Apostila de Mecanica das Rochas

8/9/2019 Apostila de Mecanica das Rochas

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MECNICA DAS ROCHAS

Prof. Andr P. Assis, PhD

APOSTILA DO CURSO BSICO

PUBLICAO: G.AP-AA001/13

Universidade de BrasliaFaculdade de Tecnologia

Dept. Engenharia Civil & AmbientalGeotecnia


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Universidade de BrasliaDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental / FTGeotecnia

MECNICA DAS ROCHASProf. Andr P. Assis, PhD

OBJETIVO

Estas notas de aula de um curso de Mecnica das Rochas visam o estudo do comportamento

das rochas como material geotcnico, preparando os conceitos bsicos para caracterizar as

rochas, suas descontinuidades e obteno de parmetros para aplicaes a projetos e

execues de obras de engenharia apoiadas ou escavadas em rocha. Este curso

complementado por aplicaes de Engenharia de Rochas, tais como estabilidade de taludes,

fundaes e obras subterrneas em rocha.

EMENTA

Rocha como material geotcnico. Descontinuidades e macio rochoso. Propriedades das

rochas intactas. Propriedades das descontinuidades. Classificao dos macios rochosos.

Deformabilidade, resistncia ao cisalhamento e critrios de ruptura de rochas e macios

rochosos. Tenses naturais e induzidas. Permeabilidade de rochas e macios rochosos.

Aplicaes a fundaes, taludes e obras subterrneas em rocha.

PROGRAMA DO CURSO

Este curso de Mecnica das Rochas est estruturado em dez mdulos, sendo a carga horria

estimada entre 40 e 60 h. A descrio dos assuntos por mdulo est apresentada na tabela

abaixo:

Mdulo Assunto

1 Rocha intacta, descontinuidades e macios rochosos

2 Propriedades-ndice de rochas intactas

3 Caracterizao quantitativa e propriedades de descontinuidades

4 Classificao de macios rochosos


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9 e 10 Aplicaes a fundaes, taludes e obras subterrneas em rocha

BIBLIOGRAFIA

Anais de Congressos, Simpsios etc.

ABGE. Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia. ABGE, So Paulo, SP.

ABMS. Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica. ABMS, So

Paulo, SP.

ABMS. Simpsio Brasileiro de Mecnica das Rochas. ABMS, So Paulo, SP.

ARMA / ISRM. US Symp. on Rock Mechanics. ARMA / ISRM, New York, USA.

ISRM. European Congress on Rock Mechanics - Eurock. ISRM, Lisbon, Portugal.

ISRM. International Congress on Rock Mechanics. ISRM, Lisbon, Portugal.

ISRM. North American Congress on Rock Mechanics. ISRM, Lisbon, Portugal.

Livros

Azevedo, I.C.D. & Marques, E.A.G. (2002). Introduo Mecnica das Rochas. Caderno

Didtico 85, Editora UFV, Viosa, MG, 361 p.

Bieniawski, Z.T. (1984). Rock Mechanics Design in Mining and Tunneling. Balkema,

Boston, USA, 272 p.

Bieniawski, Z.T. (1989). Engineering Rock Mass Classifications. John Wiley & Sons, New

York, USA, 251 p.

Brady, B.G.H. & Brown, E.T. (1993). Rock Mechanics for Underground Mining. Chapman &

Hall, London, UK, 571 p.

Brown, E.T. (1981). Rock Characterization, Testing and Monitoring - ISRM Suggested

Methods. Pergamon, Oxford, UK, 211 p.

Brown, E.T. (1987). Analytical and Computacional Methods in Engineering Rock Mechanics.

George Allen & Unwin, London, UK, 259 p.

Coates, D.F. (1981). Rock Mechanics Principles. CANMET Energy, Mines and Resources

Canada, Ottawa, Canada, 441 p.

Dowding, C.H. (1985). Rock Masses: Modeling of Underground Openings - Probability of


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Franklin, J.A. & Dusseault, M.B. (1989). Rock Engineering. McGraw-Hill, New York, USA,

600 p.

Franklin, J.A. & Dusseault, M.B. (1991). Rock Engineering Applications. McGraw-Hill, New

York, USA, 582 p.

Goodman, R.E. & Shi, G.H. (1985). Block Theory and its Application to Rock Engineering.

Printice-Hall, Englewood, USA, 338 p.

Goodman, R.E. (1989). Introduction to Rock Mechanics. John Wiley & Sons, New York,

USA, 562 p.

Hoek, E. (1998). Rock Engineering: The Application of Modern Techniques to Underground

Design. CBMR / CBT, So Paulo, SP, 268 p.

Hoek, E. & Bray, J.W. (1981). Rock Slope Engineering. IMM, London, UK, 358 p.

Hoek, E. & Brown, E.T. (1980). Underground Excavations in Rock. IMM, London, UK, 527

p.

Hudson, J.A. & Harrison, J.P. (1997). Engineering Rock Mechanics: An Introduction to the

Principles. Pergamon, Oxford, UK, 444 p.

Jaeger, J.C. & Cook, N.G.W. (1979). Fundamentals of Rock Mechanics. Chapman & Hall,

London, UK, 593 p.

Juminis, A.R. (1983). Rock Mechanics. Trans Tech Publications, Clausthal, Germany, 613 p.

Kirkaldie, L. (1988). Rock Classification Systems for Engineering Purposes. STP 984,

ASTM, Philadelphia, USA, 167 p.

Konya, C.J. & Walter, E.J. (1991). Rock Blasting and Overbreak Control. US Department of

Transportation, Federal Highway Administration, McLean, USA, 430 p.

Lama, R.D., Vutukuri, V.S. & Saluja, S.S. (1974/1978). Handbook on Mechanical Properties

of Rocks (4 volumes). Trans Tech Publications, Clausthal, Germany, 1682 p.

Obert, L. & Duvall, W.I. (1967). Rock Mechanics and the Design of Structures in Rock. John

Wiley & Sons, New York, USA, 650 p.

Poulos, H.G. & Davis, E.H. (1974). Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics. John



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Stagg, K.S. & Zienkiewicz, O.C. (1968). Rock Mechanics in Engineering Practice. John


Revistas Tcnicas

ABMS & ABGE. Solos e Rochas. ABMS/ABGE, So Paulo, SP, (publicado desde 1978).

International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts.

Elsevier, Rotherdam, Netherlands (publicado desde 1974).

Rock Mechanics and Rock Engineering. Springer-Verlag, New York, USA (publicado desde

1983).

AGRADECIMENTOS

O autor gostaria de expressar seus agradecimentos Universidade de Braslia (UnB) e ao

Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq) pelo apoio linha

de pesquisa Mecnica das Rochas e Geotecnia Aplicada Minerao. No entanto resultados

positivos no teriam sido obtidos sem a parceria e colaborao de diversas empresas

mineradoras, entre elas a CVRD, Ferbasa e Samitri. Por fim, aos alunos de ps-graduao que

atravs de suas pesquisas contriburam para o avano destes conhecimentos. Boa parte do

texto desta apostila foi baseada nas suas dissertaes e teses, que so os seguintes (ordem

cronolgica): German Vinueza, Aldo Farfan Durand, Carlos Alberto Lauro, Rmulo

Cavalcante, Alessandra Liono, Csar Augusto Hidalgo, Jos Allan Maia, Gabriel Zapata,

Joo Luiz Armelin e Ludger Suarez-Burgoa.


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1 INTRODUO

A Mecnica das Rochas passou a ser reconhecida como uma disciplina especial nos

programas de engenharia por volta de 1960 devido as novas atividades desenvolvidas neste

material como, complexas instalaes subterrneas, canais de aduo, abertura de grandes

minas, etc.

Mecnica das Rochas uma cincia terica e aplicada que estuda o comportamento mecnico

das rochas e macios rochosos; ou seja a parte da Mecnica que estuda a resposta das rochas

e macios rochosos quando sujeitos ao de esforos solicitantes externos (p.ex., fora,

temperatura etc.).

1.1 REAS DE ATUAO DA MECNICA DAS ROCHAS

So inmeras as situaes em que esta cincia pode ser aplicada engenharia, sempre com o

objetivo principal de garantir uma soluo tcnica vivel, ou seja, com o menor custo

possvel, obedecendo a quesitos de segurana compatveis com o tipo de obra e minimizando

impactos ambientais.

A Mecnica das Rochas uma disciplina de interface se destacando principalmente nas

seguintes reas:

Engenharia Civil (Geotecnia) - projeto e execuo de fundaes (edificaes, barragens

etc.), taludes naturais e escavados, tneis e cavernas de armazenamento (fluidos, rejeitos

etc.);

Engenharia de Minas - projeto estrutural de minas a cu aberto (taludes) e subterrneas

(tneis, poos e cavernas);

Engenharia de Petrleo - estabilidade do furo e armazenamento de leo e gs natural;

Geologia - hidrogeologia, cavernas naturais, zonas de falhas e dobras, terremotos etc.


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Segundo Goodman em 1989, as aplicaes da Mecnica das Rochas envolvendo diferentes

reas da engenharia podem ser divididas de forma didtica em Atividades de Superfcie e

Atividades em Profundidade:

A Atividades de Superfcie (


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Outro aspecto a ser levado em conta sobre obras de superfcie esta no fato do rigoroso

controle que se deve ter em detonaes prximas a estruturas vizinhas, para evitar que estas

no sejam abaladas pelas vibraes causadas pelas exploses.

A estrutura de superfcie mais desafiadora no que diz respeito a Mecnica das Rochas so as

grandes barragens, devido as elevadas tenses induzidas nas fundaes atuando

simultaneamente com a fora e ao da gua. H, ainda, a possibilidade de existirem falhas

na rocha o que pode levar a problemas de escorregamento ou fluxo excessivo pelas

fundaes. Neste tipo de obra a Mecnica das Rochas est tambm envolvida na escolha dos

materiais: rip-rap, para proteo dos taludes da barragem contra a eroso provocada pelas

ondas; agregados, para o concreto; materiais filtrantes (Figura 1.3); e enrocamento (Figura

1.4) (Azevedo & Marques, 2002).

