Factores e Riscos geológicos em Engenhariageomuseu.ist.utl.pt/MINGEO%20LEC2006LET/Aulas%20Te%f3ricas%2… · geologia/geotecnia. ... Solos duros Resistência média a alta Problemas

Factores e Riscos geológicos em Engenharia

LEC 2006 LET

Mineralogia e GeologiaObjectivos gerais

1. Sensibilização para a importância da Geologia no âmbito das obras de engenharia civil e no planeamento e ordenamento do território, assim como nas actividades do quotidiano.

2. Conhecer os principais materiais e estruturas geológicose os respectivos processos geradores.

3. Conhecer a natureza dos problemas ambientaisdecorrentes da actividade de Engenharia (antrópicos).

4. Conhecer os perigos dependentes dos fenómenos geológicos naturais.

5. Obtenção de uma “linguagem” de entendimento entre o Engº Civil/ Engº território e o especialista na área da geologia/geotecnia.

Mineralogia e GeologiaIntrodução

• Sensibilização para a importância da Geologiano âmbito das obras de engenharia civil e no planeamento e ordenamento do território, assim como nas actividades do quotidiano.

• Conhecer a natureza dos problemas ambientaisdecorrentes da actividade de Engenharia (antrópicos).

• Conhecer os perigos dependentes dos fenómenos geológicos naturais.

MEIO GEOLÓGICO

MEIO ANTRÓPICO

Quais são os factores distintivos?

• A escala geológica e a da engenharia

• O tempo geológico e o antrópico

• A linguagem geológica e a da engenharia

Factor tempo

Geologia Engenharia

• Escalas desde o cósmico até ao microscópico.

• O tempo mede-se em centenas de milhões de anos.

• Processos geológicos, como a orogénese, petrogénese, decorrem ao longo de milhões de anos

• Perigos naturais de grande magnitude têm, em geral, uma probabilidade muito baixa de ocorrência.

• Processos geológicos quase instantâneos – ex. terramotos ou muito lentos – ex. dissolução e a erosão.

•Escalas espaciais e temporais à medida das actividades humanas.

• A acção antrópica pode acelerar ou modificar dramaticamente os processos naturais

• Muitas propriedades geotécnicas dos materiais geológicos - permeabilidade, alterabilidade, resistência, deformabilidade, etc., ou processos como a dissolução, subsidência, expansividade, etc., podem ser substancialmente modificados pela acção humana.

Obras operacionais - 50 a 100 anosSegurança geológica/ambiental - 500 a 1 000 anosResíduos radioactivos >10 000 ano

Factor escala

Geologia Engenharia

• Mapas (cartas) geológicos tem escalas compreendidas entre 1/1 000 000 e 1/50 000

• As cartas geológicas regionais permitem identificar factores que, não estando representados na área específica do projecto, poderão ser importantes para observar aspectos geológicos regionais, ou a presença de perigos cujo alcance poderá afectar a zona em estudo.

• A Cartografia geotécnica, litológica ou temática, onde se representam descontinuidades, dados hidrogeológicos, materiais, etc., pode ter uma escala igual à do projecto.

• Escalas das obras varia geralmente entre 1/10 000 e 1/500 ou é inferior.

Linguagem e outros factores distintivosGeologia Engenharia

Devido à independência das terminologias próprias da geologia e da engenharia, cada área dá destaque a aspectos diferentes e os resultados são valorizados de modo distinto, de acordo com as suas especificidades próprias.• Materiais anisotrópicos e heterogéneos, e apresentam propriedades muito variáveis e que sofrem alterações e modificações com o tempo.

• Quantificação numérica e a atribuição precisa das propriedades é difícil, ou às vezes impossível de modo a cumprir os requisitos de um projecto.

• Informação geológico-geotécnica - número limitado de reconhecimentos, ocasionando um factor de incerteza que afecta a maioria dos projectos.

• Materiais cujas propriedades variam muito pouco. Podem ser ensaiados em laboratório (betões, aços, etc.) e não existe variação significativa das propriedades com o tempo.

• Dados quantificáveis e susceptíveis de serem modelizados

• Grau de conhecimento muito preciso sobre os materiais de construção

A utilização do conceito de coeficiente de segurança faz parte também da prática da engenharia geológica

Factores geológicos e Problemas geotécnicos

Em primeiro lugar, devido à sua maior importância, estão os riscos geológicos, cuja incidência pode afectar a segurança ou viabilidade do Projecto.

Em segundo lugar estão todos aqueles factores geológicos cuja presença condicione técnica ou economicamente a Obra.

Princípio geral

Devem existir soluções geotécnicas sempre que os factores geológicos condicionem o projecto de uma obra de engenharia.

Risco Geológico

Probabilidade de ocorrer um perigo de natureza gelógica.

Factor Geológico

Elemento de natureza geológica que concorre ou contribui para um resultado. O que determina ou

executa.

