1-Obiectul geologiei ingineresti-2013

Obiectul şi istoricul geologiei inginereşti ___________________________________________________________________________

1

Obiectul geologiei inginereşti

Geologia inginerească este o ramură a geologiei care studiază masivele de roci în

scopul determinării compatibilităţii factorilor geologici cu construcţiile din punctul de vedere

al amplasamentului, al proiectului constructiv, al execuţiei şi exploatării adecvate scopului pe

care trebuie să-l îndeplinească.

Rezultatele cercetărilor geologico-inginereşti stau la baza proiectelor de inginerie

civilă, a studiilor de impact asupra mediului; totodată servesc la fundamentarea economică a

proiectelor construcţiilor. Aceste cercetări oferă rezultate privind fenomenele de risc geologic,

seismic şi geotehnic, alunecări de teren, stabilitatea taluzelor, fenomenele de eroziune,

inundaţii, asecări ale terenurilor etc.

fig. 1 Relaţia diferitelor discipline ale geologiei şi ingineriei civile cu geotehnica

Geologia este ştiinţa care studiază compoziţia (chimică, mineralogică petrografică,

litostratigrafică şi paleontologică) şi arhitectura (tectonica) litosferei terestre, fenomenele şi

geologie

Construcţii

ingineria şi protecţia apelor

inginerie

civilă

Ingineria structurilor

topografie şi cartografie

Căi ferate, drumuri, poduri Ingineria

mediului

Inginerie geotehnică

Geologie inginerească

hidrogeologie

geofizică şi seismologie

geomorfologie

paleontologie

geologie structurală

petrologie


2

procesele care produc schimbări în acestea în scopul de apune în valoare substanţe minerale

utile sau condiţii optime de fundare a lucrărilor de artă inginerească.

Istoricul geologiei este legat de minerit şi începe, ca oricare altă ştiinţă, cu o fază

de acumulare a observaţiilor. Printre gânditorii antichităţii care au avut preocupări legate de

geologie, îndeosebi prin speculaţii privind alcătuirea pământului amintim pe: Thales (624-574

AC), Heraclit (aprox 530-470 AC), Aristotel (384-322 AC), Teofrast (372-287 AC, „Peri

Lithon” – Despre pietre), Pliniu cel Bătrân (23-79 DC). În Codul lui Hamurabi se fac

cunoscute primele referiri privind responsabilităţile constructorilor, inclusiv asupra

fundaţiilor.

fig. 2 Triunghiul lui Burland modificat (Anon; 1999)

Activităţile legate de minerit impun în Evul Mediu o abordare mai consecventă.

Biruni (972-1048) şi Avicena (980-1037) se ocupă de pietrele preţioase, respectiv de

clasificarea mineralelor cunoscute. Georgius Agricola (1494-1555) a scris 12 cărţi despre

Comportarea terenului

Structura terenului

Modelare

Geologia regiunii, geneza

Determinări de laborator, teste “in situ”, măsurători

Empirism, precedente, experienţă, asumarea riscului

Idealizare urmată de modelare analitică sau fizică

Investigaţii şi observaţii de teren,


3

minerit, zăcăminte şi metalurgie - (De Re Metallica, 1556). Lomonosov (1711-1765) –

„Despre stratele pământului”, 1750.

Din secolul XVII se fac observaţii tot mai aprofundate asupra cristalelor (Hooke,

Leeuwenhoek, Bozle, Stenon, Huygens), apoi A.G. Werner (1750-1817)- considerat părintele

geologiei, James Hutton (1726-1797)- „Theory of the Earth”, Buffon (1707-1788) ilustrează

două scoli de gândire: cea neptunistă şi cea plutonistă . Cele două curente pornesc de la ideea

că factorul primordial care determină existenţa şi transformările Pământului sunt apa respectiv

adâncurile pământului.

Secolul XIX este marcat şi de ciocnirea a două curente: cel evoluţionist şi cel

catastrofist, conform cărora evoluţia globului terestru este determinată de evenimente cu

caracter catastrofal (ex. ploi, prăbuşiri, inundaţii, etc.); acest curent revine în forţă în zilele

noastre prin mass-media, în goana după senzaţional.

