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Classificação do Maciço Rochoso e sua utilização na estimação de suportes em escavações subterrâneas

Métodos:RMR – Z.T BieniawskiQ – Nick BartonRMi – Arild Palmstrom

Classificação do Maciço Rochoso

Pode ser uma estimativa do comportamento complexo do maciço.Avalia a qualidade de maciço rochoso levando em consideração características que vão muito além do que uma simples análise da resistência a compressão da rocha intacta. Correlaciona características de um local com características e experiências de outros locais.

Classificação do Maciço Rochoso

São sistemas simples, relativamente baratos e práticos.

Fornece o tipo e a quantidade de suporte necessário para estabilizar a escavação subterrânea (empírico).

Sistema -Q

Desenvolvido em 1974 envolve 6 características do maciço:• RQD• Jn- quantidade e a maneira com que as fraturas se

correlacionam.• Jr – rugosidade das fraturas.• Ja- grau de alteração das fraturas.• Jw – considera a pressão de água.• SRF – considera as tensões no local.

Q = (RQD/Jn).(Jr/Ja).(Jw/SRF)RQD/Jn – avalia o tamanho dos blocos.Jr/Ja – avalia a resistência de cisalhamento entre os blocos. Jw/SRF – avalia as tensões.

Sistema Q- TabelasQ = (RQD/Jn). (Jr/Ja). (Jw/SRF) Table 1. Parameter RQD

Table 2. Parameter Jn 2. Joint set number Jn A. Massive, no or few joints 0,5 – 1,0 B. One joint set 2 C. One joint set plus random 3 D. Two joint sets 4 E. Two joint sets plus random 6 F.Three joint sets 9 G. Three joint sets plus random 12 H. Four or more joint sets, random, heavily jointed, “sugar cube’’ etc. 15

J. Crushed rock, earthlike 20 Note: (i) For intersections use (3.0x Jn) Note: (ii) For portals use (2.0xJn)

A.Very poor 0-25 B.Poor 25-50 C.Fair 50-75 D.Good 75-90 E.Excellent 90-100 Note: (i) Where RQD is reported or meansured as = 10, (including 0) a nominal value of 10 is used to evaluate Q in equation (1). (ii) RQD intervals of 5, i.e. 100,95,90, etc. are sufficiently accurate.

Sistema Q - TabelasTable 3. Parameter Jr Q = (RQD/Jn). (Jr/Ja). (Jw/SRF) 3. Joint Roughness Number

(a) Rock Wall contact and (b) Rock Wall contact before 10 cms

shear Jr

A. Discontinuous joints 4 B. Rough or irregular, undulating 3 C. Smooth, undulating 2 D. Slickensided,undulating 1.5 E. Rough or irregular, planar 1.5 F. Smooth, planar 1.0 G. Slickensided, planar 0.5 Note: (i) Descriptions refer to small scale features and intermediate scale features, in that order.

(c) No rock wall contact when sheared H. Zone containig clay minerals thinch enough to prevent rock wall contact 1.0

Continua....

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Sistema Q - Tabelas

... Table 6. Parameter SRF

σc – Resistência a compressão uniaxial. σt – Resistência a tração. σ1 – Maior tensão in-situ

..... (b) Competent rock, rock stress problems σc/σ1 σt/σ1 SRF H. Low sress, near surface >200 >13 2.5 J. Medium stresses 200-10 13-0.66 1.0 K. High stress, very tight structure (usually favourable to sbalility, may be unfavourable for wall stability)

10-5 0.66-0.33

0.5-2

L. Mild Rock Burst (massive rock) 5-2.5 0.33-.16 5-10 M. Heavy rock burst (massive rock) <2.5 <0.16 10-20 Note: (ii) ...

Exemplo 1.Granito, RQD=90Q=10 (Fair/good)

Exemplo 2.Granito, RQD=70Q=9.2 Fair

Exemplo 3.Granito, RQD=0Q=0.009 Exceptionally poor

Sistema RMR

Desenvolvido em 1973 por Bieniawski foi primeiramente desenvolvido para túneis e posteriormente utilizado em fundações de barragens, taludes, entre outros.Envolve 6 parâmetros:

• Resistência da rocha intacta.• RQD• Espaçamento entre as descontinuidades.• Condição da descontinuidades.• Condição das águas.• Orientação das descontinuidades.

Utilizando as tabelas obtemos um somatório de valores.

Sistema - RMR

A nota do maciço rochoso é relacionada com o SPAN através de um gráfico, resultando num tempo de estabilidade, o stand-up time.O conceito stand-up time é uma média de tempo em que um determinado SPAN sem suporte leva para entrar em ruptura.