Figura 1.2- Fundaes em rocha de barragem.


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Figura 1.4- Barragem de enrocamento UHE Serra da Mesa.

A engenharia de transporte tambm se utiliza da Mecnica das Rochas em projetos de corte

de taludes para rodovias, estradas de ferro, canais, etc; o que envolve ensaios e anlises dos

sistemas de descontinuidades (Figura 1.5).

Figura 1.5- Taludes rodovirios.

Escavaes na superfcie para outros propsitos, como minas a cu aberto (Figura 1.6),

necessitam da Mecnica das Rochas no controle das detonaes, na seleo dos cortes e na

definio de suportes e reforos.


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Figura 1.6- Detalhe de duas minas a cu aberto.

Figura 1.7- Tneis de desvio e aduo.

B Atividades em Profundidade (>100 m):

Minas em profundidade (Figura 1.9);

Tneis para uso civil;

Cavernas para Hidreltricas;

Etc.

As estruturas localizadas em grandes profundidades em rocha normalmente tm como

principais problemas a investigao do perfil geolgico, a determinao das propriedades

mecnicas das rochas, o estabelecimento do perfil detalhado do fraturamento e suas


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A resposta do macio frente a mudana do estado de tenso natural, o problema dominante

na anlise da estabilidade das estruturas em profundidade.

Em minerao o dimensionamento das ferramentas de corte e perfurao e dos explosivos vai

depender das propriedades e condies da rocha (Figura 1.8). A deciso principal a ser

tomada, no caso de minerao, se se deve tentar deixar as cavidades abertas na extrao do

minrio ou deixar a rocha deforma-se. A deciso correta vai depender das condies da rocha

e do estado de tenso a que est submetido.

Figura 1.8- Perfuratrizes rotativas.

Figura 1.9- Layout geral da mina subterrnea de Caraba.


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levando para o subsolo redes de transporte pblico - Metr - (Figura 1.11), vias rodovirias,

sistemas de abastecimento pblico (gua, luz, etc), etc.

Figura 1.10- Tnel rodovirio (Imigrantes).

(a) (b)

Figura 1.11- (a) Detalhe de tnel de metr; (b) Layout do metr do Cairo.

Cmaras subterrneas tm sido progressivamente mais utilizadas por razes de economia,

segurana e de proteo ambiental no armazenamento de alguns produtos. O armazenamento

de gs natural liquefeito, por exemplo, exige a determinao das propriedades da rocha sob

temperaturas extremamente baixas e uma anlise de transferncia de calor na rocha O


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energtico conseguido pelas pequenas barragens fazendo-se a casa de fora enterrada, o que

aumenta a energia potencial (Figura 1.13 e 1.14). Este arranjo (Figura 1.12), no entanto,

necessita da construo de canais de aduo e de fuga em rocha, fato que a longo prazo

promove economia em manuteno.

Figura 1.12- Arranjo 3D do circuito hidrulico UHE Serra da Mesa.

(a) (b)

Figura 1.13- (a) Tnel de Fuga; (b) Casa de fora.

Podem-se destacar ainda as atividades ditas especiais como a utilizao do calor da terra

f l i d i ( i i ) ili d


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(a) (b)

Figura 1.14- (a) Vista superior da caverna de equilbrio; (b) Vista superior da casa de fora.

1.2 A ROCHA COMO UM MATERIAL DE ENGENHARIA

A rocha, como o solo, se distingue dos demais materiais de engenharia por sua formao se

dar por processos naturais, no controlados pelo homem, o que usualmente resulta em ummaterial altamente varivel; por isso, o processo de projetar neste material realmente

diferenciado e especial.

Em estruturas de concreto, por exemplo, o engenheiro primeiro calcula as foras externas a

serem aplicadas, define o material com base na resistncia necessria e determina a geometriada estrutura. Por outro lado, em estruturas de rocha as cargas aplicadas so freqentemente

menos significativas do que as foras derivadas da redistribuio das tenses iniciais. Bem

como, estruturas em rocha, como aberturas subterrneas, possuem muitas possibilidades de

mecanismos de ruptura, fazendo com que a determinao da resistncia deste material seja

baseada tanto em medies quanto pelo julgamento do engenheiro. Finalmente, a geometriadestas estruturas so, muitas vezes, dependentes da geologia local, no sendo, desta forma,

ditadas somente pelo projetista. A Mecnica das Rochas est, ento, estreitamente relacionada


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Fissuras e fraturas so geralmente verificadas na regio de superfcie podendo se estender de

alguns metros a centenas de metros de profundidade (Figura 115).

Figura 1.15- Talude com descontinuidade sub-horizontal preenchida.

O efeito de uma nica fratura no macio rochoso diminuir a resistncia trao para zero na

direo perpendicular ao plano da fratura e restringir (diminuir) a resistncia ao cisalhamento

na direo paralela ao plano da fratura. Se as descontinuidades no so randomicamente

(aleatoriamente) distribudas (e quase nunca so), o efeito criar uma pronunciada

anisotropia na resistncia, bem como em outras propriedades do macio.

Anisotropia comum em muitas rochas que no possuem estrutura descontinua, devido a

orientao preferencial dos gros minerais ou da histria de tenses direcionais. Foliaes e

xistosidade fazem com que algumas propriedades das rochas sejam altamente direcionais

como, deformabilidade, resistncia e outras.


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As tenses se distribuem num meio contnuo;

O princpio das tenses efetivas vlido;

As propriedades do macio rochoso so afetadas tanto pela rocha intacta quanto pelas

descontinuidades.

Sendo assim, para o projeto so necessrios os seguintes estudos:

Estado de tenses in-situ;

Estado de tenses induzidas;

Propriedades das rochas;

Propriedades das descontinuidades;

Influncia do tempo nas propriedades.

Em qualquer investigao prtica em Mecnica das Rochas, o primeiro estgio consiste em

uma investigao geolgica e geofsica detalhada para estabelecer a litologia e as fronteiras

dos tipos de rocha envolvidos; o segundo estgio consiste em estabelecer um perfil detalhado

do fraturamento e em determinar as propriedades mecnicas e petrolgicas das rochas a partir

de amostras obtidas por meio de sondagens e de escavaes de explorao; e o terceiro

estgio, em alguns casos, consiste em medir as tenses preexistentes na rocha no escavada.

Com essas informaes, dever ser possvel prever a resposta do macio rochoso com relao

a escavao ou carregamento (Jaeger e Cook, 1979).

Quanto ao estudo das propriedades do macio rochoso, tem-se que a maioria deles so

fraturados e ento quem determina o tipo de propriedades (Figura 1.16) que controlar o

comportamento da estrutura ser a escala relativa entre a prpria estrutura e as

descontinuidades.

Por exemplo, dado vrios conjuntos de descontinuidades num macio rochoso, a perfurao

de um furo poder afetar somente a rocha intacta; j um tnel de pequeno dimetro poder ter


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A transio do comportamento de uma estrutura controlado pela rocha intacta ou pelo macio

rochoso fraturado depende, como j dito, do tamanho da obra, da zona de influncia ou da

zona de interesse. Cada faixa de comportamento apresenta diferentes propriedades, critrios

de ruptura etc., e exibe diferentes modos de ruptura.

Figura 1.16- Efeito escala entre tamanho da obra e intensidade de fraturamento do macio

rochoso e conseqente propriedade relevante da rocha.

Assim num programa geral de ensaios para determinao de propriedades, deve-se seguir os

seguintes princpios bsicos:

Descrever a resposta da rocha intacta sob uma vasta faixa de solicitaes;

Prever a influncia de um ou mais conjuntos de descontinuidades no comportamento

(anisotropia);

Estimar as propriedades dos macios fraturados.

Na prtica, pode-se perceber que a quantidade e a qualidade dos dados decresce rapidamente

com o aumento do tamanho e volume das amostras, o que torna os programas de ensaios em

macios rochosos fraturados praticamente invivel de serem realizados.

rocha Intacta

descontinuidades simples

duas descontinuidades

varias descontinuidades

macio rochoso

rocha Intacta

descontinuidades simples

duas descontinuidades

varias descontinuidades

macio rochoso


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2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS INTACTAS

Rochas so materiais slidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matria

mineral, que se apresenta em grandes massas ou fragmentados. A rocha usualmente

caracterizada por sua densidade, deformabilidade e resistncia.

Macio rochoso um meio descontnuo formado pelas pores de rocha intacta e pelasdescontinuidades que o atravessam. As propriedades e parmetros que vo controlar o

comportamento das obras executadas ou escavadas neste macio rochoso vo depender da

escala relativa entre o padro de fraturamento do macio rochoso e o tamanho da obra. Em

alguns casos sero predominantes as propriedades da rocha intacta, em outros as propriedades

das descontinuidades, e por fim, as do macio rochoso como um todo.

Descontinuidade o termo utilizado em engenharia de rocha para todos os tipos de planos,

para indicar que o macio rochoso no contnuo, diferente da rocha intacta, que um meio

mecanicamente contnuo.

Neste captulo ser dada nfase as propriedades da rocha intacta. Para obteno destas

propriedades, so necessrios ensaios com amostras retiradas do local em que se deseja

realizar a obra. Portanto fundamental, primeiramente, discutir os processos de amostragem e

preparao de corpos de prova.

2.1 AMOSTRAGEM E PREPARAO DE CORPOS DE PROVA

O processo de amostragem e preparao de corpos de prova (CP) passa por diversas fases que

devem ser respeitadas para que ao final se obtenha propriedades da rocha de boa qualidade e

confiveis.

2.1.1 ESCOLHA DO LOCAL DE AMOSTRAGEM


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2.1.2 PROCESSO DE AMOSTRAGEM

Existem basicamente dois processos de amostragem, sendo eles, amostragem a partir de

blocos ou de testemunhos de sondagem rotativa.

