosinclinale, unele rmie ale vieuitoarelor i scoara de alterare.

Att mineralele formate n interiorul scoarei (endogene) ct i cele formate la suprafa(exogene), n timp pot suferi anumite transformri, sub aciunea unor factori metamorfici, cum

sunt temperatura,presiunea orientat, presiunea litostatic i agenii mineralizatori. Totalitateaacestor transformri fizice i chimice poart numele de metamorfism, iar mineralele noi formatese numesc minerale metamorfice.

Magmele sunt topituri fierbini formate dintr-un amestec de silicai oxizi i sulfuri saturate cuvapori de ap i diferite gaze, care se gsesc n interiorul scoarei terestre la temperaturi foarteridicate

Majoritatea mineralelor sunt de natur anorganic. Pot exista urmtoarele moduri de formarea mineralelor de origine magmatic funcie de adncimea, temperatura i presiunea de

cristalizare:

1.

M inerale formate n inter iorul (endogene)

Aceste minerale sunt de origine magmatic i se formeaz n funcie de adncime, temperaturi presiunea de cristalizare.

prin cristalizarea din masa topit-magm a silicailor i la urm a cuarului, ntretemperaturi ce coboar de la 1200 oC la 650 oC ; cristalizarea mineralelor se face


17/98

17

succesiv pe msur ce se ating temperaturile critice de cristalizare (cuarul, feldspaiimicele etc.);

prin cristalizarea mineralelor pegmatitice-pneumatolice se produce n fazele finale a leprocesului de cristalizare al mineralelor din magma lichid care concentreazcomponeni volatili i i degaj ulterior n fisurile i crpturile din jurul rezervorului

magmatic, n care se produc reacii chimice cu apariia de minerale noi la temperaturide 650...360 oC (sulful);

prin cristalizarea mineralelor n zonele de contact ale magmei cu rocile nconjurtoarentre 400...800 oC, prin aport de substane noi n magm;

formarea mineralelor din soluii hidrotermale ca urmare a ptrunderii componentelorvolatile i a vaporilor de ap n fisurile i crpturile rocilor nconjurtoare la rcireamagmelor sub 360 oC pn la 100 oCi presiuni a ctorva zeci de atmosfere din aceastefiloane rezult cea mai mare parte a produciei mondiale de aur, argint, cupru, zinc,plumb.

2. M inerale formate n exterioru l pamntu lu i (exogene). La suprafaa scoarei terestre,sub influena agenilor geologi externi se desfoar un proces fizico-chimic intens de alterare.Astfel tot ce a fost creat prin procese interne este supus unei dezagregri fizice i chimicerezultnd minerale noi, mult mai stabile din punct de vedere chimic.

n condiiile sedimentare, mineralele se formeaz:

prin degradarea sau alterarea mineralelor prime (caolinitul, mont-morillonitul); prin cristalizarea din soluii apoase suprasaturate (sarea gem, ghipsul, calcitul);

de provinien organic (calcitul, fosforitul).3. M ineralele rocil or metamorf ice care se formeaz din mineralele preexistente cnd

sunt supuse unor anumite condiii de temperatur i presiune, diferite de cele iniiale. Acestetransformri au loc n zonele de contact, dintre plcile litosferice din cauza micrilor tectonice.Zone importante ale scoarei terestre sunt supuse unor puternice presiuni tangeniale (stress),unor presiuni litostatice mari, unor temperaturi ridicate ce au ca rezultat modificri complete alecompoziiei chimice i minerologice ale mineralelor.

Formarea cristalelor bine dezvoltate are loc numai n condiiile unei creteri libere acristalului. De aceeea n roci cristalele bine individualizate aparin mineralelor care secristalizeaz la nceput sau care au o mare capacitate de cristalizare, restul mineralelor ocupspaiile neregulate, rmase libere dup cristalizarea primelor, formnd cristale deformate

(granule). n cazul rocilor se produce recristalizarea urmate de formarea unor minerale noi.Natura mineralelor metamorfice depinde nu numai de compoziia mineralelor i rocilor supusemetamorfismului, ci i de adncimea la care se produce metamorfismul.

n suprafa (rol important stresul i umiditatea), apar minerale hidratate, cum suntcloritul, talcul, azbestul etc.


18/98

18

n adncime (rol important presiunea litostatic i temperatura), micele, feldspaii etc.

3.3. .Proprietile cristalografice, fizice i chimice ale mineralelor

Mineralele din natur posed o serie de proprieti prin care se deosebesc sau se

aseamn ntre ele i care se folosesc la identificarea lor. Aceste proprieti pot fi grupate nproprieti cristalografice, fizice i chimice.

3.3.1. Proprieti cristalografice

Habitusul (forma) cristalelor. Este o proprietate cristalografic a mineralelor rezultatdin forma geometric a mineralului, pe care l capt cristalele datorit dezvoltrii relative afeelor n cele trei dimensiuni spaiale.

n funcie cu care viteza cu care feele unui cristal au crescut ntr-o direcie sau alta,rezult diferite forme sau habitusuri pe care le mbrac cristalele mineralelor. La un ritm de

dezvoltare rapid feele cristalelor sunt mai mici, pe cnd la un ritm lent de cretere feelecristalelor sunt larg dezvoltate, reducnd parial sau total posibilitatea dezvoltrii altor fee.

Prezena impuritilor din mediul de dezvoltare influeneaz habitusul mineralelor. Prindepunerea lor pe feele cristalului opresc dezvoltarea acestuia, altele devin incluziuni, deformndreeaua cristalin i schimbnd culoarea sa. nglobarea este ns pozibil numai pe o anumitdirecie de dezvoltare a feei cristalului. n ceea ce privete temperatura, sunt cristale care sedezvolt rapid la temperaturi ridicate iar altele la temperaturi joase. n funcie de viteza cu carefeele unui cristal au crescut ntr-o direcie sau alta, rezult diferite forme sau habitusuri pe carele formeaz mineralele cristalizate.

Habitusul poate fi:

izometric, caracterizat prin dezvoltarea egal n toate direciile a feelorcristalului, forme izometrice au mineralele din sistemul cubic (de exemlu cubul de sare gem,pirita, galena etc.);

tabular i lamelar, caracterizate printr-o dezvoltare a cristalelor dup axeleorizontale i turtite dup axa cristalografic vertical, avnd aspect de plci subiri lamelare(micele) sau tabulare (gipsul);

prismatic, este caracterizat printr-o dezvoltare mai mare a feelor de prism n

direcia axei cristalografice verticale (z); forme prismatice au mineralele (cuarul, piroxena)

acicular, estecaracterizat prin aceea c feele de prism sunt alungite n direciaaxei (z), iar n celelalte direcii (x,y) sunt slab dezvoltate, avnd forma unor ace (stibina).

3.3.2. Proprietile fizice

n cadrul proprietilor fizice sunt cuprinse: proprietile mecanice i proprietile optice.