Condições gerais que devem estar presentes num local de implantação de uma obra de modo a que possa ser considerado geológico e geotecnicamente favorável

• Ausência de processos geológicos activos que representem riscos inaceitáveis para o projecto.

• Adequada capacidade de suporte do terreno para a fundação das estruturas.

• Suficiente resistência dos materiais para manter a sua estabilidade em escavações superficiais ou subterrâneas.

• Disponibilidade de materiais para a construção de obras de terra.

• Estanquicidade das formações geológicas para armazenar água ou resíduos sólidos ou líquidos.

• Facilidade de extracção de materiais para a sua escavação.

Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente

Quais os Processos

Geológicos ?

Quais os Efeitos sobre o meio

físico?

Quais os Problemas geoambientais e como actuar ?

Riscos Geológicos

http://nationalatlas.gov/articles/geology/a_geohazards.html

http://geology.bgsu.edu/Panter/hazards.htmSe quiseres saber mais...

Riscos Geológicos e Engenharia


Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos

sobre o meio físico?


• Danos a populações e infra-estruturas

• Projecto anti-sísmico• Medidas de prevenção• Planos de emergência

• Terramotos• Tsunamis• Movimentos do solo• Roturas• Deslizamentos• Liquefacção

Sismicidade

O que é um sismo ? Onde ocorrem os sismos?



Quais os Processos





• Sistemas de vigilância• Medidas de prevenção• Planos de evacuação

• Erupções vulcânicas• Alterações do relevo• Tsunamis• Terramotos• Colapsos• Movimentos de

vertente

Vulcanismo

O que é um vulcão ? Que tipos existem? Onde ocorrem?



Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos sobre

o meio físico?


• Medidas de controlo evigilância

• Alterações morfológicas(longo prazo)

• Alterações na dinâmica litoral e no nível do mar

(longo prazo)

Empolamentos

Subsidências

O que é o empolamento ? O que é a subsidência ?



Quais os Processos


o meio físico?


• Aumento do risco de inundações e deslizamentos

• Medidas de protecção em leitos e zonas costeiras

• Alterações geomorfológicas(médio prazo)

• Arrastamento e aumento da escorrência

• Colmatação

Erosão

Sedimentação

O que é a erosão ? O que é a sedimentação?



Quais os Processos


o meio físico?



• Obstrução de leitos de rio

• Medidas de estabilização,controlo e prevenção

• Deslizamentos• Desprendimentos• Colapsos• Mudanças morfológicas

(curto e médio prazo)• Desvio de leitos de rio

Movimentos de vertentes/

encostas

Porque se instabilizam as vertentes ? Quais os factores actuantes ?



Quais os Processos

Geológicos ?Quais os Efeitos sobre o

meio físico?


Alterações do nível freático

• Alterações nos aquíferos• Alteração das propriedades

do solo• Secagem e saturação em

água excessiva• Subsidência e instabilidade

de vertentes

• Problemas em fundações

• Afectação de cultivos e regadios

• Medidas de drenagem

O que é o nível freático ? O que é um aquífero ?



Quais os Processos


o meio físico?


Processos tectónicos

• Tensões naturais

• Sismicidade

• Instabilidades

• Explosões de rocha em minas e túneis profundos

• Deformações em obrassubterrâneas (longo prazo)

• Concepção do projecto emtúneis e minas

O que é a tectónica ? Como reagem as rochas às tensões aplicadas?



Quais os Processos




Processos geoquímicos e geofísicos

• Altas temperaturas

• Anomalias térmicas

• Presença de gases

• Emissão de radiações

• Riscos de explosão

• Riscos de saúde

• Dificuldade de execução em obras subterrâneas

O que é o gradiente geotérmico ? Que gases liberta a Terra ?

SERÁ QUE VALE A PENA ARRISCAR ?

QUANTO “CUSTA” PREVENIR ?

Factores Geológicos e Engenharia

LITOLOGIA – Tipos de rochas

Influência da litologia no comportamento geotécnico dos terrenosLitologia Propriedades típicas Problemas

geotécnicosRochas duras

Minerais duros e abrasivos

AbrasividadeDificuldade de escavação

Rochas brandas

Resistência média a baixaMinerais alteráveis

Roturas em taludesDeformabilidade em túneisAlteração das propriedades com o tempo

Solos duros Resistência média a alta Problemas nas fundações com argilas expansivas e com estruturas instáveis

Solos brandos

Resistência baixa a muito baixa

Assentamentos de fundações Roturas em taludes

Solos orgânicos/ biogénicos

Compressibilidade altaEstruturas meta-estáveis Subsidência e colapsos

Subsidência

Rotura de vertentes


ESTRUTURAS GEOLÓGICASEstruturas geológicas e problemas geotécnicos

Estruturas geológicas

Propriedades típicas Problemas geotécnicos

Falhas e fracturas

Superfícies muito contínuas; espessura variável

Roturas, instabilidades, acumulação de tensões, infiltrações e alterações

Planos de estratificação

Superfícies contínuas; pequena separação

Roturas, instabilidades e infiltrações

Diaclases Superfícies pouco contínuas, fechadas ou pouco separadas

Roturas, instabilidades, infiltrações e alterações

DobrasSuperfícies de grande continuidade

Instabilidade, infiltrações e tensões condicionadas pela orientação

Foliação, xistosidade

Superfícies pouco contínuas e fechadas

Anisotropia em função da orientação

O q

ue é

um

a es

trutu

ra ?