Para a amostragem a partir de blocos se faz necessria a existncia de blocos soltos em locais

de fcil acesso, como, taludes rochosos de uma encosta natural, cortes preexistentes na obraou frente de escavao de tneis. Este tipo de amostragem bastante atrativo em termos de

facilidade, tempo e custo relativamente baixo. No entanto este procedimento de amostragem

possui inmeras desvantagens. O peso do bloco geralmente muito grande, o que dificulta o

transporte do mesmo. Alm disso, pelo o fato do bloco estar numa face exposta, o mesmo est

sujeito a um maior processo de degradao, natural ou por impactos construtivos, e portantopode no representar fielmente as reais condies da rocha estudada.

A amostragem de testemunhos de sondagem rotativa um procedimento relativamente caro,

contudo, a amostras obtidas so de excelente qualidade. Neste tipo de amostragem, deve-se

utilizar um barrilhete que atenda certos quesitos, para evitar que o mesmo perturbe a amostraa ser extrada. Tais caractersticas desejveis do barrilhete so:

Deve ser de parede dupla, com circulao de gua ou ar entre as paredes, evitando, desta

forma, a propagao de calor para a amostra;

A cabea cortante do barrilhete deve propiciar uma folga interna e externa, evitando o

atrito entre amostra e barrilhete e entre barrilhete e furo de sondagem (Figura 2.1).


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2.1.3 TRANSPORTE

O transporte deve ser feito de forma que se mantenha a integridade da amostra. No caso de

sondagem rotativa tem-se caixas especiais para transporte (Figura 2.2). Para os blocos se faz

necessria a construo de caixas de madeira, onde as amostras so acomodadas por tocos e

serragem, para evitar choques durante o transporte (Figuras 2.3 e 2.4). Sacolejos, vibraes,

pancadas e trepidaes durante o transporte so os maiores responsveis por danos e perda dequalidade das amostras de rocha.

Figura 2.2- Caixa de PVC para transporte e armazenamento de testemunhos de sondagem

rotativa.


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Figura 2.4- Esquema de transporte de blocos.

2.1.4 ARMAZENAMENTO

As amostras devem ser acomodadas em local seco, de preferncia com slica gel, de forma

que a amostra perca toda sua umidade antes de ser ensaiada. No caso do bloco, antes do

armazenamento, deve-se obter amostras cilndricas com um barrilhete porttil (Figuras 2.5 e

2.6).

(a) (b)


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Figura 2.6- Bloco e amostras cilndricas retiradas.

2.1.5 PREPARAO DE CP

O primeiro passo realizar um corte no topo e na base das amostras cilndricas, utilizando

uma serra diamantada, de forma a obter uma amostra com tamanho aproximado ao corpo de

prova, ou seja, L/D entre 2 e 3 (Figura 2.7). Posteriormente leva-se este cilindro irregular para

um torno mecnico, de forma a deixar as paredes laterais regularizadas. Em seguida deve-se

polir o topo e a base para evitar o atrito ou mau contato da aparelhagem ao realizar o ensaio

(figura 2.8). Terminado este processo deve-se realizar 5 medidas de L e de D, no podendo a

diferena entre as medidas ser maior que 0,1 mm (Figura 2.9). Este procedimento garante um

cilindro reto, onde topo e base so planos paralelos entre si e perpendiculares superfcie

lateral do cilindro.


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Figura 2.8- Regularizao de paredes, topo e base do cilindro.

Figura 2.9- Medidas de D e L.

Caso exista alguma imperfeio na parede do corpo de prova, deve-se preenche-la com uma

massa epxi que tenha a mesma dureza da rocha em questo. Tal procedimento se faz

necessrio para que se evite concentrao de tenses no ponto da imperfeio.

Como a preparao do corpo de prova e a realizao do ensaio so processos dispendiosos,

recomenda-se a utilizao do ensaio de ultra-som para detectar possveis imperfeies geradas

no processo de amostragem.

2.2 PROPRIEDADES-NDICE DAS ROCHAS

U i id d d B li


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Velocidade Snica;

Resistncia trao e compresso;

Permeabilidade;

Durabilidade.

As propriedades-ndice podem ser medidas diretamente atravs de ensaios-ndice, os quais

fornecem uma indicao da qualidade da rocha. A importncia destes ndices :

Caracterizar / quantificar a matriz da rocha intacta;

Correlacionar com propriedades mecnicas.

Exemplos de utilizao isolada destas propriedades em aplicaes diretamente associadas a

rocha intacta, so:

Operao de perfurao e corte;

Seleo de agregados para concreto;

Avaliao de rip-rap (barragens).

2.2.1 Teor de Umidade

obtida a partir de amostra de campo, onde, aps o processo de extrao da amostra. Retira-

se fragmentos de rocha que devem ser guardados em recipientes hermeticamente fechados

(ex.:saco plstico), com o objetivo de que a mesma no perca sua umidade. J em laboratrio,

os fragmentos devem passar por procedimento similar a determinao da umidade do solo.

Deve-se determinar a massa mida e a massa seca das amostras. A amostra levada estufa a temperatura constante de 105C em um perodo mnimo de 24 h para determinar a

massa seca, . Alternativamente pode ser obtido secando a rocha empregando slica gel,este mtodo recomendado para evitar possveis mudanas mineralgicas com a temperatura.Com isso a umidade calculada como:


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Universidade de Braslia


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submersa da amostra, o volume pode ser obtido como:

Onde: a massa saturada da amostra (kg); a massa submersa da amostra (kg); a densidade da gua (1000 kg/m3).

Este mtodo pode ser aplicado em amostras com geometria regular e irregular, porm recomendado em rochas que no desagregam em contato com a gua e que no so

expansveis.

A densidade da rocha dada pela relao entre a massa do corpo de prova e seu volume,

sendo possvel relacionar a densidade e o peso especfico no estado seco da seguinte forma:

Onde: a densidade seca da amostra (kg/m); a acelerao da gravidade (m/s);

peso especfico aparente seco da amostra.

A densidade real dos slidos a relao entre o peso especfico real dos graus ou dos slidos

e do peso especfico da gua (Goodman, 1989).

Onde: densidade real dos slidos ou gravidade especfica da rocha (adimensional); apeso especfico real dos graus ou dos slidos (kN/m); o peso especfico da gua(kN/m); peso dos componentes slidos da rocha (kN); volume dos componente slidosda rocha.

A gravidade especfica da rocha pode ser obtida pelos seguintes mtodos (Goodman, 1989):

P i d d l i d l d f it i i l i d t fi



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Onde: a densidade relativa seca da rocha (adimensional); a densidade relativa domineral constituinte (valores obtidos de tabelas); a porcentagem do volume domineral i ocupado no volume total da lmina delgada; n o nmero de minerais.

De modo semelhante ao ensaio de densidade real dos slidos em solo, por meio da

triturao da amostra de rocha e da determinao da densidade do material modo em

picnmetro de volume constante.

2.2.3 Porosidade

A porosidade expressa a proporo de vazios na massa total da rocha, ou seja:

n (%) = (Vv/ V).100%

onde,

n porosidade;

Vv volume de vazios da amostra;

V volume total da amostra.

A porosidade das rochas extremamente varivel. Por exemplo, em rochas sedimentares a

porosidade geralmente decresce com a idade geolgica e com a profundidade, quando outros

fatores so mantidos constantes. Alguns exemplos so:

Rochas sedimentares : 0 < n < 90% (calcrios: n 50%; arenitos: n = 15%)

Rochas gneas e metamrficas: n 2 % (s) e entre 20 e 50% (intemperizadas)

Uma das maneiras de obter a porosidade a medida direta, atravs do volume de vazios:



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Departamento de Engenharia Civil e Ambiental / FTGeotecnia

A amostra de rocha saturada por imerso em gua livre de gs, submetida a vcuo. O

processo de saturao lento para rochas de baixa porosidade. Aps a saturao, a amostra pesada, determinando seu peso saturado (Wsat). Em seguida, a amostra seca em estufa a 105oC, por 24 h, e pesada, determinando seu peso seco, Wd. O processo de saturao e secagem

da amostra repetido at que sejam obtidos valores de peso constantes, em balana de

preciso. O volume total da amostra, V, pode ser determinado a partir da geometria do corpo

de prova. Este mtodo utilizado em rochas coerentes (que no se desagregam quando emcontato com a gua), no expansveis quando secas e imersas em gua e de geometria regular.

Outra forma de avaliar a porosidade de rochas atravs do teor de umidade de saturao (S =

100%) e da densidade relativa dos gros:

n = (wsat.Gs) / (1 + wsat.Gs)

onde:

n porosidade;

wsat teor de umidade de saturao;Gs densidade relativa dos gros;

S grau de saturao.

O teor de umidade de saturao obtido atravs da saturao completa da amostra, que,

pesada (Wsat), relacionada ao seu peso seco (Ws) por:

wsat= (Wsat Wd) / Wd

Por fim a porosidade pode ser medida atravs de lmina delgada. A porosidade obtida pela

contagem de poros em lminas delgadas, de espessura igual a 0,03 mm, em microscpioptico. Para a visualizao dos poros, a lmina preparada impregnando os vazios com

resinas contendo corantes No entanto esta tcnica apresenta alguns inconvenientes:



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Ocorre escurecimento dos poros pequenos e microporos na lmina, os quais podem ser

facilmente confundidos com outros constituintes slidos da amostra de rocha.

2.2.4 Velocidade Snica

Esta propriedade ndice quantifica a velocidade de propagao das ondas P (primria) e S(secundria) em um corpo de prova de rocha, por meio de ensaios no destrutivos, fornecendo

informao sobre as caractersticas elsticas e o fissuramento da rocha. Este ndice tambm

utilizado para avaliar a integridade das amostras antes de fazer algum ensaio e para agrupar

amostras de comportamento similar para anlises estatsticas.

A ISRM (2007) compila diversos mtodos visando calcular as velocidades de onda

longitudinal ou primria () e da onda transversal ou secundria (). Uma tcnica muitoutilizada a passagem de ondas ultra-snicas por meio de amostras cilndricas de rocha

utilizando equipamentos eletrnicos especializados.