Alţi cercetători care au adus contribuţii majore G. Cuvier (1796-1832), A.

Brogniart (1770-1847) care au pus bazele paleontologiei, K. Hoff (1771-1837) a introdus

principiul actualismului, Ed. Suess (1831-1914), V.I. Verdnaski (1863-1945) –

„întemeietorul” geochimiei ş.a.

În secolul XX se pun bazele unei teorii unificatoare, - Tectonica globală. Alfred

Wegener (1880-1930) emite teoria derivei continentelor, la care ulterior se adaugă teoria

expansiunii fundului oceanic (în anii 1960), teoria plăcilor tectonice rezultând astfel o viziune

atotcuprinzătoare asupra fenomenelor tectonice, seismice, vulcanice.

La noi în ţară cei dintâi cercetători în domeniul geologiei au fost: Gr. Cobălcescu

(1831-1892), Gr. Ştefănescu (1838-1911), L. Mrazec (1867-1944), Gh. Murgoci (1872-1925),

Sabba Ştfănescu (1857-1931), Sava Athanasiu (1866-1946) ş.a.m.d..

În ceea ce priveşte geologia inginerească, în România au apărut preocupări mai

intense la sfârşitul secolului XIX, îndeosebi în ceea ce priveşte proprietăţile rocilor utile (R.

Pascu, Şt. Cantuniari, V. Mazilu, A. Juncu). Gh. Murgoci a iniţiat cursul de geologie generală

adaptat Secţiei de Construcţii de la Şcoala Politehnică, continuat apoi de Em. Pache

Protopopescu.

Principiile de lucru

Stau la baza cercetării geologice prin metode deductive. Pe baza lor se pleacă de la

relaţii general valabile, ajungând la rezolvarea unor cazuri concrete.

Principiul superpoziţiei straturilor: Stratele sau curgerile de lavă neafectate de

mişcări tectonice sunt din ce în ce mai noi dacă le urmărim de jos în sus pe aceeaşi verticală;


4

Principiul actualismului: fenomenele care au acţionat asupra scoarţei terestre în

trecut, acţionează şi astăzi cu aceeaşi forţă şi efecte, constituind astfel cheia înţelegerii istoriei

geologice.

Principiul evoluţiei organismelor: într-o succesiune geologică stratele ce conţin

fosile cu o organizare superioară sunt mai noi decât cele ce cuprind resturi ale unor organisme

primitive de pe aceeaşi linie filogenetică.

Structura globului terestru s-a conturat în literatura de specialitate pe baza

informaţiilor provenite din:

- studiul meteoriţilor, clasificaţi după compoziţia chimico-mineralogică în

- meteoriţi sideritici (alcătuiţi din Fe şi Ni plus carburi)

- meteoriţi siderolitici (din Fe, Ni, silicaţi de Fe, Mg)

- meteoriţi litosiderolitici (cu compoziţie bazaltică) şi uneori chondritici (formaţi

din sferule minerale) şi sticloşi

Fiind consideraţi resturi ai unor planete dezintegrate, fiecare din aceste tipuri se

presupune, mai ales pe baza densităţii lor, că provin dintr-o anumită zonă (nucleu, manta sau

scoarţă.).

- studiul undelor seismice, care la anumite adâncimi prezintă schimbări bruşte

sau gradate de direcţie, datorită reflexiei sau refracţiei lor la trecerea dintr-un mediu cu

anumite caracteristici într-altul. Astfel s-au pus în evidenţă discontinuităţile majore care

delimitează geosferele: Mohorovici (30-60 km), Wiechert-Guttenberg (2900 km) şi Lehman

(5100-5200 km) - (vezi fig. 4). Undele seismice se propagă cu viteze diferite în funcţie de

natura lor. Undele longitudinale (prime – P) au o viteză de 4 - 7 km/sec şi se propagă atât în

mediu solid cât şi în cel lichid. Undele transversale au o viteză de 2 - 4 km/sec şi se propagă

numai mediu solid, iar cele superficiale, de suprafaţă, cu 1 km/sec.

fig. 3 Traseul undelor seimice în interiorul

globului terestru: E - epicentru, H –

hipocentru, focar; P - unde prime directe, S

– unde secunde directe; AE –

antiepicentru, PP, SS - unde reflectate o

dată; ZU - zona de umbră seismică a

nucleului; C – centrul Pământului.


