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UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA FUNDAÇÕES E OBRAS DE TERRA --- COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS E OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS PARA A MINA DO --- BELO HORIZONTE / MG 2015

Compatibilização Entre Caracterização de Maciços Rochosos e Otimização de Desmonte de Rochas Com Explosivos_ Iniciado _ r0

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COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS E OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS

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UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO

PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA – FUNDAÇÕES

E OBRAS DE TERRA

---

COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS

ROCHOSOS E OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM

EXPLOSIVOS PARA A MINA DO ---

BELO HORIZONTE / MG

2015

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---

COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO

DE MACIÇOS ROCHOSOS/CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA E

OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS

PARA A MINA DO ---

Monografia apresentada ao curso de Pós-

Graduação Em Engenharia Geotécnica –

Fundações E Obras De Terra, Universidade da

Cidade de São Paulo, como requisito parcial para

obtenção do título de Especialista.

BELO HORIZONTE / MG

2015

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---

METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO DE BARRAGENS DE

TERRA DE PEQUENO PORTE

Monografia apresentada ao curso de Pós-

Graduação Em Engenharia Geotécnica –

Fundações E Obras De Terra, Universidade da

Cidade de São Paulo, como requisito parcial para

obtenção do título de Especialista.

Área de concentração: Geotecnia

Data da defesa:

Resultado:______________________

BANCA EXAMINADORA:

Prof. Dr.

Universidade Cidade de São Paulo ______________________________________

Prof. Dr.

Universidade Cidade de São Paulo ______________________________________

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Texto destinado a dedicatória, que deverá ser

feita àqueles que julgar merecedores.

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AGRADECIMENTOS

Nesta página deve constar o agradecimento àquelas pessoas ou Instituições que

marcaram de forma significativa a realização do seu trabalho.

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“Este espaço é designado para citação de um

pensamento de algum autor que tenha relação

com a temática do TCC.”

Autor

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RESUMO

Elemento obrigatório. Consiste na apresentação concisa dos pontos relevantes do documento,

fornecendo uma visão rápida e clara do conteúdo e das conclusões do trabalho. Elaborado de

acordo com a NBR 6028/2003. Deve ser digitado em espaço simples e sem parágrafos,

não ultrapassando 500 palavras.

Palavras-chave: Escrever de três a cinco palavras representativas do conteúdo do trabalho,

separadas entre si por ponto.

.

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ABSTRACT / RESUMEN

Consiste na tradução do resumo para o inglês ou espanhol. Deve ser digitado em espaço

simples e sem parágrafos, não ultrapassando 500 palavras.

Keyword / Resumen: Traduzir as palavras representativas do conteúdo do trabalho,

separadas entre si por ponto.

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LISTA DE ILUSTRÇÕES

FIGURAS

Figura 3.1:Tipos de Falhas ....................................................................................................... 12

Figura 3.2: Esquema de propriedades geométricas das descontinuidades. Adaptado de Wyllie

(2005). .................................................................................................................... 15

Figura 3.3: Terminologia empregada para a definição de orientação de descontinuidades ..... 16

FOTOS

Foto 3.1: Estratificação em Arenito, destacando-se o as camadas, representadas pela variação

de coloração (Press et al, 2006). ............................................................................ 12

Foto 3.2: Minerais orientados – Foliação em Migmatito dobrado rico em leucossoma (parte

clara) - UNESP, 2015. ........................................................................................... 13

Foto 3.3: Interseção de Juntas (Press et al, 2006) ..................................................................... 13

Foto 3.4: Talude com planos de clivagem acompanhando os planos de foliação (Foto de A. J.

Morris em Wyllie – 2005) ..................................................................................... 14

Foto 3.5: Bússola de Geólogo (tipo Clar) utilizada para realizar medidas diretas de “dip” e

“dip direction” de superfícies. ............................................................................... 16

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LISTA DE TABELAS

Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada.