19/98

19

Proprietile mecanice

Dintre proprietile mecanice cele mai importante sunt:rezistena, duritatea, clivajul, sprturaetc.

Rezistena cristalului la aciuni mecanice exterioare se datorete unei fore care ine strnslegate ntre ele particulele constituiente i care se numete coeziune.

Duritateamineralelor este rezistena pe care o opune o suprafa neted a unui cristal laptrunderea vrfului unui corp mai dur, prin zgriere sau lovire. Este o proprietate ce depinde destructura cristalin. Se determin prin compararea duritii cristalului studiat cu duritatea unorminerale considerate etalon care alctuiesc o scar practic de duriti stabilit de minerologulgerman F. Mohs. Ea cuprinde 10 minerale considerate etalon, astfel alese ca fiecare mineral szgrie pe cel precedent.

1. Talc foarte moi se zgrie cu unghia

2.

Ghips

3. Calcit moi sunt zgriate cu sticla4. Fluorin

5. Apatit semidure sunt zgriate cu vrfulbriceagului6. Ortoz

7.

Cuar dure zgrie sticla8. Topaz

9. Corindon foarte dure zgrie oelul10.Diamant

Clivajul este proprietate pe care o au cristalele i granulele cristaline de a se desfacedup anumite suprafee plane, n urma unei aciuni mecanice oarecare, mai puternice dectcoeziunea cristalului. Dup uurina cu care se produce clivajul, dup perfeciunea planeitiisuprafeelor de separaie i a luciului acestora clivajul poate fi:

Cli vaj per fectse obine prin aciunea mecanic slab, din care rezult fee perfect planecu luciu puternic. Mineralele cu clivaj perfect sunt: micele, gipsul, galena, blenda, calcitul etc.

Clivaj bunprintr-o aciune mecanic puternic se obin suprafee de desfacere aproapeplane, cu luciu mai slab. Mineralele care cliveaz n acest mod sunt: fluorina, ortoza etc.


20/98

20

Clivaj imperfect - se obine printr-o aciune mecanic deosebit de puternic, rezultndfee imperfect plane i cu luciu gras, de exemplu: olivina, sulful, apatitul etc.

Sprtura este proprietatea cristalului de a se desface dup suprafee diferite desuprafeele plane n urma unei aciuni mecanice exterioare, mai puternice dect coeziunea sa.

Acest fenomen este cauzat de diferenele prea mici dintre forele de coeziune din cristal.Suprafeele de desfacere sunt suprafee oarecare. Dup aspectul suprafeei de sprtur se distingurmtoarele tipuri de sprturi: concoidal, coluroas, achioas, fibroas.

Proprietile optice

Din proprietile optice ale mineralelor fac parte: culoarea, transparena, luciu.

Culoarea mineraleleor este o proprietate optic care se datorete fenomenului deabsorbie pe care mineralele l exercit asupra luminii naturale albe. Cnd las s treac toatecomponentele spectrului n mod egal prin masa lor, sunt incolore; cnd absorb toate

componentele spectrului, sunt negre; cnd o reflect total sunt albe, iar cnd reflect doaranumite pri din compoziia ei spectral devin divers colorate. Cele mai multe minerale auculoare proprie, culoare se datorete compoziiei chimice. Mineralele care prezint culori propriise numesc idiocromaticei sunt: magnetitul apare n culoare neagr, pirita galben-aurie, sulfulgalben etc.

De cele mai multe ori culoarea mineralului se datorete unor amestecuri de substanestrine care nu au nicio legtur cu compoziia sa chimic. Aceste minerale care nu au culoareproprie se numesc minerale allocromatice.

Culoarea urmei mineralului este culoarea pulberii fine pe care o las un mineral, atunci cnd scriem pe suprafaa mat a unei plci albe.

Transparena este modul de comportare al mineralului fa de lumin, adic dac esteuor sau nu strbtut de ea i dac prin masa lor obiectele se pot vedea clar, voalate sau deloc.Astfel mineralele se clasific n: transparente, semitransparente i opace.

Luciul m ineralului este determinat de modul n care un mineral reflect lumina ce cadepe suprafaa lui. Luciu mineralelor depinde de urmtoarele caracteristici: indicele de refracie almineralelor, puterea de absorbie a luminii de ctre mineral. Dup modul n care mineralelereflect lumina se disting urmtoarele tipuri de luciu : sticlos, adamantin, gras, sidefos, mtsos,metalic, mat.

3. 4.Noiuni de cristalografie

Mineralele se prezinta sub form solid, n majoritatea cazurilor, fiind posibile dou stride agregare fizic i anume:

a) Starea cristalizat


21/98

21

b) Starea amorf

Majoritatea mineralelor din scoara terestr sunt cristalizate, deci pentru ele aceasta ar fi ostare normal de agregare fizic. Mineralele cristalizate se caracterizeaz prin structurinternordonat n care elementele constitutiveale cristalelor (ionii, atomii i moleculele)

alctuiesc o reea tridimensional, fiind dispuse ordonat n cele trei dimensiuni spaiale.Consecina acestei ordonri interioare este este faptul c mineralele cristalizate apar sub form decristale, adic saub forma unor poliedri limitaide fee plane, care se ntretaie i formeaz muchiii coluri. O fa a unui asemenea cristal este un plan de elemente constitutive dispuse perfectordonat n colurile unei reele plane.

Fig. 3.1.Reeaua cristalin ahalituluiMrimea i forma unui poliedru cristalin depind de elemente chimice constituente, de

condiiile i direciile n care acesta se poate cristaliza. Practic fiecare cristal are trsturile luibine individualizate i caracteristice. Distanele dintre elementele componente ale mineralelorsunt extrem de mici, de ordinul unitilor angstrom (unangstrom egal cu 10-6 mm).

Mineralele amorfe sunt caracterizate printr-o aezare dezordonat i o distribuie inegala elementelor constituente n masa lor. Acest fapt conduce la apariia unor corpuri ce nu au

forme poliedrice, ci forme neregulate, mrginite de suprafee exterioare curbe. Mineralele amorfesunt instabile din punct de vedere fizico-chimic i tind s se transforme n minerale cristalizate.

3. 5.Elementele cristalelor

Elementele cristalelor

Mineralele cristalizate au trei tipuri de elemente:


22/98


23/98

23

Totalitatea poliedrelor cristalini care au aceleai axe cristalografice i aceleai unghiuricuprinse ntre axe fosrmeaz un sistem cristalografic.

