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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    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

    Wiley & Sons, New York, USA, 411 p.

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

    Wiley & Sons, New York, USA, 442 p.

    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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    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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    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.

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    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

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    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

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    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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  • 8/9/2019 Apostila de Mecanica das Rochas

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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)

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    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

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

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    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

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    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

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    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

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    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:

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    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.

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    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

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    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

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    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.

    Universidade de BrasliaDepartamento de Engenharia Civil e Ambiental / FTGeotecnia

    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