O procedimento geral consiste em gerar ondas ultrassnicas (longitudinais para estimar outransversais para estimar ), transmitidas na rocha por meio de um transdutor piezeltrico(que transforma a onda eltrica em uma onda mecnica) localizado no topo da amostra. A

onda atravessa a rocha at chegar ao transdutor de sada (que transforma a onda mecnica em

onda eltrica), localizado na base da amostra.

Universidade de BrasliaD d E h i Ci il A bi l / FT


31/205


piezeltricos e, desta forma, as velocidades das ondas P e S so calculadas com os dados da

distncia e do tempo de viagem da onda entre os transdutores. A ISRM (2007) recomendarealizar o ensaio sobre corpos de prova que apresentem uma geometria que permita que a

distncia percorrida pela onda seja pelo menos 10 vezes o tamanho do gro meio da rocha.

Teoricamente, a velocidade de propagao de onda na rocha est relacionada com as

propriedades elsticas dos minerais constituintes e da densidade. Desta forma, se o

equipamento apto para gerar ondas longitudinais e tambm transversais , possvelestimar algumas caractersticas elsticas dinmicas da matriz rochosa, tais como o mdulo

dinmico de Young e de cisalhamento. Porm, os valores dos mdulos dinmicos so

levemente maiores (10-30%) do que os valores de mdulos obtidos de ensaios estticos

convencionais.

Uma vez determinadas as velocidades de onda e , as caractersticas elsticas dinmicaspodem ser obtidas com as seguintes expresses (Zhao, 2008):

Onde: o mdulo de Young dinmico (N/m2); a densidade (kg/m3); a velocidadede onda longitudinal ou primria (m/s).

Onde:

o mdulo de cisalhamento dinmico (N/m2);

a velocidade de onda transversal

ou secundria (m/s).

1 2 21 Onde:

o coeficiente de Poisson dinmico (adimensional).

Fourmaintraux (1976) prope determinar um ndice que quantifica o grau de fissuramento na

h i d b l i di IQ id d ( ) d

Universidade de BrasliaD t t d E h i Ci il A bi t l / FT


32/205


Figura 2.11. baco para qualificar o grau de fissuramento numa rocha (Fourmaintraux; 1976).

O ndiceIQ determinado da seguinte maneira:

Onde: a velocidade de onda longitudinal medida numa amostra de rocha utilizando oaparelho ultrassnico; a velocidade longitudinal se a amostra de rocha no tivesse

poros ou microfissuras.

Se a constituio mineralgica conhecida,

calculada considerando a ponderao da

velocidade snica de cada mineral constituinte da rocha.

1

Onde:

a velocidade longitudinal de cada mineral (obtido de tabelas);

a proporo do

mineral .

100

90

75

50

25

10

10 20 30 40 50 60

IQ(%)

n (%)

Nofissurada

Poucofissurada

Moderadam

entefissurada

Muitofissurada

Extrem.fissuradaI

II

III

IV

V

Universidade de BrasliaDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental / FT


33/205


intemperismo da rocha e indica a tendncia de desagregao desta. Este ndice bastante til,

por oferecer uma faixa de durabilidade da rocha.

Durabilidade a dificuldade que uma determinada rocha tem de se alterar. Alterabilidade o

inverso da durabilidade, ou seja, a facilidade que uma determinada rocha tem de se alterar. O

ndice de durabilidade pode ser obtido atravs de vrios ensaios propostos na literatura, porm

um dos mais conhecidos o Slake Durability Test (), proposto por Franklin & Chandra(1972), que usado para determinar a resistncia de rochas a ciclos de molhagem-secagem.O procedimento geral para obter este ndice consiste em colocar 10 fragmentos de rocha (com

50 g cada uma) dentro de redes metlicas cilndricas com abertura de 2 mm, deixando os

fragmentos parcialmente imersos. Depois, so aplicadas rotaes a 20 revolues por min.Depois de 10 min, o material retido secado e pesado. Assim, o ciclo pode ser repetido de

novo. Finalmente, o ndice de durabilidade corresponde percentagem de rocha seca quefica retida nos tambores da rede metlica aps 1 ou 2 ciclos completos, estimando e respectivamente.

A Tabela 2.1 mostra a classificao da durabilidade da rocha baseada no ndice , proposta

por Gamble (1971).

Tabela 2.1. Classificao da durabilidade da rocha (Gamble, 1971).Grupo

Durabilidade extrema >99 >98Durabilidade alta 98-99 95-98

Durabilidade mdio-alta 95-98 85-95Durabilidade mdia 85-95 60-85Durabilidade baixa 60-85 30-60

Durabilidade muito baixa


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2.2.6.1 Resistncia a Compresso

Pode ser obtida de maneira direta, com o ensaio de compresso uniaxial, e de maneira

indireta, pelo ensaio de carga puntiforme (point load test) ou pelo esclermetro de Schmidt. O

ensaio de compresso uniaxial (Figura 2.12) de execuo simples, entretanto a preparao

da amostra, cilndrica, pode ser difcil e cara. A relao entre altura e dimetro (H/D) deve

variar entre 2,0 e 3,0. O dimetro D deve ser maior que 10d50 e 6d100, sendo estes osdimetros mdio e maior dos gros que compe a rocha.

A resistncia compresso simples (uniaxial) corresponde carga de ruptura da amostra,

expressa por :

A

Pc

onde:

c resistncia compresso uniaxial mxima ou ltima;

P carga de ruptura;

A rea inicial da amostra.



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epa ta e to de ge a a C v e b e ta /Geotecnia

ndice de resistncia carga puntiforme

O ensaio desenvolvido por Broch & Franklin (1972) fornece o ndice de resistncia carga

puntiforme da rocha (Is), o qual utilizado como parmetro de entrada para diversas

aplicaes, tais como em classificaes geomecnicas e na estimativa da resistncia

compresso uniaxial. O equipamento porttil para seu uso em campo e os ensaios podem ser

executados de forma rpida e sem custos adicionais sobre amostras regulares e irregulares de

rocha (Hidalgo, 2002).

No ensaio de compresso puntiforme, a rocha carregada pontualmente por meio de dois

cones metlicos e a ruptura provocada pelo desenvolvimento de fraturas paralelas ao eixo de

carregamento. A ISRM (2007) sugere os mtodos de execuo e clculo do ensaio, os

mtodos vo depender da geometria do corpo de prova, e se o carregamento feito diametralou axialmente (Figura 2.13).

a) Ensaio diametral

L> 0,5D

L

D

0.3W


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p gGeotecnia

O ndice de resistncia ao carregamento puntiforme dado por:

Onde: o ndice de resistncia ao carregamento puntiforme (kN/m); a carga de ruptura(kN); o dimetro equivalente do corpo de prova (m).A carga P obtida como a relao entre a fora aplicada pela prensa e a rea do pisto de

aplicao da carga.

Para corpos cilndricos carregados diametralmente, calculado como:

Onde: o dimetro do cilindro e tambm a distncia entre os cones de carregamento (m).Para corpos de prova regulares ou irregulares carregados axialmente, calculado como:

4 Onde: a largura do corpo de prova (m); a distncia entre os cones de carregamento(m).

Visando padronizar os resultados, foi proposta uma correo devido ao tamanho do corpo deprova no ndice , definindo o ndice de resistncia ao carregamento puntiforme corrigido. O ndice definido como se o valor do ndice fosse medido em umcarregamento diametral com dimetro equivalente () igual a 50 mm.Portanto, para ensaios executados em amostras com dimetro equivalente diferente de 50 mm,

deve ser introduzida uma correo no resultado do ndice de resistncia carga puntiforme da seguinte forma:



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Geotecnia

O ensaio pode ser aceito quando a fratura ocorre paralela aos pontos de aplicao da carga

externa. Caso a fratura ocorra segundo outro plano, como acontece, por exemplo, em amostrasxistosas, ou ocorra esmagamento ou deformao excessiva, o ensaio deve ser rejeitado.

O ndice de resistncia carga puntiforme padronizado correlacionado empiricamentecom a resistncia compresso uniaxial por meio da seguinte expresso:

Onde: uma constante adimensional de correlao emprica.Tem-se encontrado que, em mdia, a constante varia na faixa de 20 a 25. Diferentes ensaiosrealizados mostram que a faixa de

pode variar entre 15 e 50, particularmente para rochas

anisotrpicas. Consequentemente, recomendado calibrar esta constante com um nmero

limitado de ensaios de resistncia compresso uniaxial.

ndice do esclermetro de Schmidt

A resistncia compresso uniaxial tambm pode ser estimada por meio do ndice do

esclermetro de Schmidt. Este ensaio usado comumente para estimar a resistncia

compresso simples das paredes rochosas, porm tambm aplicvel em ncleos de rochas.

Tem a vantagem de ser um ensaio rpido, onde pode ser executado um grande nmero de

provas sem que isto acarrete maiores custos.

De forma geral, o ensaio consiste em aplicar o esclermetro na superfcie da rocha ensaiadapara obter o ndice de rebote de Schmidt. Este ndice, junto com o valor do peso volumtrico

da rocha ensaiada, correlacionado resistncia compresso uniaxial por meio de bacos.

Para rochas brandas, recomendado utilizar um esclermetro que seja sensvel o suficiente

para marcar as leituras. O procedimento do ensaio est registrado na ISRM (2007).

A Figura 2.14 mostra o baco empregado para estimar a resistncia compresso uniaxial.

Este baco aplicvel para o esclermetro de Schmidt tipo L e, dependendo da orientao do


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Geotecnia

do corpo de prova. O ensaio mais frequentemente utilizado para determinar a resistncia

trao da rocha o ensaio brasileiro, o qual conhecido tambm como ensaio Lobo Carneiro.