Mineralele cristalizate din natur sunt cuprinse n 7 sisteme cristalografice. F iecaresistem avnd o form primitiv, fundamental sau de baz i mai multe forme derivate.

a. Sistemul cubicare ca form fundamental cubul. Se casracterizeaz prin trei axe

cristalografice perpendiculare ntre ele i parametrii cristalografici egali, deci:a = b = c i = = = 90 o

Prezint: 1 centrul de simetrie, 9 planuri de simetrie si 13 axe de simetrie. n sistemulcubic cristalizeaz urmtoarele minerale: aurul, argintul, cuprul, diamantul, pirita, galena,blenda, sarea, florina, magnetitul etc.

b. Sitemul ptraticare ca form fundamental prisma ptratic sau tetragonal. Celetrei axe cristalografice sunt perpendiculare ntre ele.Parametrii pe axele din planul orizontal sunt egali, iar cel vertical este diferit:

a = b c i = = = 90o

Prezint: 1 centrul de simetrie, 5 planuri de simetrie si 5 axe de simetrie.n sistemul ptratic cristalizeaz urmtoarele minerale: calcopirita, zirconul, vezuvianul

etc.c. Sistemul hexagonal are ca form fundamental prisma hexagonal. n acest

sistem sunt incluse formele geometrice ale cror cruce axial este format din 4 axecristalografice, dintre care trei n plan orizontal (x, y, u), iar a patra (z) este perpendicular peplanul celor treii diferit ca mrime, deci:

a = b =d c i = = 90 o iar = 120 oPrezint: 1 centrul de simetrie, 7 planuri de simetrie si 7 axe de simetrie.

n acest sistem cristalizeaz urmtoarele minerale: grafitul, cuarul, apatitul etc.d. Sistemul tr igonal(romboedric) are ca form fundamental prisma trigonal sau

romboedrul. Se consider un sistem derivat din cel hexagonal. Astfel parametrii sunt:a = b =d c i = = 90 o iar = 120 oPrezint: 1 centrul de simetrie, 3 planuri de simetrie si 4 axe de simetrie.n acest sistem cristalizeaz urmtoarele minerale: cuarul, calcitul, dolomitul,

magnezitul etc.e. Sistemul rombic are ca form fundamental prisma rombic cu baza dreapt.

Crucea axial este format din 3 axe cristalografice inegale i perpendiculare ntre ele, deci:

a b c i = = = 90 o

Prezint: 1 centrul de simetrie, 3 planuri de simetrie si 3 axe de simetrie.n acest sistem cristalizeaz urmtoarele minerale: sulful, stibina, argonitul, topazul,

olivina etc.


24/98

24

f. Sistemul monoclinic are ca form fundamental prisma nclinat cu bazadreptunghiular. Cele trei axe cristalografice sunt perpendiculare n planul orizontal, axavertical formnd cu planul celor dou un unghi diferit de 90 o , deci:

a b c i = = 90 o iar > 90 on aceste sistem cristalizeaz: sulful, titanitul, gipsul, hornblenda, ortoza, muscovitul,

biotitul, talcul etc.g. Sistemul tr iclin icare ca form fundamental paralelipipedul oarecare, cu trei axe

cristalografice inegale i nclinate ntre ele, deci:a b c i 90 o

Formele sistemului triclinic se caracterizeaz prin cel mai redus numar de elemente desimetrie, avnd unul singur, i anume centrul de simetrie, din care cauz acest sistem se mainumete i asimetric. n acest sistem cristalizeaz: distenul, albitul etc.


25/98

25

Fig. 3.2. Sistemele cristalografice

Tema 4. Petrografie

Rocile sunt agregate alctuite din unul sau mai multe minerale care iau natere n scoaraterestr n urma variatelor procese geologice. Spre deosebire de minerale care sunt corpurinaturale omogene din punct de vedere fizico-chimic, rocile sunt de cele mai multe ori corpurineomogene, fiind formate din mai multe minerale cristalizate sau amorfe, de cele mai multe orideosebindu-se ntre ele.


26/98

26

Dup numrul mineralelor care intr n constituia rocilor deosebim:

roci monominerale, formate dintr-un singur mineral (sarea, marmura, calcarul, ghipsuletc.);

roci poliminerale, formate prin asocierea a doua sau mai multe minerale (granitul,

sienitul, gnaisul).Rocile se caracterizeaz prin compoziia minerologic, structur (modul de asociere a

mineralelor unei roci, definit prin raporturile de form, mrime i grad de cristalizare), textur(modul de aranjare n spaiu a mineralelor, componente ale rocii) i culoarea lor.

n funcie de genez rocile care alctuiesc scoara terestr se grupeaz n 3 categoriimari:

roci magmatice (eruptive) roci sedimentare

roci metamorfice.

4.1. Rocile magmatice (eruptive sau vulcanice)

Fenomenele magmatice se desfoar n legtur cu formarea , prezena i evoluiamagmelor pe grosimea litosferei, de la astenosfer pn la suprafaa terestr.

n condiiile unor temperaturi mari locale produse de fenomenele termonucleare i caurmare a descrcrilor de presiune, are loc o topire a materialului solid din scoara terestr cuapariia uneitopituri ce ocup un volum mare i se numete magm

Magmareprezint un amestec fluid de silicai, oxizi i sulfuri, saturat cu diferite gaze ivapori de ap, care se formeaz n interiorul Pmntului la temperaturi i presiuni foarte nalte icare n anumite momente se deplaseaz spre exterior, rcindu-se i ncorporndu-se n scoaraterestr. Magma se ntrete fie n adncul scoarei terestre, fie n apropiere de suprafa sauchiar la suprafaa ei.Locul n care se formeaz magma se numete rezervormagmatic. Teoreticprin prisma gradientului geotermic, magma se poate forma de la adncimi de 30...40 km nscoara terestr, deoarece temperatura ajunge la valori de 1000...1350 oC, la care rocile ating idepesc punctul de topire.

Se cunosc cinci faze de consoli dare a magmei:

Faza magmei supranclzite (>1200 C) se produce la temperaturi nalte (t1) i presiuni

sczute , cnd ntreg bazinul magmatic conine magm lichid.

Faza lichid-magmatic (t1 - t2) (ortomagmatic) reprezint etapa de scdere atemperaturii bazinului, n intervalul 1200-750 C cnd ncepe cristalizarea pe rnd amagmei andezitice, dacitice i riolitice. Pe msura cristalizrii magmei i a scderiitemperaturii, presiunea n bazin crete. La sfritul acestei faze magma este cristalizat n


27/98

27

proporie de 90 %, formndu-se roci magmatice. Magma rmas n stare lichid arecompoziie acid.

Faza pegmatitic (t2t3) cu (t750- 550), presiunea atingnd valori ridicate, datorit

ieirii din soluie a gazelori acumulrii lor n spaiile rmase libere. Presiunea mare din

bazinul magmatic mpinge aceast topitur fluid printre crpturile i fisurile scoarei.Din aceast topitur se cristalizeaz feldspaii, micele, turmalina, cuarul, dnd natere lafiloane pegmatitice.Faza pneumatolic(t3t4) se desfsoar n intervalul de temperaturi (550-372 C), cupresiunea n scdere, cnd soluiile reziduale sunt n stare de vapori cu un coninut slabde silicai.Faza hidrotermal t4, ultima ntr-un bazin magmatic, este carateristic unei temperaturisczute, mai mici de 372 C , cu o presiune sczut, consumat n fazele anterioare.