Falha Estratificação e diaclases

Dobra simples Dobra complexa


Efeitos dos processos geológicos relacionados com a água e sua incidência geotécnica

Processos geológicos

Efeitos sobre os materiais

Problemas geotécnicos

DissoluçãoPerda de material em rochas e solos solúveisCarsificação

CavidadesColapsos

Erosão-Transporte

Perda de material e lixiviaçãoErosão internaRavinamento

Quedas e colapsos AssentamentosescavaçõesAterros

Reacções químicas

Modificação da composição química

Ataque a cimentos, inertes, metais e rochas

AlteraçõesModificação das propriedades físicas e químicas

Perda de resistênciaAumento da deformabilidade e da permeabilidade

PAPEL DA ÁGUA

Ain

da d

izem

que

a á

gua

é m

ole!

!!

Dissolução em calcários - carsificação

Ataque químico do

betão

Alterações

Erosão e escavação

RESUMO

Informação mais importante a reter dos quadros anteriores:

• Os factores geológicos são a causa da maioria dos problemas geotécnicos.

• A água é um dos factores de maior incidência no comportamento geotécnico dos materiais.

•Os processos geológicos podem modificar o comportamento dos materiais, incidindo sobre o meio físico, e ocasionar problemas geotécnicos.

A Geologia nas grandes obras de Engenharia

Constatações

• O estudo dos dados geológicos e os trabalhos de prospecção geológica, quando devidamente dimensionados são menos dispendiosos que os prejuízos causados nas obras em que os mesmos são ignorados;

• Três vezes em cada quatro, as condições geotécnicas existentes são influenciadas pela presença da água;

• É preciso ter sempre em consideração o tipo de argilas presentes e do seu comportamento em função do tempo;

• As possíveis perturbações causadas pelos fenómenos sísmicos podem arruinar as obras, se tal possibilidade não for tida em consideração.

Objectivo finalQualidade, segurança e economia da obra.

ExigeCustos adicionais no projecto e Tempo adicional para a execução da obra

A Geologia nas grandes obras de Engenharia

Obras que podem exigir estudos geotécnicos

► Vias de comunicação, aeródromos, pontes e viadutos

► Planeamento regional e urbano

► Aproveitamentos hidráulicos

► Captação de águas e condutas de líquidos e gases

► Trabalhos fluviais e marítimos

► Protecção do ambiente

Natureza da rochas. Estado de alteração. Estado de fracturação. Estado de tensão. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

Planeamento e Ordenamento do Território

Obras e actividades que podem exigir estudos geológicos

► Localização, exploração e aproveitamento de matérias primas – Polos de desenvolvimento regional

► Localização de aquíferos para abastecimento público

► Localização de empreendimentos e de estruturas sem pôr em causa a segurança e o aproveitamento dos restantes recursos

► Localização de aterros sanitários e de actividades “sensíveis”

Natureza da rochas. Recursos. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

Anexo

Metodologia de Trabalho no domínio da Engenharia Geológica

Metodologia utilizada em Engenharia Geológica1.Identificação de materiais e processos. Definição da geomorfologia, estrutura, litologia e condições da água subterrânea.

2.Investigação geológica-geotécnica do subsolo

3.Distribuição espacial de materiais, estruturas e descontinuidades

4.Condições hidrogeológicas, tensionais e ambientais

5.Caracterização de propriedades geomecânicas, hidrogeológicas e químicas

6.Caracterização dos materiais geológicos utilizados na construção, extracção de recursos naturais e trabalhos de protecção do meio ambiente

7.Comportamento geológico-geotécnico segundo a construção do projecto8.Avaliação do comportamento mecânica e hidráulico de solos e maciços rochosos. Previsão das alterações das propriedades anteriores com o tempo9.Determinação dos parâmetros que devem ser utilizados nas análises de estabilidade para escavações, estruturas de terras e fundações10.Avaliação dos tratamentos do terreno para a sua melhoria face a infiltrações, assentamentos, instabilidades de taludes, desmoronamentos, colapsos , etc.

11.Considerações face a riscos geológicos e impactos ambientais

12. Verificação e adaptação dos resultados do projecto às condições geológico-geotécnicas encontradas na obra. Instrumentação e auscultação.

A AZUL A ÁREA ABRANGIDA POR MINERALOGIA E GEOLOGIA

Documents

Factores e Riscos geológicos em Engenhariageomuseu.ist.utl.pt/MINGEO%20LEC2006LET/Aulas%20Te%f3ricas%2… · geologia/geotecnia. ... Solos duros Resistência média a alta Problemas