5

- studiul poziţiei hipocentrelor cutremurelor, cercetarea câmpurilor geomagnetic,

gravimetric, geotermic.

Constituţia globului terestru

-Litosfera superioară are la bază discontinuitatea Mohorovici. Este formată din:

• Pătura sedimentară (10-20 km grosime)

• Pătura granitică, tipică pentru scoarţa continentală

• Pătura bazaltică, (15-20 km sub continente, 5-6 km sub oceane)

-Litosfera inferioară, 30-50 km, constituită din roci ultrabazice

-Astenosfera, este sediul unor curenţi de convecţie

-Mezosfera, între 900 şi 2900 km, constituită din materie cu densitate 5-6

-Nucleul, separat de discontinuitatea Lehman (5100-5200 km); zona externă este

probabil lichidă, iar cea internă din Ni şi Fe, cu densitate 11-15.

fig. 4 Geosferele globului terestru

Limitându-ne la scoarţa terestră, aspectul şi compoziţia acesteia este rezultatul

interacţiunii factorilor endogeni din interiorul pământului şi a celor exogeni din


6

atmosferă. Primii generează forme de relief pozitive, munţi, dealuri, în timp ce factorii

exogeni, aplatizează aceste forme de relief.

fig. 5 Detaliu privind alcătuirea părţii superioare a globului terestru

După aspect şi geneză, formele de relief pot fi clasificate în:

Munţi – respectiv, munţi de cutare (centuri orogenice) rezultat al unor faze

orogenice conturate în timp – caledoniană, hercinică, alpină, etc; munţi vulcanici,

conici, dispuşi în lanţuri sau izolat ţi neregulat; munţi faliaţi (blocuri fracturate şi

înclinate spre marginile de sud ale continentelor).

Podişuri – podişuri vulcanice (platouri de bazalte cu trepte de relief, de ex.

podişul Decan), podişuri intramuntoase, cu fundament orogenic umplut cu molasă) şi

podişuri de platformă, pe masive rezultate ale peneplenizării acestora.

Câmpii – câmpii maritime/ marginale/ de coastă (înguste, alungite ca margini

ridicate ale şelfului); câmpii interne - întinse şi izometrice, pe bazine de subsidenţă;

câmpii de piemont ( de acumulare - în proximitatea munţilor şi umplute cu molasă ( de

ex.: nordul Câmpiei Române)

Depresiuni – continentale sub nivelul mării (lacuri adânci şi persistente pe

zone căzute între falii paralele); părţi centrale ale sinclinalelor (ex. nordul Mării

Caspice), depresiuni erodate eolian (ex. Kattarah - Egipt)

Margini continentale – sunt regiuni submerse cu crustă continentală formate

din şelf (platou continental) până la adâncimi de 170 - 200 m , taluz povârniş


7

continental între 200 şi 2000 m; piemonturi precontinental formate din acumulări de

turbidide, alunecări marine adânci la contactul continent-ocean.

Domeniul oceanic – cuprinde dorsale/ coame medio-oceanice, late de 1000-

1500 km cu un rift (graben) central decalat prin falii transformate (de ex. marea

dorsală medio-atlantică); praguri oceanice (coame vulcanice inactive); munţi

vulcanici submarini, câmpii abisale, fose (depresiuni) cu adâncimea de peste 6000 m,

late de 100-200 km, la periferia domeniului oceanic, legate de subducţia plăcilor

tectonice oceanice sub cele continentale.

Arcuri insulare vulcanizate cu dispoziţie în ghirlandă şi cu fose în faţă şi bazine

retro-arc în spate.