Compresso diametral ou ensaio brasileiro

O procedimento do ensaio est registrado na ISRM (2007). De forma geral, o ensaio de

compresso diametral ou ensaio brasileiro consiste em aplicar uma carga em um ncleo de

rocha cilndrico por meio de sua geratriz at conseguir a ruptura (Figura 2.15 e Figura 2.16).Recomenda-se a utilizao de corpos de prova com relao L/D aproximadamente 0,5 e

mordentes para conseguir uma adequada distribuio de tenses.

Finalmente, a resistncia trao do corpo de prova pode ser calculada como:

2 (0.1)Onde: a resistncia trao do corpo de prova (MPa); a carga de ruptura (N); odimetro da amostra (mm); o comprimento da amostra (mm).

Figura 2.15. Esquema do ensaio de compresso diametral.t

D

P



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Geotecnia

2.2.7 Permeabilidade

A permeabilidade expressa o grau de interconectividade entre os poros (rochas sedimentares)

ou fissuras (outros tipos de rocha). O tamanho, a forma e a interconectividade dos vazios

determinam a permeabilidade ou condutividade hidrulica da rocha. Contudo, em campo

quem governa a permeabilidade do macio, na maioria dos casos, o sistema dedescontinuidades.

A medida da permeabilidade de uma amostra de rocha importante na prtica de geotecnia

em problemas como:

Bombeamento de gua, leo ou gs para o interior ou para fora de uma formao porosa; Disposio de rejeitos em formaes porosas;

Armazenamento de fluidos em cavernas;

Poos;

Previso de fluxo em tneis.

O fluxo na maioria das rochas obedece a lei de Darcy. Para muitas aplicaes em engenharia

civil, que envolvem gua a cerca de 20oC, a lei de Darcy escrita como:

Adx

dhKq

x

onde:

qx vazo na direo x;

h carga hidrulica;

dx

dh- gradiente hidrulico, i, (adimensional);



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Geotecnia

dx

dhKV

x

A permeabilidade pode ser determinada, no laboratrio, medindo-se o tempo necessrio que

um dado volume de fluido, sob presso, leva para percolar atravs da amostra. Um ensaio

deste tipo o da permeabilidade radial de Bernaix (1969), o qual executado em amostras de

rocha cilndrica com furo central (Figura 2.17).

Figura 2.17. Ensaio de permeabilidade radial.

O fluxo pode ser aplicado de duas formas:

Fluxo divergente: d-se de dentro para fora da amostra (a gua entra pelo furo e sai pelas

paredes externas);

Fluxo convergente: o fluxo se d de fora para dentro da amostra.

A permeabilidade pode ser calculada a partir da seguinte expresso:



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onde:

Q vazo do fluido;L comprimento da amostra;

R2 raio externo da amostra;

R1 raio interno da amostra;

P presso aplicada na amostra.



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3 CARACTERIZAO QUANTITATIVA DE DESCONTINUIDADES

Descontinuidade o termo geral para qualquer quebra na continuidade mecnica do macio

rochoso que tenha nenhuma ou baixa resistncia trao. um termo coletivo para a maioria

dos tipos de descontinuidades, tais como planos de acamamento, planos de xistosidade,

contatos, zonas de fraqueza, falhas, fraturas, juntas etc. ABGE/CBMR (1983) indica os

parmetros quantitativos para descrever as descontinuidades e os macios rochosos.

A importncia das descontinuidades na anlise de estabilidade de obras em rocha

inquestionvel. Para a obteno dos dados das descontinuidades num detalhamento adequado

deve-se realizar um mapeamento das mesmas, aliado a uma caracterizao quantitativas de

destas grandezas. Primeiramente, deve-se fazer uma anlise preliminar do macio atravs doestudo de mapas geolgicos e fotos areas. Depois, uma anlise mais detalhada deve ser feita

atravs das formas geolgicas e topogrficas, sondagens e ensaios nas descontinuidades.

A orientao, locao, persistncia, presso dgua e resistncia ao cisalhamento de

descontinuidades crticas so dados essenciais para uso em anlises de estabilidade de obrasem rocha. Na fase de investigao preliminar, os dois ltimos parmetros podem

provavelmente ser estimados com aceitvel preciso a partir de uma cuidadosa descrio da

natureza das descontinuidades. Feies como rugosidade, resistncia das paredes, grau de

intemperismo, tipo de material de preenchimento e sinais de percolao dgua so dados

indiretos para esse problema de engenharia. A seguir so descritos os principais parmetrosdas descontinuidades que devem ser quantificados.

3.1 INTENSIDADE DE FRATURAMENTO DO MACIO ROCHOSO

A intensidade de fraturamento est relacionada com a integridade fsica do macio rochoso eo modo como este se deforma. De uma forma geral pode-se dizer que dois fatores principais



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intensidade de fraturamento ABGE/CBMR (1983) define o tamanho dos blocos e o nmero

de famlias de descontinuidades.

O tamanho dos blocos estimado pelas dimenses dos blocos de rocha que resultam da

orientao das famlias de descontinuidades que se interceptam e do espaamento das famlias

individuais. Descontinuidades individuais podem tambm influenciar o tamanho e a forma

dos blocos. A combinao do tamanho do bloco com a resistncia ao cisalhamento entreblocos determina o comportamento mecnico do macio rochoso sob dadas condies de

tenso. Macios rochosos compostos de grandes blocos tendem a ser menos deformveis que

aqueles compostos de pequenos blocos. Tamanhos pequenos de blocos podem indicar um

modo potencial de escorregamento semelhante aqueles em solo (circular ou rotacional), em

vez de translacional e tombamento de blocos, usualmente associados com maciosdescontnuos.

No estudo do tamanho dos blocos pode ser utilizada uma trena de pelo menos 3 m de

comprimento, graduada em milmetros. Os resultados devem ser apresentados na forma de um

estudo estatstico do tamanho dos blocos indicando a moda e valores tpicos para os maiores emenores tamanhos de blocos. Deve-se ainda descrever o macio rochoso e sua diviso em

blocos e quando possvel fazer um registro por meio de esboos de campo ou fotografias.

O nmero de famlias aquele que compe um sistema de descontinuidades. O macio

rochoso pode conter tambm descontinuidades individuais. O nmero de famlias afeta ocomportamento mecnico do macio rochoso uma vez que determina o quanto o macio pode

deformar sem provocar o fraturamento da rocha intacta. Quanto aparncia do macio, esta

tambm afetada porque o nmero de famlias determina o grau de sobre-escavao que

tende a ocorrer com a escavao a fogo. O nmero de famlias de descontinuidades pode ser o

fator dominante na estabilidade de obras em rocha, visto que, tradicionalmente, a orientaodas descontinuidades em relao a uma face aberta considerada de suma importncia. Um



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Figura 3.1 Influncia do nmero de famlias de descontinuidades no modo de ruptura

(modificado - Hoek & Bray, 1981).

A determinao do nmero de famlias pode ser feita com a utilizao da bssola de gelogo

e do clinmetro, reconhecimento visual e/ou registro fotogrfico. O nmero de famlias dedescontinuidades presentes pode ser representado visualmente como parte da apresentao

dos dados de orientao, sendo que as descontinuidades principais devem ser registradas

sobre uma base individual.

3.2 ORIENTAO

A orientao de uma descontinuidade a atitude da mesma no espao, descrita pela direo

do mergulho, e pelo mergulho da linha de maior inclinao sobre o plano da descontinuidade

(Figura 3.2). A orientao pode ser apresentada atravs de rumo ou trao, onde caracteriza-se

a direo pela interseo do plano da descontinuidade com o plano de afloramento,

representada pelo ngulo no quadrante geogrfico de referncia ou atravs de uma

apresentao por azimute, onde a interseo do plano da descontinuidade com plano do

afloramento representada pelo ngulo em relao ao norte. J o mergulho representado

segundo a perpendicular direo no plano da descontinuidade em relao a um plano

horizontal. Na Mecnica das Rochas existe uma tendncia de representar a orientao da

descontinuidade pelo ngulo de mergulho (0 a 90 graus), seguido do azimute do vetor



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depender de vrios fatores dos quais os seguintes so provavelmente os mais importantes:

acessibilidade do plano de interesse, extenso em rea do plano exposto, grau de regularidadedo plano e rugosidade, anomalias magnticas ocasionais e erros humanos, os quais podem ser

reduzidos usando um clinmetro para locar a direo de mximo mergulho antes de fazer as

leituras com a bssola.

Figura 3.2 Definio da orientao de descontinuidades, onde "A" a direo do mergulho e

"B" o ngulo de mergulho.

A orientao das descontinuidades determina a forma dos blocos individuais, acamamento ou

mosaicos que formam o macio rochoso, alm de controlar os possveis modos de

instabilidade e o desenvolvimento de deformaes excessivas. A importncia da orientao

cresce quando outras condies para o escorregamento esto presentes, tais como a baixa

resistncia ao cisalhamento e um nmero suficiente de descontinuidades ou famlias de

descontinuidades que possam ocasionar a ruptura.

Para a apresentao sistemtica dos dados geolgicos, da investigao regional e local podem

ser utilizados diagramas de blocos, diagrama de roseta ou projeo esfrica. Tais mtodos

facilitam a visualizao das feies estruturais para a anlise de estabilidade. A utilizao do

mtodo de projeo esfrica apresenta de melhor forma os dados geolgicos (Hoek & Bray

N

B

A



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3.3 ESPAAMENTO

O espaamento a distncia perpendicular entre descontinuidades adjacentes. Refere-se

normalmente ao espaamento mdio ou modal de uma famlia de descontinuidades. O

espaamento das descontinuidades condiciona o tamanho dos blocos individuais de rocha

intacta. Um pequeno espaamento, fraturamento intenso, confere ao macio um

comportamento mais prximo do comportamento dos materiais granulares, modificando omodo de ruptura de translacional para circular, enquanto que para grandes espaamentos tem-

se fundamentalmente o efeito condicionante do tamanho dos blocos. Estes efeitos esto

relacionados com a persistncia das descontinuidades.