4.2. Clasificarea rocilor magmatice

Rocile magmatice se clasific dup mai multe criterii i anume dup condiiile geologicede formare, compoziia chimic i minerologic, vrst.

Dup condiiile geologice de formare se deosebesc:


28/98

28

roci intruzive (plutonice), consolidarea magmei are loc la adncimi mari (granitul,gabbroul, sienit, grandiorit);

roci efuzive (vulcanice), consolidarea magmei are loc la suprafa (bazaltul,obsidian, dacit, riolit);

Fiecrei familii de roci i corespunde o roc efuziv nou (cainotip) i una veche

(paleotip).

Magma care se formeaz n rezervorul magmatic poart denumirea de magm primar icaracterul ei depinde de locul n care se formeaz. n domeniul oceanic magma are un caracterultrabazic, cea din domeniul continental un caracter bazic, iar zonele de orogenez un caracteracid.

Astfel, dupcompoziia chimic rocile magmatice se clasific n funcie de coninutul deSiO2care se poate gsi n roci liber (sub form de cuar) i n combinaii:

roci acide, SiO2 65-75 % (granitul, riolitul, dacit, grandiorit); roci neutre, SiO2 52-65 % (sienit, trahit, andezitul, dioritul);

roci bazice, SiO2 40-52 % (gabroul, bazaltul);

roci ultrabaziceSiO240 % (peridotite, dunite).

4.3. Structura i textura rocilor magmatice

Pentru definirea unei roci magmatice, pe lng compoziia minerologic este necesar icunoaterea raporturilor eistente ntre mineralele componente. Aceste raporturi depind decondiiile geologice n care se produce consolidarea magmatic i sunt caracterizate prin

structura i textura rocilor magmatice.

Condiiile geologice n care are loc consolidarea magmei determin structura diferit arocilor magmatice. Prin structur se neleg particularitile privind modul de asociere almineralelor din masa unei roci magmatice n funcie de mrime, form, grad de cristalizare.

Astfel dup gradul de cristalizare se disting urmtoarele tipuri de structuri:

structur holocristalin, caracterizat printr-o cristalizare complet a ntregii mase deroc, iar roca nu conine sticl, lucru care se poate realiza numai n condiii de scdere lent atemperaturii, deci n zonele adnci ale scoarei terestre. Ea este caracteristic rocilor magmaticede adncime (intruzive), plutonicegranit, gabrou etc.

structura hipocristalin (semicristalin), caracterizat printr-o cristalizare parial,adic cristalele sunt cuprinse ntr-o masa amorf, sticloas. Aceast este caracteristic pentrurocile de suprafa (efuzive) a cror consolidare ncepe n adncul scoarei terstre (riolitul,dacitul, andezitul etc.).


29/98

29

structura sticloas sau amorf, caracterizat printr-o masa necristalizat, amorfprovenit n urma ntririi lavei ajunse la suprafaa terestr printr-o erupie vulcanic. Ea estecaracteristic pentru sticlele vulcanice (obsedian, piatra ponce).

Dup mrimea relativ a cristalelor rocile magmaticepot avea:

structur granular (echigranular), roca fiind compus din cristale de dimensiuniaproximativ egale.

structuraporfiric (inechigranular), roca fiind constitutiv dintr-o masa de cristalemici, invizibile cu ochiul liber, n care sunt nglobate cristalele mari.

Textura rocilor magmatice este determinat de modul de aranjare spaial almineralelor din masa unei roci n timpul consolidrii i de modul de umplere a acestui spaiu.

Textura neorientat- este o caracteristic a rocilor magmatice, la acestea nu se observnici o orientare a mineralelor componente.

Dup modul de umplere a spaiului din masa rocii, deosebim:

textur compact, sau masiv, caracterizat prin asocierea strns unit a mineralelor,fr spaii libere ntre ele; aceast textur este rezultatul unei cristalizri linitite,caracteristic rocilor magmatice intruzive.

textur vacuolar(cavernoas),caracterizat prin prezena unor goluri sau vacuole,este ntlnit la unele roci vulcanice bazalte, andezite, sticle vulcanice, piatra ponce.

4.4. Rocile sedimentare

Rocile sedimentare se formeaz la suprafaa scoarei terestre n urma dezagregarii rocilormagmatice, metamorfice i sedimentare, sub aciunea factorilor geologici externi, cum sunt apa,vntul, gheaa, temperatura, organizmele.

Rocile sedimentare reprezint numai 5% din volumul scoarei terestre, restul 95 % fiindroci magmatice i metamorfice. ns din suprafaa scoarei terestre rocile sedimentare ocup 75%. n procesul de formare a rocilor sedimentare se deosebesc patru faze succesive maiimportante i anume:

dezagregarea i alterarea rocilor preexistente sub aciunea agenilor

geologici externi (apa, vntul, ghiaa, temperatura, organismele); transportul materialului dezagregat de ctre diferii ageni de transport (apa,

vntul, ghearii); depunerea acestui material n bazinele de sedimentare;

diageneza materialului sedimentat.


30/98

30

4.4.1. Componena rocilor sedimentare

Rocile sedimentare sunt constituite din fragmente de roci minerale, organisme i cimentulde legtur.

Fragmentele de rociconstituie fragmente de materialul dezagregat, avnd o natur, form

i mrime diferit.

Mineralele rocilor sedimentare pot fi grupate n trei categorii:

minerale primarereprezentate prin fragmentele minerale ale rocilor de provinien, carei pstreaz n sedimente caracterelelor chimice i i schimb numai forma i mrimea(cuarul, feldspaii, micele, amfibolii);

minerale singenetice care se formeaz n procesul de alterare (caolinitul,montmorilonitul, limonitul) prin precipitatarea din soluiile apoase (calcitul, argonitul,ghipsul);

minerale diageneticecare se formeaz n ursul proceselor de diagenez (pirit, apatitul).Organizmele joac un rol deosebit de important n procesul de formare a rocilorsedimentare. Prin acumularea resturilor scheletice de plante i animale, n special marine, au luatnatere depozite de roci sedimentare. Aceste resturi scheletice sunt de cele mai multe ori denatur calcaroas (algele, molutele), silicioas (diatomitele, radiolarii) i fosfatic(vertebratele).

Cimentulde legtur poate fi silicios, calcaros, feraginos etc, i are o influen hotrtoareasupra rezistenei rocii.

4.5. Clasificarea rocilor sedimentareRocile sedimentare se clasific innd cont de modul lor de formare i cuprinde cincicategorii de roci:

rocile sedimentare detr ice sau clastice- provin din dezagregarea rocilor preexistente idein ponderea cea mai mare att ca volum ct i ca frecven de utilizare a lor caterenuri de fundare pentru construcii.

roci sedimentar e deprecipitaie fizico-chimic formate din precipitarea unor substanechimice n coninutul apelor;

roci sedimentar e organogene sau biogene i au originea din resturile fiinelor vii. nfuncie de faptul dac sunt combustibile sau nu se mpart n caustobiolite (care ard) i

acaustobiolite (care nu ard); roci sedimentare reziduale, formate pe loc, prin dezagregarea i descompunerea chimic

a rocilor preexistente; roci sedimentare piroclastice, provenite din depunerea materialelor solide aruncate la

suprafaaterestra prin puterea gazelor n timpul erupiilor vulcanice.Tabelul 4.1. Clasificarea rocilor sedimentare


31/98


32/98

32

Microtextura acestora poate fi examinat numai la microscop i este de cele mai multe orineorientat sau mai rar orientat ca exemplu formei lamelare a micelor care se depunaproximativ paralel cu stratificaia.