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Sistema RMR- Tabela

. RMR Parameter Ranges of Values

Strength of intact rock material

Point- Load strength index > 8 MPa 4-8 MPa 2-4 MPa 1 –2 MPa

For this low range Uniaxial

compressive test is preferred

Uniaxial compressive

strength > 200 Mpa 100- 200 MPa 50-100

MPa 25-50 MPa 10-25

MPa

3-10 MPa

1-3 MPa

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Rating 15 12 7 4 2 1 0 Drill core quality

RQD 90%-100% 75%-90% 50%-75% 25%-50% <25% 2 Rating 20 17 13 8 3

Spacing of joints > 3m 1-3 m 0,3-1m 50-300 mm <50mm 3 Rating 30 25 20 10 5

Conditions of joints

Very rough surfaces.

Not continuous. No separation. Hard joint wall

rock.

Slightly rough surfaces.

Separetion < 1mm

Hard joint wall rock.

Slightly rough surfaces.

Separation < 1 mm Soft joint wall rock.

Slickensided surfaces OR Gouge<5mm

thick OR Joints open 1-5

mm. Continuous joints.

Soft gouge> 5mm thick OR

Joints open > 5mm. Continuous joints.

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Rating 25 20 12 6 0 Inflow per 10m tunnel length None .. ...

... Ratio joint water pessure/ major principal stress

0 ... ... ... 5 Ground water

General conditions Completely Dry Moist only Water under

moderate pressure Severe water

problems Rating 10 7 4 0

Sistema RMR – Ajustes e estimativas do tempo de estabilidade, coesão e ângulo de atrito

Rating adjustment for joint orientations

Strike abd dip orientations of joints Very favourable Favourable Fair unfavourable Very

Unfavourable Tunnels 0 -2 -5 -10 -12

Foundatios ... .... ...... ..... ... Ratings Slopes

C. Classes determinadas

Rating 100-81 80-61 60-41 40-21 <20 Class I II III IV V

Description Very good rock Good rock Fair rock Poor rock Very poor rock

D.Significado das classes

Class I II III IV V Average stand –up time

10 years for 5m span

... ... ... 10 minutes for 0.5 span

Cohesion of the rock mass

>300 KPa 200-300 KPa 150-200 KPa .... ...

Friction angle of the rock mass

>45° 40 -45° 35-40° .... ....

RMR e uma comparação com outras

classificações de maciços rochosos Correlação entre RMR e Q

Um total de 111 casos da Escandinávia, África do Sul, Europa, Austrália, E.U.A e Canadá foram analisados resultando na seguinte equação:

• RMR = 9.ln Q + 44

Comparações entre Q e RMR

O RMR enfatiza a orientação das descontinuidades.Considera a resistência da rocha diretamente nos seus parâmetros ao contrário do sistema Q.O Q leva em consideração as tensões da rocha ao contrário do RMR.RMR é claramente mais simples.

Utilização da classificação do maciço rochoso no cálculo de suportes

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Estimativa de suportes utilizando o sistema Q

Um total de 200 casos foram analisados com o intuito de encontrar o tipo e a quantidade de suporte que deve ser utilizado num determinado local. Utiliza os valores de Q, RQD/JN, Jr/Ja, e SPAN/ESR, sendo SPAN a maior dimensão da escavação e ESR função do tipo de escavação (exemplo: mina temporária ESR=3-5 e Túneis em estradas ESR=1.0).

Estimativa de suportes utilizando o sistema Q

Fornece 38 categorias de suportes.Utiliza como suportes o concreto projetado, chumbadores (passivos), tirantes (tensionados), telas soldadas, malha de dupla torção, arcos de concreto simples e armado.

Sistema-QEstimativa de suportes Suportes para Q entre 1-10

Suportes para Maciços rochosos de "Fair" e "Poor" qualidade Para Q entre 10 -1 Categorias

de suportes

Fatores

RQD/Jn Jr/Ja SPAN/ESR Tipo de suporte Notas

>30 - - Chumbadores passivos em locais claramente definidos. I

≥10 e ≤30 - - Chumbadores passivos.1-1.5 m I <10 - ≥6m Chumbadores passivos.1-1.5 m

+2-3cm de concreto projetado I

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<10 - <6m Concreto projetado 2-3 cm I

>5 - ≥10m Tirantes ativos 1-1.5m +tela dupla torção. I,III

>5 - <10m Chumbadores passivos 1-1.5m +tela dupla torção. I

≤5 - ≥10m Tirantes ativos 1-1.5m + 2-3cm de concreto projetado. I,III

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≤5 - <10m Chumbadores passivos 1-1.5m + concreto projetado de 2-3 cm. I

- - ≥20m Tirantes ativos 1-2m + 10-15cm de

concreto projetado com malha eletro solda.