Na determinao do espaamento so utilizados os seguintes equipamentos: trena graduadaem milmetros de pelo menos 3 m, bssola e clinmetro. A trena deve ser colocada de

preferncia perpendicularmente ao trao exposto da famlia de descontinuidades da qual se

deseja conhecer o espaamento (Figura 3.3). Quando isto no for possvel deve-se conhecer o

ngulo entre a trena e as descontinuidades para futuras correes.

Figura 3.3 Medida do espaamento de descontinuidades em face de rocha exposta

S1

S2

S3

trena

Sistema n1

Sistema n2Sistema n3


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Figura 3.4 Idealizao das superfcies potenciais de ruptura de acordo com a persistncia das

descontinuidades (modificado - ABGE/CBMR, 1993).

Tabela 3.2 Persistncia das descontinuidades (modificado - ABGE/CBMR, 1983)

DESCRIO PERSISTNCIA (m)Muito pequena Menor que 1Pequena de 1 a 3Mdia de 3 a 10Grande de 10 a 20Muito grande Maior que 20

Dados sobre as extremidades (x, r ou d) devem ser indicados para cada tipo de

descontinuidades relevantes observadas, conjuntamente com o seu comprimento (em metros).

Por exemplo uma descontinuidade com 8 m de comprimento que termina em outra e segue

alm dos limites do afloramento deve ser anotado como 8 (dx). importante salientar as

dimenses do afloramento onde as medidas foram feitas, uma vez que esse dado tem muito

significado perante as medidas do tipo (x) e seu comprimento observado.

A persistncia de superfcies potenciais de ruptura (incluindo-se superfcie em degraus) deve

ser estimada se este valor for apropriado ao problema a ser investigado. Esta estimativa deve

ser arredondada superiormente pelo mltiplo de 10% subseqente, isto 92% tomado como

100%.

Trecho intacto

A B

A = Ruptura bi-planar em degrausB = Ruptura planar



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Rugosidade a combinao da aspereza (tambm chamada de ondulao de segunda ordem)

e ondulao (primeira ordem) da superfcie, relativas ao plano mdio de umadescontinuidade. A aspereza e ondulao contribuem para a resistncia ao cisalhamento. A

ondulao em grande escala pode tambm modificar o mergulho local. A rugosidade das

paredes de uma descontinuidade uma caracterstica potencialmente importante na sua

resistncia ao cisalhamento, especialmente nos casos de descontinuidades no preenchidas. A

importncia da rugosidade diminui medida que a abertura, ou o material de preenchimento,aumenta.

A rugosidade das paredes de uma descontinuidade pode ser caracterizada atravs das

ondulaes de primeira ordem, que esto relacionadas com o fenmeno de dilatncia durante

o cisalhamento e pelas de segunda ordem (aspereza), que tendem a ser rompidas durante oprocesso de cisalhamento.

A determinao da rugosidade pode ser feita por mtodos fotogrficos ou com os seguintes

equipamentos: rgua dobrvel de pelo menos 2 m graduada em milmetros, bssola de

gelogo tipo CLAR equipada com bulbo de nivelamento horizontal e dispositivo rotativo quepermita a leitura direta do mergulho, clinmetro de disco, 10 m de fio de nylon ou arame

graduado a cada metro (em vermelho) e a cada 10 cm (em azul) com um pequeno peso nas

extremidades. Segundo Barton & Choubey (1978) a rugosidade tambm pode ser determinada

com um rugosmetro, que consiste de um pente composto por hastes metlicas de

aproximadamente 1 mm de dimetro. Para efetuar a leitura o equipamento posicionadocontra a parede da descontinuidade de modo que as agulhas se desloquem em suas guias,

formando na parte superior das agulhas um perfil que correspondente rugosidade.

Segundo Barton & Choubey (1978) a rugosidade das paredes da descontinuidade influencia

na resistncia ao cisalhamento, o que demonstrado atravs do parmetro JRC presente naequao de resistncia de descontinuidades, onde se observa que o ngulo de atrito de pico da



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onde:(f)... ngulo de atrito de pico

JRC ... coeficiente de rugosidade da descontinuidade

JCS ... resistncia compresso das paredes da descontinuidade

r... ngulo de atrito residual ou bsico

3.6 RESISTNCIA DAS PAREDES

Resistncia das paredes a resistncia compresso uniaxial das paredes adjacentes de uma

descontinuidade, a qual deve ser menor que a da rocha intacta devido ao intemperismo ou

alterao das paredes. O intemperismo afeta as paredes das descontinuidades mais do que ointerior do macio, de modo que a resistncia da superfcie de uma descontinuidade sempre

menor do que a obtida em testemunhos de sondagem. Uma descrio do estado de

intemperizao ou alterao, tanto para o material rochoso, quanto para as paredes da

descontinuidade, uma parte essencial da descrio da resistncia das paredes (Tabela 3.3).

Se as paredes esto em contato, tm uma importante componente de resistncia aocisalhamento.

Na determinao da resistncia das paredes podem ser utilizados os seguintes equipamentos:

martelo de gelogo com ponta fina, estilete ou similar, esclermetro de Schmidt ou ensaio de

carga puntiforme. O uso do esclermetro deve ser aliado a tabelas de converso e grficospara corrigir a orientao do esclermetro e para converter o resultado em uma resistncia

uniaxial estimada (Figura 3.5). Tambm deve-se medir a densidade (massa especfica) seca de

pequenas amostras de rocha.

Os resultados podem ser apresentados na forma de uma descrio dos graus de alteraoregistrados em esboos simplificados e/ou sees verticais, com a resistncia das paredes



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onde um grupo de 10 resultados devem ser selecionados para mostrar o campo tpico de

variao dos valores das respostas:

log JCS .r d 0 00088 1 01, . ,

onde:

JCS ... resistncia compresso das paredes da descontinuidaded.... peso especfico seco (kN/m

3)

r ... valor obtido no esclermetro

Tabela 3.3 Classificao qualitativa do grau de alterao de descontinuidades (modificado -

ABGE/CBMR, 1983)

TERMO DESCRIO GRAUFresca Nenhum sinal visvel de material rochoso alterado: talvez leve

descolorao nas principais superfcies da descontinuidade.I

Levementealterada

Descolorao indica alterao do material rochoso e dassuperfcies de descontinuidade. Todo o material pode estardescolorido pelo intemperismo e mais fraco externamente doem sua condio original

II

Moderadamentealterada

Menos da metade do material rochoso est decomposto e/oudesintegrado em solo. Rocha fresca ou descolorida esto

presentes em uma estrutura contnua ou em pedaos

III

Altamentealterada

Mais da metade do material rochoso est decomposto e/oudesintegrado em solo. Rocha fresca ou descolorida esta

presente como uma estrutura descontnua ou em pedaos.

IV

Completamentealterada

Todo material est decomposto e/ou desintegrado em solo. Aestrutura original do macio est intacta.

V

Solo residual Todo o material rochoso foi convertido em solo e estruturaoriginal destruda. Houve uma grande mudana no volume,mas o solo no foi significativamente transformado.

VI

Os valores que so pertinentes s paredes das descontinuidades, devem ser cuidadosamente

distinguidos de valores que podem ter sido registrados por materiais, representando a rocha

fresca da parte interna dos blocos de rocha



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Figura 3.5 baco de correlao para obteno da resistncia a compresso atravs do

esclermetro de Schmidt e do peso especfico da rocha (modificado - Hoek & Bray, 1981).

Outra alternativa simples que pode ser utilizada tanto em campo como em laboratrio o

ensaio de carga puntiforme (Point Load Index). Este ensaio de custo baixo e pode ser

realizado em amostras sem preparao prvia. A relao entre os resultados dos ensaios de

compresso simples e de carga puntiforme determinada pela seguinte equao:

DENSIDADEDEROCHA(KN

/m

)3

DISPERSO MDIA DA RESISTNCIAPARA A MAIORIA DAS ROCHAS (MPa)

ORIENTAODOMA

RTELO

DUREZA DE SCHIMIDT (h) ESCLERMETTRO (L)

REISTNCIAACOMPRESSO(c)


I di d i i if


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Is o ndice de resistncia ao carregamento puntiforme

C uma constante que depende do dimetro da amostra (Tabela 3.4).

Tabela 3.4 Constante de correlao entre a resistncia compresso uniaxial e a carga

puntiforme em funo do dimetro da amostra

Dimetro da amostra

(mm)

Constante C

20 17,5

30 19,0

40 21,0

50 23,0

60 24,5

A validade do ensaio de carregamento puntiforme depende das condies dos pedaos

fraturados da amostra. O ensaio pode ser aceito quando a fratura ocorre paralela aos pontos de

aplicao da carga externa. Caso a fratura ocorra segundo outro plano, como ocorre por

exemplo em amostras xistosas, ou ocorra esmagamento ou deformaes excessivas, o ensaio

deve ser rejeitado.

3.7 ABERTURA

Abertura a distncia que separa as paredes de rocha de uma descontinuidade aberta onde o

espao preenchido por ar ou gua. A abertura , desta forma, diferente da largura de uma

descontinuidade preenchida. Descontinuidades que foram preenchidas mas que tiveram seu

preenchimento lavado localmente, tambm esto includas nesta categoria. Grandes aberturas

podem ser resultantes de deslocamentos cisalhantes de descontinuidades com aprecivel

rugosidade e ondulao, de abertura por trao, de carreamento de materiais pela gua e por

dissoluo. Descontinuidades verticais ou subverticais que foram abertas por trao, como


ti ti d l d b t t it ) ti t b ( f ilit b d


55/205

estimativa da largura de abertura estreitas), tinta spray branca (para facilitar a observao de

descontinuidades finas) e equipamento para lavagem da rocha exposta.

As aberturas mais estreitas podem ser medidas com aproximao com as lminas padres,

enquanto as aberturas maiores podem ser medidas com uma rgua graduada. Pode-se usar

tambm furos de sondagem ou testemunhos para determinar a abertura de descontinuidades

mais profundas ou de difcil acesso. Na apresentao dos resultados deve-se seguir aterminologia apresentada na Tabela 3.5.

Tabela 3.5 Abertura de descontinuidades (modificado - ABGE/CBMR, 1983).