Cea mai caracteristic form macrotextural o reprezint stratificaia, adic o succesiune destraturi de cele mai multe ori orizontale i paralele. Stratificaia se datorete variaiei intensitii

sedimentrii i depinde de condiiile n care n care are loc sedimentarea.Stratul este un sediment care pstreaz pe o grosime oarecare o compoziie

minerologic constant i corespunde unui timp geologic, n care factorii ce produc sedimentareaau fost aproximativ aceeai. Deasupra i dedesubtul lui se gsesc alte straturi cu compoziiideosebite.

Unele roci sedimentare cum sunt calcarele, sarea i ghipsul nu sunt stratificate, ci aparsub form de masive.

Spre deosebire de rocile magmatice i metamorfice, rocile sedimentare au oparticularitate numai a lor i anume conin fosile, adic resturi scheletice de animale sau plante

plante care au existat n timpul formrii sedimentelor i au fost nglobate n ele odat cu formarealor. n plus, acestea au n general culori uniforme de cele mai multe ori alb, cenuie, galben-rocat, verde sau cenuie-nchis.

4.7. Rocile metamorfice

Rocile metamorfice se formeaz prin transformarea rocilor magmatice i sedimentaresub aciunea temperaturii apei din roci i a soluiilor care circul prin roci. Totalitateatransformrilor minerologice, structurale, texturale i chimice suferite de aceste roci n staresolid poart numele de metamorfism.

n timpul proceselor de metamorfism se produc recristalizri pariale sau totale ale rocilor

interioare, fapt ce conduce la schimbarea compoziiei mineralogice, a cele chimice, a structurii itexturii rocilor preexistente.

Procesele de metamorfism sunt condiionate de urmtorii factori principali, care variazn funcie de adncime n scoar:

temperatura generat de prezena unor rezervoare magmatice n scoara terestr saudatorit treptei geotermice care crete odat cu adncimea;

presiunea litostaticcare se datorete greutii straturilor de deasupra de 10 000 ...20 000m i deasemenea crete odat cu adncimea;

presiunea orientat tangenial (stressul) ce se dezvolt n timpul cutrii straturilor din

cauza micrilor orogenice de formare a munilor i se manifest puternic n zonelesuperioare ale scoarei terestre;

agenii mineralizatorisub form de vapori i de diferite gaze(H2S) sau diverse soluii decloruri, sulfuri, care provin din rezervorul magmatic i circul prin roci.Rolul lor este deschimbare a elementelor, de reamplasare a moleculelor sau a atomilor, de nlocuire a unuiion cu altul. Acest fenomen se definete ca metasomatoz, care nu este echivalent cu


33/98

33

metamorfismul izochimic. De exemplu transformarea unui dolomit silicios n talcnecesit un aport de ap i se produce cu degajarea bioxidului de carbon (CO2).

3CaMg(CO3)2+ 4 SiO2+H2O Mg3SiO4O14(OH)2+ 3 CaCO3+ 3 CO2.

Sub aciunea acestor factori are loc o recristalizare parial sau total a rocilorpreexistente n stare solid i duce la schimbarea compoziiei minerologice i apariia de structurii texturi noi caracteristic rocilor metamorfice.

n funcie de cauzele care provoac metamorfismul deosebim dou tipuri demetamorfism:

metamorfism de contact, care este determinat de prezena unui bazin magmaticptruns n scoara pmntului, iar rocile care l nconjoar suntsupuse la aciunea temperaturiinalte i se recrstalizeaz n roci metamorfice. El se produce la contactul unei mase magmatice,

cu temperatur ridicat, cu rocile nconjurtoare, pe care le transform. Factorii care acioneazsunt: temperatura, agenii mineralizatori i mai puin presiunea. n majoritatea cazurilor, rociledin aureola corpului magmatic au o compoziie chimic global neschimbat fa de cea a rocilorsedimentare din care provin. Modificrile produse prin contactul cu o mas fierbinte reprezintsimple rearanjamente minerologice, cu eliminarea apei i a dioxidului de carbon (CO 2). Estecazul a unui metamorfism izochimic. Apariia de minerale noi se traduce prin modificrilecondiiilor fizice dominante n apropiera intruziunii

metamorf ism regional , se manifest pe zone foarte ntinse i care este provocat detensiuni nalte n zone de scufundare ale scoarei terestre. Metamorfismul regional se desfoarn zonele de orogen, acolo unde rocile magmatice sau sedimentare ajung la adncimi mari,

datorit fenomenelor tectonice, unde se ntlnesc temperaturi i presiuni ridicate, iar rocile suntsupuse la transformri intense. Aceste roci care iau natere n condiii de transformri profunden zonele de orogenez poart numele de isturi cristaline (micaisturi, gnaise etc. care austructuri orientate).

Metamorfismul regional se manifest pe de o parte prin deformarea mecanic amineralelor i transformarea structurii rocilor, iar pe de alt parte printr-o aciune chimic derecristalizare.

Structura rocilor metamorfice se prezint ca un ansamblu de raporturi n interiorul rocii,ntre agregatele cristaline de diferite tipuri, iar n interiorul fiecrui agregat ntre mineralele

componente i chiar ntre gruprile de ioni care formeaz reeaua cristalin a fiecrui cristalseparat.Rocile metamorfice sunt recristalizate i austructur cristalin.

Textura rocilor metamorficen majoritatea cazurilor este orientat i mai rar neorientat.


34/98

34

Textura orientat sau istoas, se caracterizeaz prin dispunerea mineralelor componenten zone aproximativ paralele sub aciunea presiunii. Rocile cu textur istoas se numesc isturi(istul micaceu).

Textura neorientat, se caracterizeaz prin dispunerea haotic a mineralelor n masa

rocii i se ntlnete n special la cuarite, marmureetc.

Tema 5. Clasificarea tehnico-geologic a rocilor

Rocile care alctuiesc scoara terestr i care pot servi ca teren de fundare pentruconstrucii sau material de construcie, pot fi clasificate dup mai multe criterii.

Clasificarea rocilor numai dup criterii pur geologice (genez, vrst, form de zcmntetc.), nu este satisfctore pentru practica inginereasc de construcii, unde intereseaz n primulrnd modul de comportare al acestora sub aciunea ncrcturilor, respectiv proprietile lor

fizico-mecanice. Din acest motiv s-a adoptat o clasificare pe criterii tehnico-geologice care sin seama de particularitile i natura fizic a particulele minerale componente ale rocil or, decaracteristicile care determinnd rezistena i modul de deformare al acestora, comportarea laaciunea apei etc. Din acest punct de vedere rocile se clasific n dou grupe mari, dup cumurmeaz:

roci tari sau stncoase;

roci moi sau nestncoase.