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS (ELEMENTO OPCIONAL)

ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM: American Society for Testing and Materials

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LISTA DE SÍMBOLOS

$ Dólar

% Porcentagem

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SUMÁRIO

1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 11

1.1 - Justificativa ................................................................................................................. 11

1.2 - Objetivo ....................................................................................................................... 11

1.3 - Organização Deste Trabalho ..................................................................................... 11

2 - METODOLOGIA ........................................................................................................ 11

3 - DESENVOLVIMENTO .............................................................................................. 11

3.1 - Revisão Bibliográfica .................................................................................................. 11

3.1.1 - Caracterização de Maciços Rochosos ........................................................................... 11

3.1.2 - Explosivos ..................................................................................................................... 22

3.1.3 - Desmonte de Rochas com Explosivos .......................................................................... 22

3.1.4 - Classificação Geomecânica versus Desmonte De Rochas Com Explosivos ................ 22

3.2 - Compatibilização Entre Classificação Geomecânica E Desmonte Com Explosivos

22

3.3 - Mina Do --- .................................................................................................................. 22

3.3.1 - Histórico ....................................................................................................................... 22

3.3.2 - Geologia Local .............................................................................................................. 22

3.3.3 - Setorização Geomecânica da Cava ............................................................................... 22

3.3.4 - Desmonte de Rochas a Explosivos na Cava ................................................................. 22

3.3.5 - Taludes da Cava ............................................................................................................ 23

3.3.6 - Recomendações para Trabalhos Futuros ...................................................................... 23

4 - CONCLUSÃO .............................................................................................................. 23

5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 23

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11

1 - INTRODUÇÃO

1.1 - Justificativa

1.2 - Objetivo

1.3 - Organização Deste Trabalho

2 - METODOLOGIA

3 - DESENVOLVIMENTO

3.1 - Revisão Bibliográfica

Neste capitulo serão apresentadas as fundamentações teóricas utilizadas como referência no

desenvolvimento do presente trabalho no que tange a metodologia de Caracterização de

Maciços Rochosos, informações sobre Explosivos e empregos dos mesmos na realização de

desmonte de rochas (elementos básicos executivos e metodologias de dimensionamento).

3.1.1 - Caracterização de Maciços Rochosos

Segundo Brady (2005), rochas diferem da maioria dos outros materiais de engenharia por

poder apresentar fraturas de provenientes de diferentes processos geológicos, o que torna sua

estrutura descontínua. Assim, uma distinção clara deve ser feita entre “rocha intacta” e

“maciço rochoso”, sendo que “rocha intacta” é o termo utilizado para descrever a rocha com

ausência de descontinuidades e “maciço rochoso” para descrever o material in situ contendo

planos de estratificação, falhas, juntas, dobras e outros elementos estruturais. Maciços

rochosos podem apresentar propriedades mecânicas heterogênea e anisotrópicas.

3.1.1.1 - Descontinuidades

Segundo Wyllie (2005) as investigações geológicas normalmente categorizam as

descontinuidades de acordo com a maneira que as mesmas foram formadas. Esta informação é

bastante útil para a engenharia geotécnica, pois cada categoria geralmente possui propriedades

semelhantes no que tange a dimensões e resistência ao cisalhamento, que podem ser utilizadas

para uma análise inicial da condição de estabilidade do local. Abaixo vão definições padrões

do tipos mais comuns de descontinuidades:

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Falha: Descontinuidade ao longo da qual houve quantidade observável de

deslocamento. Falhas raramente ocorrem de forma única e geralmente são

acompanhadas por conjuntos de descontinuidades paralelas ou sub-paralelas ao longo

das quais houve movimento (Erro! Fonte de referência não encontrada.).

Figura 3.1:Tipos de Falhas

(a) Falha Normal; (b) Falha Reversa; (c) Falha Direcional; (d) Falha Obliqua. FW = footwall (sob o plano de

falha); HW = Hanging wall (sobre o plano de falha); AB = Deslocamento vertical; BC = Deslocamento

horizontal; = Mergulho do plano. As setas indicam a direção de deslocamento relativo. Fonte (F. G. Bell

2007)

Estratificação: Superfície paralela à superfície de deposição, que pode haver ou não

uma expressão física. A atitude (direção + mergulho) do plano de acamamento não

deve ser assumido como horizontal (Foto 3.1)

Foto 3.1: Estratificação em Arenito, destacando-se o as camadas, representadas pela variação de coloração (Press

et al, 2006).

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Foliação: Orientação de minerais planos, ou bandamento em rochas metamórficas

(Foto 3.2).

Foto 3.2: Minerais orientados – Foliação em Migmatito dobrado rico em leucossoma (parte clara) - UNESP,

2015.

Juntas: Descontinuidade que não foi observado movimentação relativa. Em geral

juntas intercedem superfícies primárias, como estratificação, clivagem e xistosidade.