ABERTURA DESCRIO FEIES< 0,1 mm Bem fechada0,1 - 0,25 mm Fechada Feies fechadas0,25 - 0,5 mm Parcialmente Aberta0,5 - 2,5 mm Aberta2,5 - 10 mm Moderadamente larga Feies falhadas10 mm Larga1 - 10 cm Muito larga10 - 100 cm Extremamente larga Feies abertas1 m Cavernosa

A abertura tem grande influncia nas propriedades ligadas a condutividade hidrulica do

macio rochoso. Como pode ser visto na equao de Snow apresentada no Item 3.9, a

permeabilidade equivalente de um macio rochoso proporcional ao cubo da abertura da

descontinuidades.

3.8 PREENCHIMENTO

Preenchimento o material que separa as paredes adjacentes de uma descontinuidade e que

usualmente mais fraco que a rocha que lhe deu origem. Os materiais tpicos de

preenchimento so: areia, silte, argila, brecha e milonito. Tambm inclui filmes de minerais


As caractersticas mecnicas dos diferentes materiais que formam o preenchimento afetam o


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As caractersticas mecnicas dos diferentes materiais que formam o preenchimento afetam o

comportamento das descontinuidades, particularmente quando se considera sua resistncia aocisalhamento, deformabilidade e permeabilidade. O comportamento fsico depende

principalmente dos seguintes fatores: mineralogia do material de preenchimento, tamanho das

partculas, relao de sobre-adensamento (OCR), presena de gua e permeabilidade,

deslocamentos tangenciais prvios, rugosidade das paredes, largura e fraturamento ou

esmagamento da parede de rocha. Deve-se fazer todo o possvel para registrar tais fatores,usando-se descries quantitativas, esboos e/ou fotografias. Em casos especiais, como

fundaes de barragens ou taludes importantes, o resultado destas descries podem justificar

recomendaes de ensaios in situ em grande escala.

No estudo do preenchimento deve-se usar uma fita mtrica com pelo menos 3 m decomprimento, graduada em mm, para determinar sua espessura, sacos plsticos para recolher

material de preenchimento (1 ou 2 kg), martelo de gelogo com ponta delgada, estilete

resistente ou similar, para fazer ensaios manuais no material de preenchimento e nos materiais

rochosos (Tabelas 3.6 e 3.7). Em alguns casos testemunhos no perturbados so necessrios

para ensaios de cisalhamento, onde tubos amostradores podem ser utilizados.

Tabela 3.6 Ensaios manuais para estimar a resistncia ao cisalhamento no drenada de

materiais de preenchimento coesivos (modificado - ABGE/CBMR, 1983).

Descrio Identificao no Campo ValorAproximadode c(kPa)

S1 Argila muito mole Facilmente penetrada algumas polegadas com opulso

< 25

S2 Argila mole Facilmente penetrvel algumas polegadas com odedo polegar

25 50

S3 Argila firme Pode ser penetrvel algumas polegadas com odedo polegar com esforo moderado

50 100

S4 Argila rgida Prontamente "amolgada" com o dedo polegar,porm penetrvel somente com grande esforo

100 250

S5 A il it id P t t " t d " h 250 500


Tabela 3 7 Ensaios manuais para estimar a resistncia de materiais rochosos (modificado -


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Tabela 3.7 Ensaios manuais para estimar a resistncia de materiais rochosos (modificado -

ABGE/CBMR, 1983)Descrio Identificao no Campo Valor

Aproximado de c(MPa)

R0 Rochaextremamente fraca

Marcada com a unha 0,25 - 1,0

R1 Rocha muito fraca Esmigalhada com golpes firmes com a ponta domartelo de gelogo e pode ser raspada com canivete

1,0 - 5,0

R2 Rocha fraca Pode ser raspada com dificuldade com canivetes,marcas podem ser feitas com a ponta do martelo degelogo

5,0 - 25

R3 Rochamedianamente

resistente

No pode ser raspada ou riscada com canivete, masas amostras podem ser fraturadas com golpes de

martelo de gelogo

25 - 50

R4 Rocha resistente As amostras necessitam de mais que um golpe commartelo de gelogo para fraturar-se

50 - 100

R5 Rocha muitoresistente

As amostras necessitam de muitos golpes commartelo de gelogo para fraturar-se

100 - 250

R6 Rochaextremamenteresistente

As amostras podem somente ser lascadas commartelo de gelogo

< 250

Os resultados podem ser apresentados de modo mais detalhado ou no, dependendo da

importncia conferida as descontinuidades individuais preenchidas (ou famlias). sugerida a

seguinte ordem para a apresentao dos resultados:

Geometria (espessura, rugosidade das paredes, esboos de campo)

Tipo de preenchimento (mineralogia, tamanho de partcula, grau de alterao, ndices

fsicos do solo, expansibilidade potencial)

Resistncia do preenchimento (ndices manuais, resistncia ao cisalhamento, relao de

sobre-adensamento, deslocado / no deslocado)

Percolao (presena de gua e dados quantitativos da permeabilidade)

3 9 PERCOLAO E FLUXO DE GUA EM MACIOS ROCHOSOS


rochas sedimentares a permeabilidade primria do material pode ser significante. A


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rochas sedimentares a permeabilidade primria do material pode ser significante. A

permeabilidade secundria muita afetada pelo espaamento e pela abertura dasdescontinuidades existentes no macio rochoso. A equao de Snow demonstra estes efeitos

sobre a condutividade hidrulica de um sistema de descontinuidades:

k a

S

6

3

.

onde:

w... peso especfico da gua

... coeficiente de viscosidade

a ... abertura das descontinuidadesS .... espaamento entre descontinuidades

Problemas de estabilidade ou dificuldades na construo, podem ser previstos com a

determinao do nvel do lenol fretico, do caminho preferencial de percolao e presso

dgua. A presena de feies impermeveis, tais como diques, descontinuidades preenchidascom argila ou horizontes permeveis, podem criar nveis irregulares do lenol fretico e

horizontes de perda dgua. A descrio de campo das caractersticas hidrulicas do macio

rochoso define os ensaios de permeabilidade in situ a serem realizados.

No caso de taludes rochosos, o projeto preliminar ir se basear em valores assumidos detenso normal efetiva. Se, como resultado de observaes de campo, concluir-se que

justificvel assumir valores mais pessimistas para a presso dgua (p. ex. fratura de trao

cheia dgua, com presso de sada nula no p do talude) em uma descontinuidade

desfavorvel, isto implicar claramente em grandes conseqncias no projeto. A estabilidade

de uma obra pode ser imensamente prejudicada pela existncia de gua em grande escala nomacio, em decorrncia dos seguintes fatores:


Em regies onde a temperatura alcana valores negativos, h o risco do congelamento da


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g p g , g

gua existente no macio e sua conseqente expanso. Tal efeito pode bloquear as fissurasde drenagem naturais, causando um acmulo de gua e presso. A expanso de volume

devido ao congelamento pode acelerar o processo de eroso nestas fissuras, criando planos

de deslizamento.

A presena de gua pode erodir a superfcie da obra e carrear material fino pelas fissuras

existentes, podendo obstruir canais de drenagem naturais. A existncia de lenis freticos aumenta os custos de operao, na medida que a

necessidade de drenagem aumenta.

A ocorrncia de fluxo ascendente pode acarretar a liquefao do solo.

Entre todos os fatores citados, o mais importante para a estabilidade da obra a existncia depresso hidrulica nas descontinuidades do macio. Existem duas possibilidades para a

obteno da distribuio de presso hidrulica no macio. A primeira atravs do traado das

linhas de fluxo e equipotenciais a partir da permeabilidade do macio, da fonte de gua e da

geometria da obra. A segunda a medio direta da presso com o auxlio de piezmetros.

Ambas alternativas apresentam dificuldades prticas, porm essencial o conhecimento dadistribuio de presso hidrulica para a anlise da estabilidade de obras em rocha.


4 CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS


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A natureza do macio rochoso muito complexa, portanto precisa-se de ferramentas tericas

que permitam analisar o controle de seu comportamento. Para resolver este problema se

idealizam modelos tericos que s conseguem analisar um determinado processo num tempo

e espao determinado, onde o bom senso e a experincia prtica so partes importantes. Caso

se possa contar com esta experincia passada (projeto e construo de uma escavao emcondies similares s apresentadas), as decises do projeto atual podero ter um certo grau

de confiana. Por outro lado quando no se tem essa experincia, uma alternativa est nos

sistemas de classificao geomecnica, que permite relacionar a situao atual com as

situaes encontradas por outros, ou seja, as classificaes geomecnicas so uma forma

sistemtica de catalogar experincias obtidas em outros lugares e relacion-las com a situaoora encontrada.

Neste item apresenta-se as classificaes mais aceitas e utilizadas na rea de Mecnica das

Rochas, sem desmerecer outras classificaes que foram esquecidas ou no tiveram grande

demanda de uso, mas que serviram como fundamento no processo de melhor compreenso docomportamento do macio rochoso para dar origem as classificaes mais usadas. As

classificaes mais usadas so a de Bieniawski (1973, 1976 e 1989) com o ndice RMR (Rock

Mass Rating) ou ndice do Macio Rochoso e a de Barton et al. (1974) com o ndice de

Qualidade Q. Mais recentemente, Hoek (1994) props o sistema GSI (Geological Strength

Index), simplesmente ndice GSI, que tenta fundir os dois sistemas anteriores para fins deobteno de parmetros de deformabilidade e resistncia do macio rochoso.