5.1. Roci tari (stncoase)

n grupul rocilor tari se ncadreaz rocile magmatice i metamorfice, care sunt rocistncoase, precum i rocile sedimentare cimentate cu o strns legtura ntre fragmentelecomponente (gresii, calcare). ntre elementele care alctuiesc aceste roci exist legturi rigide decristalizare sau cimentare, care le imprim o rezisten mare la solicitri exterioare. Legile dedeformare a rocilor tari se apropie de cele ale corpurilor solide.

5.1.1. Roci moi (nestncoase)

n grupa rocilor moi sunt cuprinse rocile sedimentare detritice necimentate, care n

funcie de interaciunea dintre particulele componente se npart n: roci necoezive(nelegate); roci coezive(legate).n cadrul rocilor mobile necoezive (nelegate) snt cuprinse: grohotiurile, bolovniurile,

pietriurile i nisipurile. Ele snt alctuite din fragmente care se afl ntr-o atingere reciproc cese poate considera punctiform pe suprafaa lor de contact i al cror echilibru se datoreteforelor de frecare dintre particule. Deformaiile lor la compresiune depinde de deplasarea


35/98

35

reciproc a fragmentelor necomponente, producndu-se imediat dup aplicarea ncrcturii iavnd n general caracter ireversibil.

Rocile coezive au particolele componente legate prin coeziune de natur hidrocoloidal,combinat eventual cu legturi slabe de cimentare.

Caracteristice pentru aceste roci sunt deformaiile provocate de tensiunile tangeniale idin comprimare plastic care au loc n timp. n funcie de compoziia minerologic i decantitatea de ap coninut de aceste roci n pori, se pot prezenta n stare solid (tare), plastic icurgtoare.

Gruparea rocilor coezive este format din argile i pmnturile argiloase. Praful ipmnturile prfoase fac trecerea ntre rocile necoezive i coezive avnd proprieticaracteristice.

5.2. Consideraii privind folosirea diverselor roci ca teren de fundare

5.2.2.

Comportarea rocilor tari ca teren de fundare

Rocile tari snt terenuri bune de fundare. n general rezistena lor este mare, uneori chiar mai mare dect cea a materialelor din care se execut n mod obinuit fundaiile, iardeformarea lor sub aciunea ncrcturilor aduse de construcii este practic nensemnat. Deidin acest punct de vedere, proiectarea i execuia fundaiilor nu prezint dificulti, snt totuiunele aspecte de care trebuie s se in seama n cazul fundrii construciilor pe asemenea roci.

De cele mai multe ori partea superficial a rocii, care este n contact direct cu ageniiexterni (ap, aer, variaii de temperatur etc.) este alterat. Pentru asigurarea unui reazem sigur,respectiv a unei bune legturi ntre fundaie i roca bun de fundare, partea alterat trebuie s fiendeprtat n mod obligatoriu.

Rocile stncoase pot prezenta o serie de discontinuiti, datorate fisurilor icrpturilor, de care depind n mod direct permeabilitatea i stabilitatea general a lor, precum irezistena i stabilitatea construciilor fundate pe ele. Apa cantonat n fisuri creaz presiunihidrostatice mari asupra pereilor acestora accentund alterarea i reducnd stabilitatea masivuluide roc.

n vederea prentmpinrii sau diminurii unor fenomene defavorabile, n faza depregtire a terenului de fundare se impune executarea unor lucrri de injectare prin care se nchidfisurile, crpturile i se reduc infiltraiile.

n multe cazuri, prezena n cuprinsul terenului de fundarea unor roci sedimentare deprecipitaie chimic sau organogene poate crea dificulti, datorit apariiei n masivul de roc a


36/98

36

unor goluri sau caverne sub aciunea apei (n masivele de sare gem i gips) sau a unor caverne-carsturi sub aciunea apei care vehiculeaz acizi (n masivele calcaroase) producnd tasripronunate ale construciilor. n cazul masivelor de cret apar deformaii mari datorit reduceriipronunate a rezistenelor mecanice sub aciunea apei infiltrate de la suprafa sau a ciclului denghe-dezghe.

5.2.1. Comportarea rocilor moi ca teren de fundare

Din punct de vedere al comportrii rocilor moi ca suport al construciilor, sedeosebesc:

Terenuri bune de fundare (rezistente),alctuite din roci care n starea lor natural

prezint rezisten i stabilitate suficient de mari pentru preluarea ncrcturilor transmise deconstrucie i a cror deformare genereaz deplasri i deformaii ale construciei, compatibile custructura de rezisten i exploatarea normal a acesteia, pe lng un sistem de fundare raionaldin punct de vedere tehnico-economic.

Terenuri de fundare dificile (slabe), alctuite din roci care n starea lor natural nuprezint caracteristicile sus-menionate precum i din roci care pot suferi modificri importante ,defavorabile sub aspectul rezistenei, deformabilitii i stabilitii, sub aciunea unor factoriinteriori sau exteriori (variaii de umeditate, de temperatur, seisme etc.). La executareaconstruciilor pe aceste terenuri se impune luarea unor msuri pentru majorarea rezistenei,stabilitii sau pentru eliminarea unor fenomene defavorabile.

Bolovniurile, pietriurile i nisipurile sunt terenuri bune de fundare. Cu ctfragmentele componente sunt de mrimi mai diferite i cu ct volumul golurilor dintre ele estemai redus (adic sunt mai ndesate), cu att rezistena i stabilitatea lor la aciunea ncrcriloreste mai ridicat. Nu sunt bune de fundare terenurile care se afl n stare afnat, dar prezintavantajul c se pot compacta relativ uor prin procedee mecanice.

Probleme dificile prezint nisipurile fine cu granulaie uniform supus aciuniihidrodinamice a apei, deoarece la o anumit vitez a curentului de ap sunt antrenate iparticulele fine de nisip, dnd natere la nisipuri curgtoare (sufoziune), care reduc substanialrezistena i stabilitatea terenului de fundare. Acest fenomen poate aprea, n special n timpul

executrii spturilor i a fundaiilor, cnd este necesar coborrea nivelului apei subterane,evacuarea apei prin pompare din groapa de fundaie provoac creterea vitezei de circulaie aapei prin teren, putnd ajunge la valoarea vitezei critice care antreneaz particulele de nisip.

Prafurile ipmnturile prfoasesunt terenuri slabe de fundare, care saturate cu apdau natere la mluri, iar amestecate i cu substane organice formeaz nmolurile, avndrezistene foarte reduse.


37/98

37

Tema 6. Caracteristicile fizice ale pmnturilor

Caracteristicile fizice ale pmnturilor sint necesare pentru cunoaterea comportriiacestora sub sarcini.