Uma série de juntas paralelas é denominada “família de juntas”, duas famílias de

juntas ou mais se intercedendo é denominada “sistema de juntas” (Foto 3.3).

Foto 3.3: Interseção de Juntas (Press et al, 2006)

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Clivagem: Descontinuidades paralelas formadas em camadas incompetentes em

estratificações com variação de competência. Em geral o termo implica que os planos

de clivagem não são controlados pelas partículas minerais em orientação paralela

Foto 3.4: Talude com planos de clivagem acompanhando os planos de foliação (Foto de A. J. Morris em Wyllie

– 2005)

3.1.1.2 - Definição de termos Geológicos para Caracterização de Maciços Rochosos

Abaixo são apresentados, de forma sucinta, as informações que devem ser coletadas para

possibilitar uma descrição completa de maciços rochosos e comentários de como essas

propriedades podem influenciar o comportamento de maciços. Essa informação é a tradução

da apresentada por Wyllie (2005), que por sua vez baseou-se nos procedimentos

desenvolvidos pela International Society of Rock Mechanics (ISRM, 1981b) com algumas

informações adicionais da Geological Society Engineering Group (1977). Detalhes

aprofundados de tal descrição de maciços rochosos podem ser obtidas em literaturas

específicas.

Na Figura 3.2 podem ser vistos os parâmetros que definem as características de maciços

rochosos, que serão, também, descritos abaixo conforme Wyllie (2005):

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Figura 3.2: Esquema de propriedades geométricas das descontinuidades. Adaptado de Wyllie (2005).

A. Tipo de Rocha (Figura 3.2): O tipo de rocha é definido de acordo com o processo de

formação da mesma (Ígnea, Sedimentar ou Metamórfica), mineralogia, cor e tamanho

dos grãos.

B. Tipo de Descontinuidade (Figura 3.2): Os tipos de descontinuidades (ver item 3.1.1.1 -

Descontinuidades) variam desde pequenas juntas de tração até falhas contendo vários

metros de espessura de argila e quilômetros e de comprimentos, sendo que o

comportamentos mecânico das mesmas serão em função de suas características.

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C. Orientação da Descontinuidade (Figura 3.2): A orientação da descontinuidade é

expressa através de conjuntos de informações:

a. Inclinação da camada em relação à horizontal (“mergulho” ou “dip”) + Direção

de Mergulho (dip direction);

ou

b. Atitude da camada: Direção (ângulo formado pela interseção entre o plano da

camada e plano horizontal. com o Norte geográfico - strike) + Mergulho +

Sentido do Mergulho ( N, S, E, W, SW etc.).

As informações espaciais das descontinuidades podem ser obtidas utilizando de

Bússola de Geoólogo, conforme Foto 3.5

Figura 3.3: Terminologia empregada para a definição de orientação de descontinuidades

a) vista isométrica do plano (dip e dip direction); (b) Representação plana do plano; (c) vista isométrica da linha

(plunge + trend) – (Wyllie, 2005).

Foto 3.5: Bússola de Geólogo (tipo Clar) utilizada para realizar medidas diretas de “dip” e “dip direction” de

superfícies rochosas.(Wyllie, 2005).

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Emprega-se ao colocá-la alinhada com a superfície de medida de tal forma que esteja

nivelada (bolha de nível). A agulha imantada é liberada para indicar a direção do

mergulho e o mergulho é lido no clinômetro presente na lateral da bussola

D. Espaçamento (Figura 3.2): O espaçamento representa a distância entre uma

descontinuidade e outra descontinuidade de uma mesma família de descontinuidades

(medida ortogonalmente), ou seja, que apresentem características semelhantes,

conforme Figura 3.4. O espaçamento de descontinuidades pode ser obtido através de

mapeamentos em maciços rochosos e de informações de testemunhos de sondagem, de

tal forma que o espaçamento verdadeiro de descontinuidades inclinadas possa ser

calculado a partir do espaçamento aparente (Figura 3.4). Categorias de espaçamento

variam de extremamente larga (>2 m), até muito estreita (<6 mm). Medidas de

espaçamento das descontinuidades irá definir o tamanho e forma dos blocos, dando

uma previsão de comportamento cinemático. A resistência do maciço rochosos está

diretamente ligado ao espaçamento, pois em rochas muito fraturadas, tais

descontinuidades podem estar aptas a gerar uma zona de fraqueza no maciço.