Deve-se considerar a origem do desenvolvimento dos diferentes sistemas de classificao

para ter segurana na sua aplicao para diferentes problemas da engenharia. A primeira

referncia do uso de classificao do macio rochoso foi feita por Terzaghi em 1946, citadoem Hoek & Brown (1980), onde a carga do macio rochoso em tneis ferrovirios, com seo


Lauffer (1958) props um sistema baseado no tempo de auto-sustentao para um certo vo


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de escavao livre (no sustentado) relacionando-o com a qualidade do macio rochoso do

espao escavado. O conceito de Lauffer foi introduzido no mtodo de escavao NATM

(New Austrian Tunnelling Method). Esta tcnica mais aplicada rocha branda ou rocha que

apresenta expanso lateral ("swelling"), e no aplicvel a rocha dura que segue outro

comportamento de ruptura. Em casos de rocha muito dura onde o comportamento est

dominado pelas cunhas instveis, o tempo de auto sustentao nulo e o suporte ter que ser

colocado logo aps a escavao, ou antes de liberar a cunha em sua totalidade. Outra

diferena que a mudana do campo de tenses ao redor da escavao no caso de macios

com alta tenso in-situ, a ruptura pode acontecer repentinamente em forma de exploso da

rocha (rockburst). Neste caso o projeto de suporte deve considerar a mudana do campo de

tenses ao invs do tempo de auto-sustentao.

O ndice RQD (Rock Quality Designation), foi definido por Deere et al. (1967) para dar uma

estimativa quantitativa da qualidade do macio rochoso, atravs de testemunhos obtidos de

sondagens rotativas. O RQD definido como a percentagem de partes intactas do testemunho

maiores que 100 mm em relao ao comprimento total do testemunho (inferior a 2 m). Oprocesso correto de medir o comprimento das partes do testemunho e o clculo do RQD est

ilustrado na Figura 4.1. O RQD tenta representar a qualidade da rocha, por isso muito cuidado

se deve ter no processo de amostragem, perfurao, manuseio do equipamento e da amostra.

Wickham et al. (1972) apresentaram um mtodo quantitativo para a descrio da qualidade domacio rochoso e conseqente escolha do suporte apropriado com base no seu ndice

Estrutural da Rocha RSR (Rock Structural Rating). Este foi o primeiro mtodo quantitativo a

fazer referncia ao uso do concreto projetado. Um aspecto importante deste mtodo que foi

introduzido o conceito de ponderao de trs parmetros caractersticos do macio rochoso

(RSR = A + B +C), sendo A um parmetro geolgico, B um parmetro geomtrico, com oefeito das descontinuidades com relao ao provvel eixo do tnel, e C um parmetro que



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Figura 4.1 Processo para medir e calcular o RQD (modificado - Bieniawski, 1989)

4.1 SISTEMA DE CLASSIFICAO RMR

Bieniawski em 1974 props o sistema emprico de classificao geomecnica RMR, derivado

principalmente para a aplicao em projetos de tneis. No decorrer do tempo maiores

registros de dados foram adicionados classificao, originando significativas mudanas nos

pesos dos diferentes parmetros de classificao, e sua expanso para aplicaes em obras de

superfcie como fundaes e taludes. A ltima verso do sistema foi apresentada por

Bieniawski (1989). O sistema RMR utiliza seis parmetros para classificar o macio rochoso:

Resistncia uniaxial do material de rocha

ndice RQD

Espaamento das descontinuidades

Padro das descontinuidades

Ao da gua subterrnea

Orientao das descontinuidades

L = 38 cm

L = 17 cm

L = 0nenhuma parte > 10 cm.

L = 20 cm

L = 35 cm

L = 0no recuperado

Comprimento total corpo de prova cilindrico = 200 cm.

comprimento de partes do corpo de prova > 10 cmComprimento total do corpo de provaRQD = x 100%

RQD =

200 x 100% = 55%

Quebra pela amostragem


O sistema RMR apresentado atravs de tabelas, que atribui pesos para os seis parmetros


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acima listados. Estes valores so somados para obter o valor de RMR (mximo de 100

pontos).

Os parmetros do sistema so simples e claros, podendo ser obtidos rapidamente com um

custo relativamente baixo e englobando caractersticas de abertura, persistncia, rugosidade e

alterao das paredes das descontinuidades. O espaamento individualizado em um dos seis

parmetros e a orientao das descontinuidades considerada a parte, como um parmetro de

ajuste que depende da orientao das descontinuidades em relao escavao e do tipo de

obra.

Nas Tabelas 4.1 e 4.2 so apresentados os pontos referentes a cada parmetro do sistema

RMR. A classificao do macio obtida com a somatria dos pontos dos parmetros

selecionados para cada tipo de macio. O RMR um valor de referncia que serve para

deduzir parmetros preliminares de deformabilidade, resistncia e tempo de auto-sustenteo

do macio, assim como estabelecer correlaes para outras grandezas e definir sistemas de

suporte de macios rochosos.

Segundo Hoek & Brown (1980) o sistema foi calibrado em tneis rasos em macios de boa

qualidade e no considera o estado de tenses do meio rochoso. Assim sua aplicao em

macios pouco resistentes e com comportamento mecnico dominado pelo estado de tenses

limitado. A indstria de minerao considera esta classificao algo conservativa, o que amplamente discutido em Bieniawski (1989). Uma classificao modificada do RMR

apropriada para a engenharia de minas deve levar em conta as tenses in-situ, as tenses

induzidas aplicadas pela mina, os efeitos da escavao a fogo e o grau de alterao ou

intemperismo (Hoek et al., 1995).



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Mecnica das Rochas Apostila G.AP-AA001/03 4.5

Tabela 4.1 Sistema de classificao geomecnica RMR (modificado - Bieniawsk

APARMETROS DE CLASSIFICAO COM SEUS PESOSParmetro Faixa de valores

1

Resistncia darocha intacta

(MPa)

ndice de cargapuntiforme

>10 4-10 2-4 1-2

Resistncia acompresso uniaxial

>250 100-250 50-100 25-50

Peso 15 12 7 4

2RQD (%) 90-100 75-90 50-75 25-50

Peso 20 17 13 8

3Espaamento das descontinuidades >2 m 0,6-2 m 200-600 mm 60-200 mm

Peso 20 15 10 8

4 Padro das descontinuidades(ver tabela E)

Superfcie muitorugosa, e sem

alterao, fechadas esem persistncia

Superfcie poucorugosa e levemente

alteradas, abertura


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Mecnica das Rochas Apostila G.AP-AA001/03 4.6

BCORREO POR DIREO E ORIENTAO DAS DESCONTINUIDADES (ver Tabela F)

Direo e orientao do mergulho Muito Favorvel Favorvel Moderado D

PesosTneis e minas 0 -2 -5

Fundaes 0 -2 -7 Taludes 0 -5 -25

CDETERMINAO DAS CLASSES DO MACIO ROCHOSO EM FUNO DO PESO TOTALPeso 100 81 80 61 60 41 Nmero da classe I II III Descrio Excelente Bom Regular

DCOMPORTAMENTO DO MACIO ROCHOSO POR CLASSENmero da classe I II III Tempo mdio de auto-sustentao / tamanho do vo 20 anos / 15 m 1 ano / 10 m 1 semana /5 m Coeso do macio rochoso (kPa) >400 300-400 200-300 ngulo de atrito do macio rochoso (o) >45 35-45 25-35

EGUIA PARA A CLASSIFICAO DAS DESCONTINUIDADESPersistncia / Comprimento (m)Peso


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suporte para cada tipo de obra de engenharia. Bieniawski (1989) publicou na sua classificao

uma srie de guias de escolha do suporte para tneis em rocha conforme o valor de RMR

(Tabela 4.3), a qual foi desenvolvida para tneis cuja geometria era em forma de ferradura,

escavados a fogo, num macio sujeito a tenso vertical maior a 25 MPa (profundidade

aproximada de 900 m).

Tabela 4.3 Guia para escavao e suporte para tneis com 10 m de largura de acordo com o

sistema RMR (modificado Bieniawski, 1989)

Tipo deMacioRochoso

Mtodo de escavao Tirantes (dimetrode 20 mm, comcalda de cimento)

Concreto projetado Cambotasmetlicas

I Excelente

RMR: 81-100

Face completa, avano

de 3 m.

Geralmente no precisa suporte exceto tirantes localizados

curtos.II BomRMR: 61-80

Face completa, avanode 1 a 1,5 m, e suportepronto a 20 m da face.

Tiranteslocalizados no tetode 3 m decomprimento eespaados 2,5 m,malha de aoopcional.

Espessura de 50mm no teto, ondenecessitar.

Nulo

III Regular

RMR: 41-60

Frente de escavao em

bancadas (berma),avano de 1,5 a 3 m nacalota, instalao dosuporte aps cadaescavao a fogo, esuporte pronto a 10 mda face.

Tirantes espaados

1,5 a 2 m, de 4 mde comprimento,no teto e paredes,com malha de aono teto.

Espessura de 50 a

100 mm no teto e30 mm nasparedes.

Nulo

IV RuimRMR: 21-41

Frente de escavaesem camadas, avano da

calota de 1 a 1,5 m,instalao do suporteparalelo com aescavao, a 10 m dafrente.

Tirantes espaados1 a 1,5 m, de 4 a 5

m de comprimento,teto e paredes, commalha de ao.

Espessura de 100 a150 mm no teto e

100 mm nasparedes.

Cambotasmetlicas leves a

mdias, espaadasde 1,5 m, ondeprecisar.

V PssimoRMR: < 20

Mltiplas frentes,avano da calota de 0,5a 1,5 m, instalao dosuporte paralelo com a

escavao, e concretoprojetado logo quepossvel aps a

Tirantes espaados1 a 1,5 m, de 5 a 6m de comprimentoteto e paredes com

malha de ao, earco invertidoatirantado

Espessura de 150 a200 mm no teto e150 mm nasparedes, e 50 mm

na face.

Cambotasmetlicas mdias apesadas, espaadasde 0,75 m, com

aduelas de ao, earco invertido.


de 10 m da frente de escavao. Tirantes de 4 m de comprimento, 20 mm de dimetro,

t t l t t id ld d i t d d 1 5 2 0 d d


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totalmente protegidos com calda de cimento e espaados de 1,5 a 2,0 m, so recomendados no

teto e paredes. Tambm recomendada uma camada de concreto projetado, reforado com

malha de ao, com espessura de

Documents

Apostila de Mecanica das Rochas