Caracteristicile fizice ale pmnturilor sunt: densitatea i greutatea volumic a sceletului mineral (s,s);

densitatea i greutatea volumic a pmntului(,);

umeditatea natural();

porozitatea();

indicile porilor(e); gradul de indesare(ID);

capacitatea de ndesare(Ci);

limita de plasticitate(Wp, Wl);

6.1. Densitatea i greutatea volumic a sceletului mineral (s,s)Densitatea i greutatea volumic a sceletului mineral reprezint raportul dintre masa

particulelor solide Ms dintr-o prob de pmnt i volumul propriul al acestora Vs.

s=

;[g/cm3]

Mrimea densitii scheletului ofer indicaii asupra originii i compoziieiminerologice a pmntului respectiv fiind folosite pentru determinarea altor caracteristici ale

pmantului.Densitatea scheletului variaz n limitele [2,6...2,8 g/cm3 ]

Valorile ridicate indic un coninut ridicat de minerale grele (oxizi de fier), o scdere a densitiiindic prezena substanelor organice n compoziia pmntului respective.

6.2. Densitatea i greutatea volumic a pmntului (,)

Densitatea pmantului reprezint raportul dintre masa unei probe de pmnt M ivolumul total al acesteia V, n care este inclus i volumul porilor.

=

;[g/cm3

]

Densitatea pmntului variaz ca valoare pentru acelai fel de pmnt n funcie de coninutul deap. Limita inferioar, valoarea minim a densitii se obine cnd pmntul este complet uscat ipoart denumirea densitatea n stare uscat.


38/98

38

=

;[g/cm3]

Cnd golurile din proba de pmnt sunt umplute cu ap, densitatea are valoarea maxim, numitdensitate n stare saturat

acesteia V, n care este inclus i volumul porilor.

sat=+

;[g/cm3]

Vpvolumul porilor

densitatea apei

6.3. Greutatea volumic a pmntului (s)

Greutatea volumic a pmntului (s) reprezint raportul ntre greutatea particulelorsolide dintr-o cantitate de pmnt i volumul propriu al acestor particule (fr goluri).

s =

=

= [kN/m3]

Valorile =16,1...19,5[kN/m3]

Ggreutatea fazei solide i greutatea apei din pori

gacceleraia gravitaional

6.4. Umeditatea naturalUmeditatea natural se exprim ca raportul ntre masa apei M coninut n porii unei

cantiti de pmnt i masa particulelor solide Msdin acea cantitate, exprimat n %.

=

* 100 %

Valorile = 16...30 %

n laboratorumeditatea ()se determin prin uscarea probelor n etuv pn la to= 105 oC.

6.5. Porozitatea i indicele porilorPorozitateaexprim raportul dintre volumul porilor i volumul total al unei cantiti de pmntconsiderate


39/98

39

=

* 100 %

Vpvolumul porilor

Vvolumul total al probei de pmnt

I ndicele pori lor (e)reprezint raportul dintre volumul porilor Vp i volumul fazei solide

e =

ntre porozitateni indicile porilore exist urmtoarele relaii:

e =

Cu ct este mai mare valoarea lui (e) cu att pmntul este mai afnat, mai compresibil, mai slab.

Valorile lui pentrupmnturile argiloase:

N Denumirea pmnturilor Valorile porozitii , %

Argile tinere, mluri n =70

Argile moi n =50-70

Argile consistente n =30-50

Argile comacte n =15-30

Pmnturi loessoide n =40-60

6.6. Gradul de umeditate

Gradul de umeditate - se definete ca raortul ntre volumul apei coninute n poriipmntului i volumul total al porilor din acel pmnt.

Sr=

Dup gradul de umeditate pmnturile se clasific:


40/98

40

N Denumirea pmnturilor Valorile umeditii Sr

Pmnt uscat Sr 0,40

Pmnt umed 0,40 < Sr < 0,80

Pmnt foarte umed 0,80 < Sr 0,90

Pmnt saturat 0,90 < Sr 1,00

6.7. Gradul de ndesare

Pentru a exprima msura n care granulele constituiente ale mnturilor nisipoase suntaezate ntr-o stare mai ndesat sau afnat se folosete gradul de ndesare notat cu ID

e - indicele porilor corespunztor strii naturale de ndesare;

emax- indicile porilor corespunztor strii celei mai afnate;

emin- indicele porilor coresunztor strii celei mai ndesate.

n funcie de valoarea lui IDpmnturile nisipoase se clasific:

Pmnt nisipos afnat 0


41/98

41

La nisipuri capacitatea de ndesare C i variaz ntre 0,35 i 0,70. Cu ct capacitatea dendesare a unui pmnt nisipos are valoarea mai mare, cu att acesta poate avea variaii mai mariale volumului de goluri i deci tasri mai mari sub aciunea ncrcturilor transmise deconstrucii.

6.9.

Limitele de plasticitate ale pmnturilor coezive

Umeditile care delimiteaz inferior i superior, domeniu de comportare plastic apmnturilor coezive poarte denumirea delimi te de plastici tate.

Limita inferioar de plasticitate Wp, reprezint umeditatea minim de la care ncepndun pmnt argilos se comport asemntor cu un corp plastic, ea marcnd trecerea pmntuluidin stare tare n stare plastic.

Limita superioar de plasticitate WL, (limita de curgere), reprezint umeditateamaxim pn la care unpmnt argilos are comortare plastic, ea marcnd trecerea pmntului

din stare plastic n stare curgtoare; pentru greutile mai mari dect WLpmntul curge subgreutatea proprie.

Plasticitatea este proprietatea pmnturilor coezive (argiloase i prfoase) aflate nanumite limite de umeditate, de a se deforma ireversibil sub aciunea forelor exterioare, frvariaia volumului i fr apariia unor discontinuiti n masa lor

Ip= WL- Wp

Dup valoarea indicile de plasticitate Ippmnturile argiloase se clasific:

Denumirea pmntului Ip

Pmnturi nelastice (nisip curat) Ip=0

Pmnturi cu plasticitate redus (nisip argilos,praf nisipos, praf, praf argilos-nisipos)

0


42/98

42

n funcie de coniunutul de ap pmnturile coezive pot avea diferite stri deconsisten.

Indicele de consisten Ic exprim cantitativ starea de consisten starea de consistena pmnturilor coezive , cuprinse ntre cele dou stri extreme posibile, starea solid (tare) i

starea curgtoare.

Ic=

W- umeditatea natural a pmantului

Indicele de consisten variaz ntre 0 i 1.

Dup indicele de consisten pmnturile coezive se clasific:

Starea pmntului Ic IL

Pmnturi curgtoare Ic 0,00 IL 1

Pmnturi plastic curgtoare 0,00 < Ic 0,25 0,75 IL


43/98

43

utilizat fosile i tipuri de roci distinctive pentru a elabora aa -numita coloan stratigrafic, oreprezentare a ntregii istorii geologice a Pmntului. ns procesul e complicat de numeroaselacune determinat de micarea plcilor i de absena sedimentelor.