I,II e III 19

- - <20m Tirantes ativos 1-1.5m + 5-10cm de

concreto projetado com malha eletrosoldada.

I,II e III

Continua.....

Aplicação de concreto projetado primário, chumbadores, drenagem e malha dupla torção

Aplicação de concreto projetado primário, chumbadores, e malha dupla torção

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Aplicação de concreto projetado primário, chumbadores, tela soldada e malha dupla torção Sistema- RMi

Desenvolvido 1995 o RMi expressa a resistência a compressão uniaxial do maciço rochoso.

O RMi utiliza o tamanho dos blocos, características das fraturas, e a resistência a compressão uniaxial da rocha intacta.

• Para rochas fraturadas- RMi= σc.JP• Para rochas maciças – RMi = σc.fσ

Cálculo de RMiPara rochas fraturadas- RMi= σc.JPPara rochas maciças – RMi = σc.fσOnde:

• JP= 0,2.(jC)^½.Vb^D• fσ = (0,05/Db)^0,2 • Vb = volume do bloco.• Db = diâmetro do bloco.• D = 0,37.jC^-0,2

RMi no cálculo de suportes Utilizando o RMi e fatores de ajustes como o nível de tensões, orientação das fraturas, inclinação do teto e paredes da escavação é possível estimar o tipo e a quantidade de suportes. Fator de condição geotécnica:

• Gc = RMi.(SL.C)• Sr = Dt/Db.Co/Nj• Onde:• SL,C, Nj e Co são ajustes descritos

anteriormente.• Dt:SPAN da escavação.

RMi INPUT PARAMETERS TO THE RMi

Uniaxial Compressive strength, σc of intact rock Value (in MPa) Block Volume, Vb Value (in m³) Joint Condition Factor, jC jC =jR.jL/jA

Joint Roughness Factor (jR) Large scale waviness of joint plane

Planar Slighty undulating Undulating Strongly

undulating Stepped or interlocking

Very rough 2 3 4 6 1 Rough 1.5 2 3 4.5 2 Smooth 1 1.5 2 3 4

Small scale

smoothness of joint surface

Polished or slickensided 0.5 1 1.5 2 3

For filled joints jR = 1 For irregular joints a rating of jR = 5 is suggested.

RMi

Joint Alteration Factor jA Joint wall character Condition Wall contact

Healed or welded joints Filling of quartz, epidote, etc. 0.75

Fresh joint walls No coating or filling, except stainig(rust) 1

-one grade higher alteration than the rock 2

Clean joints:

Altered joint walls - two grades higher ateration than the rock 4

Friction materials Sand, silt calcite, etc. Without content of clay 3

Contact Between joint walls

Coating or thin filling of: Cohesive

materials Clay, chlorite,talk, etc.. 4

Filling of: Type

Partly wall contact.

Thin filling <5 mm

No wall contact.

Thick filling

Friction materials Sand, silt calcite, etc. 4 8

... ... ... .... ... ...

Partly or no wall contact

Swelling clay materials Filling material.... 8-12 13-20

The Joint Size Factor Type Length Size Continuous

joints Discont.

Joints Bedding or

foliation partings Joints

... ... .... .. ... ...

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Sistema-RMiFatores utilizados o cálculo de suporte

Rock Support Adjustament Factors Stress Level

Approx. overburden

Rating SL

NUmber of joint sets

Rating Nj Number of joint sets Rating

Nj Very low <10 0.1 One set 3 Three sets 1

Low 10-35 0.5 One set + random 2 Three sets + random 0.85

Moderate 35-350 1 Two sets 1.5 Four sets 0.75

High <350 1.5 Two sets + randow 1.2 Four sets + random 0.65

Orientation of joints Inclination of Roof or walls Rating C

In wall In roof Horizontal roof 1 For

strike > 30

For strike <30

For all strikes

Term

Rating Co and Co

30 inclination 1.5

... ... ... ... 1 45 ... .. ... ... ... 1.5 ... ...

Sistema – RMiTabela de suportes

Comparação entre os métodos

Sim-SimDimensão do túnel

Sim-SimTensões na Rocha

-SimSimPresença de água

SimSim-Orientação das fraturas

SimSimSimPreenchimento da fratura

SimSim-Tamanho da fratura

Sim-SimGeometria das fraturas

SimSimSimRugosidade da fratura

SimSim-Resistência da Rocha

Sim--Resistência do maciço

SimSim-Espaço entre as fraturas

SimSimSimNível de fraturamento

RMiRMRQParâmetro

Colocação de chumbadores e tela soldada em talude de solo

Aplicação de concreto projetado Aplicação de concreto projetado

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Vista do ombro do talude e do bombeamento do concreto projetado

Tratamento do talude em fase inicial-colocação de chumbadores

Tratamento do talude em fase de término