Fenomene endogene sunt determinate de următoarele procese:

- vulcanism

- magmatism

- metamorfism

- diastrofism

- seismicitate

şi au la bază următoarele procese:acţiunea atmosferei, acţiunea hidrosferei,

acţiunea biosferei, diageneza, alterarea rocilor

Elemente de tectonică globală

Tectonica globală este o teorie unificatoare care s-a conturat în secolul XX pe baza

unor ipoteze care, puse cap la cap, oferă o imagine de ansamblu asupra istoriei şi evoluţiei

scoarţei terestre.

Ipoteza derivei continentelor a fost emisă de A. Wegener în 1910, în principal pe baza

similitudinilor geometriei ţărmurilor diferitelor continente. La aceste observaţii s-au adăugat

ulterior argumente bazate pe existenţa unor formaţiuni geologice identice care actualmente

sunt despărţite de Oceanul Atlantic (de ex. Munţii Hercinici în Europa şi Munţii Apalaşi în

America de Nord, formaţiuni diamantifere în Africa şi în Brazilia, etc.), pe baza conţinutului

paleontologic comun ş.a.m.d.

Translaţia continentelor presupune că blocurile tectonice, (zone stabile de mare

suprafaţă), mai uşoare, plutesc pe o materie vâscoasă plastică sau chiar lichidă a astenosferei.

Deplasările au loc datorită curenţilor de convecţie din astenosferă, în conjuncţie cu mişcările

izostatice a forţei Coriolis sau chiar a mareelor terestre. Mişcările sunt de ordinul milimetrilor

sau chiar a centimetrilor pe an.


8

fig. 5 Schiţa tectonică a Pământului cu indicarea plăcilor majore

La teoriile de mai sus, s-a adăugat în a doua jumătate a secolului teoria expansiunii

fundului oceanic, în urma explorării amănunţită a formaţiunilor oceanice. S-a constatat astfel

o dispunere în benzi paralele, simetrice a rocilor faţă de dorsala Atlantică, vârsta acestora

fiind din ce în ce mai mare cu cât se îndepărtează de zona rift. Studiul polarizării mineralelor

magnetice a întărit ideea comportării fundului oceanic ca un covor rulant: polaritatea

mineralelor se schimbă alternativ datorită schimbării polilor câmpului geomagnetic, de

asemenea simetric.

Sub acţiunea curenţilor de convecţie din astenosferă în zonele mai labile se produc

fracturi sub formă de rifturi oceanice (ex. Marea Dorsală Atlantică) sau continentale (ex.

Marele Rift Est-African. Lacul Baikal). Plăcile din domeniul oceanic pătrund sub cele

continentale pe planele de subducţie (plane Benioff), unde se creează zone de seismicitate şi

vulcanism intens (vezi Arcului de Foc al Pacificului). Materia subdusă se retopeşte şi îşi reia

ciclul către suprafaţă.


9

fig. 7 Mecanismul zonelor de subducţie

fig. 8 Vulcanii activi de şi localizarea Arcului de Foc al Pacificului

Teoria geosinclinalelor,

Deşi mai veche decât tectonica globală, teoria geosinclinalelor îşi păstrează încă valabilitatea.

Multe structuri geologice existente îşi pot explica geneza şi evoluţia cu ajutorul acestei teorii.


10

fig. 9 Evoluţia geosinclinalelor

La contactul dintre plăcile tectonice

se acumulează în fose, ca urmare a

eroziunii şi transportului de pe

continent sedimente. Sub acţiunea

stressului lărgimea geosinclinalului

se reduce treptat, iar stratele se

cutează (faza de orogeneză).

Formaţiunea rezultată în urma

cutării şi fracturării sedimentelor

poartă numele de fliş,. Produsele

rezultate în urma eroziunii flişului,

şi depuse în fosele marginale ale

geosinclinalului se numesc molasă.

1-Obiectul geologiei ingineresti-2013

Documents

Transcript of 1-Obiectul geologiei ingineresti-2013