Fosilele sunt resturile unor organisme pstrate n stratele de roc. Poate fi vorba de

graune de polen ori de schelete giganticede dinozauri sau balene.

Formele de via pot fi conservate n mai multe feluri, iar fosilele sunt diferite: pot fiurme vagi ale activitii din trecut (amprente plantare), biomoleculare sau rmie intregirmase captive (ex. insectele rmase captive n chihlimbar). Majoritatea proceselor deconservare duc la pierderi nsemnate de informaii despre organismele respective. . Cu toateacestea , fosilele arat c viaa a aprut n ocean cu aproximativ 3,8 miliarde de ani nurm.istice) i tectonice (discordanele unghiulare) etc.

Vrsta absolut (datare radiometric)

nainte de dezvoltarea tehnicilor de datare radiometric lanceputul sec. XX, nu existanici o metod sigur de datare a mineralelor, rocilor i fosilelor. Descoperirea radioizotopiloranumitor elemente (precum plumbul carbonul i zirconul) prezente n minerale, roci, meteorii ifosile, mpreun cu msurarea gradului lor de descompunere au permis msurarea vrstei acestorminerale.

Diviziunile timpului geologic (scara geocronologic). Istoria geocronologic a fostmprit n diviziuni de mai multe ordine, dintre cele mai mari sunt erele, dup care urmeaz

descrescnd perioadele, epocele i etajele.

Erele sunt n numr de cinci i anume: arherozoic i proterozoic (care constituieprecambrianul), paleozoic, mezozoic i neozoic.

Precambrianul reprezint partea cea mai lung din istoria Pmntului (circa 2,5 3miliarde de ani) i se subdivide n dou ere: arhherozoic i proterozoic.

Era arherozoic se caracterizeaz prin cele dou faze specifice: anhidr (cu rocimagnetice i o atmosfer ncrcat cu vaporii diferitelor sruri) i oceanic veche (cnd seformeaz primul nceput al hidrosferei i primele roci sedimentare, care sub influena

metamorfismului devin apoi roci cristaline isturi cristaline). Primele micri tangeniale iprimele urme de via dup cum se pare, au s-au produs n era proterozoic.

Era proterozoic se caracterizeaz prin apariia unor urme sigure de vieuitoarereprezentate prin plante i animale, fiecare dezvoltate n mai multe grupe (alge, foraminifere,viermi, brahiopode, trilobii etc.). Dintre roci, pe primul loc stau cele sedimentare, dar sunt


44/98

44

prezente i cele magmatice (granitul de Rapakiwi) i metamorfice, ntlnite la baza primelorscuturi continentale ale Pmntului.

Precambrianulreprezint timpul cnd s-au pus bazele scheletului orografic al reliefuluiterestru, prin formarea marilor scuturi continentale i cnd s-a dezvoltat prima glaciaie a

Pmntului.

Era paleozoic reprezint timpul de circa 345 000 000 de ani, caracterizat prindezvoltarea vieuitoarelor, predominante fiind nevertebratele marine, petii i amfibiile.

Ea se imparte n cinci perioade: cambrian, silurian, devonian, carbonifer i permian.

Formaiunile paleozoice au atins grosimi foarte mari (circa 30 000m) i sunt reprezentatemai ales prin conglomerate, gresii, calcare, calcare dolomitice, isturi argiloase, cu multe fosile,

care au fost metamorfizate n bun parte, precum i prin variate roci magmatice (granite,grandiorite, gabrouri, porfire etc).

La sfritul paleozoicului, imaginea paleogeografic a feei Pmntului era destul desimpl dou continente n emisfera nordic (continentul Nord-Atlantic i continentul sino-sinerian) i unul in emisfera sudic (continentul Gondwana).

Mezozoicul reprezint timpul de circa 155 000 000 de ani dintre paleozoic i neozoic,caracterizat prin predominarea reptilelor, a amoniilor i belemniilor.

Mezozoicul se mparte n trei perioade: triasic, jurasic i cretacic. Perioada cretacic a

durat mai bine de jumtate din ntreaga er.

Aceasta a nceput cu dezvoltarea amonoilor i s-a terminat cu dispariia acestora, abelemniilor i a reptilelor.

Grosimea formaiunilor mezozoice este destul de mare (60 000 m) i sunt constituite dincalcare, dolomite, gresii, isturi argiloase, conglomerate, marne, gresii calcaroase, calcarecoraligene etc.

n jurasic se ajunge la o frmiare accentuat a marilor continente precedente, n pestecinci blocuri n nord i trei n sud.

Sfritul mezozoicului este reprezentat pentru emisfera sudic predominnd apa marin,iar uscatul fiind reprezentat prin mici blocuri (n Brazilia, Africa, Madagascar, India, Australia),care au constituit nucleul viitoarelor continente sudice.

Era Perioada Epoca EtajulPrincipalelecaractere

Vrstaabsolut,

Grosimea


45/98

45

paleontologice mln.ani relativ.

NEOZOIC

Cuaternar Q - holocen Animale iplante actuale:mamutul, ursulcavernelor:omul paleo ineolitic

1,52

200m

pleistocen

Neogen

pliocen levantindacianponianmeoian

Clasamamiferelor

24

4000m

miocen sarmaiantortonian

helveianburdigalianacvitanian

Paleogenoligocen chattian

rupelianlattorfian

45eocen luteianledianindian

paleocen ypressianlondonianmonian

MEZOZOIC

MZ

Cretacic Cr cretacic sup.

daniansenonian

155

6000m

cretacic med.

Turoniancenomanianalbian

cretacic inf.apianbarremianhauterivianvalanginianberriassian


46/98

46

Jurasic Jr

jurasic sup. portlandiankimmeridgiancallovian

Clasa reptilelori amoniiilor

jurasic med. bathonianbajocian

jurasic inf. aalenianrhetian

Triasic Trtriasic sup.triasic med.triasic inf.

noriancarnianladiniananisianwerfenian

PALE

OZICPZ

Permian P p. superiorp. inferior

facies marinkazanian

kungurianartinskian

Carbonic Cc.superiorc.mediuc.inferior

uralianmoscoviandinanian

DevonianD

d. superiord.mediud.inferior

famenianfrasniangivetianeifeliancobleiangediniandowntonian

Clasa petilor itrilobiilor

345

30000m

Silurian S

gothlandian

ordovician

ludlovianwenlockianvaleniancaradocianelamoeliantremadocian

CambrianCm

postdamianacadiangeorgian

---


47/98

47

PROT

EROZ

OIC

Prz

Algonkian - - Urme devieuitoaredifereniate

24000m

ARH

EROZ

OICA

Arz

- - Urme slabe devieuitoare

FAZA ASTRAL Vrst planetar

Tema 8. Geodinamica intern a Pmntului

La suprafaa Pmntului au loc procese de formare a munilor, mrilor i oceanelor.Toate aceste procese de formare sunt antrenate de forele interne ale Pmntului.

geologia inginereasca curs

Documents