Figura 3.4: Relação entre Espaçamento Verdadeiro (S) e Aparente (Sapp). (Wyllie, 2005)

E. Persistência (Figura 3.2): É a medida de comprimento contínuo da descontinuidade.

Os valores e persistência variam entre muito grande (> 20m) e muito pequena (< 1m).

Este parâmetro define o tamanho dos blocos e o comprimento de possíveis superfícies

de ruptura de taludes.

F. Rugosidade(Figura 3.2): A rugosidade da superfície é um componente importante na

resistência ao cisalhamento, principalmente quando a descontinuidade são fechadas e

não sofreram deslocamentos. A rugosidade se torna menos importante em casos onde

a descontinuidade está preenchida e aberta, denso que deve ser medida em campo em

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afloramentos do maciço com, no mínimo, 2 m de comprimento e, se possível, na

direção de movimentação. O grau de rugosidade pode ser quantificado nos termos de

“i”, que mede a inclinação das irregularidades (ou aspereza) na superfície utilizando-

se um Perfilômetro de Barton (Foto 3.6) e Perfis de Rugosidade de Barton (Figura

3.5). O ângulo de atrito1 de uma superfície rugosa (ângulo de atrito da

descontinuidade) é dado pela soma entre ângulo de atrito da rocha intacta (φ) e “i”.

“i” pode ser calculado através da equação 3.1

'log10

JCSJRCi (Eq. 3.1)

Onde,

JRC = Coeficiente de Rugosidade de Juntas (Barto, 1973);

JCS = Resistência a Compressão da rocha na superfície da descontinuidade (Joint

Compressive Strength);

σ’ = Tensão efetiva2 na superfície ocasionada pelo sobrepeso, subtraída de eventual

empuxo pela presença de água.

Foto 3.6: Foto de perfilômetro. (Wyllie, 2005).

1 Parâmetro de resistência geotécnica referente à interação física entre partículas. Segundo Souza Pinto (2006), durante a

variação de inclinação da aplicação de uma força em um corpo, iniciando-se por uma aplicação normal, o ângulo de atrito

pode ser entendido como o ângulo máximo que a força transmitida pelo corpo à superfície pode fazer com a normal ao plano

de contato sem que ocorra deslizamento.

2 Tensão transmitida entre partículas.

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Figura 3.5: Perfis de Rugosidade de Juntas de Barton e seu respectivo coeficiente e escala reduzida JRC3.

(Hudson, 2000)

G. Resistência das Paredes das Descontinuidades(Figura 3.2): A resistência da rocha que

compõe as superfícies da descontinuidade irá influenciar, também, a resistência ao

cisalhamento. Os pontos de contato entre as superfícies das descontinuidades

desenvolvem tensões elevadas durante processos cisalhantes a ponto de gerar rupturas

nos pontos de asperezas e, consequentemente, uma redução do ângulo de atrito da

descontinuidade. Em estágios iniciais de alteração (intemperismo) ocorre

frequentemente uma redução na resistência das rochas na superfície das

descontinuidades que pode ser resultado do decréscimo do valor de rugosidade das

mesmas. É comumente utilizado testes de campo para estimar a resistência a

compressão, conforme

3 JRC = Joint Roughness Coeficiente – Barton 1973

Page 23: Compatibilização Entre Caracterização de Maciços Rochosos e Otimização de Desmonte de Rochas Com Explosivos_ Iniciado _ r0

20

H.

I. Estado de Alteração(Figura 3.2)

J. Abertura da Descontinuidade(Figura 3.2)

K. Preenchimento(Figura 3.2)

L. Fluxo de Água(Figura 3.2)

M. Número de famílias de Descontinuidades(Figura 3.2)

N. Tamanho e Forma do Bloco(Figura 3.2)

3.1.1.3 - Classificação de Maciços Rochosos

Sempre que possível é desejável que problemas envolvendo mecânica de rochas sejam

resolvidos utilizando-se de ferramentas analíticas e aproximações baseadas na mecânica

Page 24: Compatibilização Entre Caracterização de Maciços Rochosos e Otimização de Desmonte de Rochas Com Explosivos_ Iniciado _ r0

21

clássica (B.H.G. Brady, 2005). No entanto os processos e inter-relações envolvidas na

determinação do comportamento do maciço rochoso são, algumas vezes, tão complexos que

impossibilitam a realização de avaliações empregando-se as técnicas existentes de engenharia.

Segundo Brady (2005) decisões podem ser tomadas em função de experiências prévias

obtidas em mineração ou áreas afins e, na tentativa de quantificar tais experiências para que

pudessem ser extrapoladas de um local para outro, foram desenvolvidos uma série de

esquemas de classificação de maciços rochosos.

Os esquemas de classificação buscam atribuir valores numéricos para as propriedades físicas

avaliadas consideradas capazes de influenciar no comportamento do maciço rochoso, sendo

que as descontinuidades, no contexto de engenharia, podem ser consideradas como principais

fatores a governar a deformabilidade, resistência e permeabilidade do mesmo (Hudson, 2000).

As principais propriedades das descontinuidades passíveis de avaliação macroscópica

empregadas nas classificações de maciços podem ser vistas na Erro! Fonte de referência

não encontrada..

Foram desenvolvidos inúmeros métodos de classificação de maciços rochosos, com

utilizações direcionadas (taludes, escavações subterrâneas, desmonte a explosivos),

destacando-se os seguintes trabalhos:

Q-system desenvolvido por Barton et al. (1974);

Goemechanics or Rock Mass Rating (RMR) scheme developed by Bieniawski (1973,

1976) e modified by Laubscher (1977, 1990);

GSI system introduced by Hoek (1994) and developed further by Marinos and Hoek

(2000);

Blastability Index (Lilly 1986, 1992)

Aspectos do comportamento do maciço rochoso que foram estudados dessa maneira incluem

os vãos estáveis de escavações sem suporte , tempo de autosuporte de vãos sem escavados,

requisitos de suporte para vários vãos, capacidade de empregar métodos de lavra do tipo

“caving” , ângulos estáveis de inclinação de taludes de cavas de mineração e fragmentação.

Um número dessas autuações feitas a partir de dados geotécnicos recolhidos nas fases de

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22

exploração ou estudo de viabilidade de um projeto de mineração podem fornecer guias úteis

para a seleção de um método de mineração apropriada (Brady, 2005).

As várias formações geológicas, que são afetadas por inúmeros estágios de desintegração em

diferentes condições de tensão, podem agir de maneiras distintas em projetos de desmonte a

explosivo, segundo Chatziangelou (2015), havendo a possibilidade de realizar co-relações

entre a resposta do maciço rochoso, diante de solcitações mecânicas, e seu estado físico. Na

Erro! Fonte de referência não encontrada. podem ser vistas informações avaliadas durante

o processo de

3.1.1.3.1 - Rock Mass Rating (RMR)

3.1.1.3.2 - Geological Strengh Index (GSI) for Jointed Rock

3.1.1.3.3 - Blastability index

3.1.2 - Explosivos

3.1.3 - Desmonte de Rochas com Explosivos

3.1.4 - Classificação Geomecânica versus Desmonte De Rochas Com Explosivos

3.2 - Compatibilização Entre Classificação Geomecânica E Desmonte Com

Explosivos

3.3 - Mina Do ---

3.3.1 - Histórico

3.3.2 - Geologia Local

3.3.3 - Setorização Geomecânica da Cava,

3.3.4 - Desmonte de Rochas a Explosivos na Cava

3.3.4.1 - Metodologias empregadas

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23

3.3.4.2 - Overbreak

3.3.4.3 - Monitoramento Sismográfico

3.3.4.4 - Controle de granulometria

3.3.5 - Taludes da Cava

3.3.6 - Recomendações para Trabalhos Futuros

4 - CONCLUSÃO

5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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24

REFERÊNCIAS

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______. NBR 6023: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002b.

______. NBR 6024: numeração progressiva das seções de um documento. Rio de Janeiro,

2012a.

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Livro Semiarido

Notas de aula da disciplina PHD307 - Hidrologia Aplicada- Dpto de Eng. Hidráulica

e Sanitária - Escola Politécnica da Unv.de São Paulo, 2001

HTTP://planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2007-2010/2010/Lei/L12334.htm

em13/11/2014.

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OBS: Referência é o conjunto de elementos descritivos retirados de um documento que

permitem sua identificação individual. As referências são digitadas em espaço simples,

alinhado somente à margem esquerda e separadas entre si por espaço duplo.

Tamanho do Bloco

Preenchimento

Família de Descontinuidade

Rugosidade

Persistência Espaçamento

Espessura

Resistência das

Paredes

Família de Descontinuidade

Mergulho e

Direção de Mergulho

Fluxo de água

Furo sonda

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ANEXO A - Título