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INTRODUÇÃO À MECÂNICA DAS ROCHAS

DEFINIÇÕES PRÉVIAS: - SOLO – Material natural desagregável por imersão em

água - ROCHA - Material natural não desagregável por

imersão em água (Conceito substancialmente diferente do

considerado na Geologia) - Descontinuidades – inter-

rupções do contínuo de uma dada rocha, sem implicações

genéticas: podem ser fracturas resultantes de esforços

tectônicos em compressão, corte (cisalhamento), trac-ção,

faturas de descompressão, juntas de estratificação, planos

de xistosidade ou de clivagem xistenta, que impli-quem

quebra das propriedades mecânicas dos blocos de rocha

adjacentes.- Compartimentação - Divisão do contí-nuo

rochoso de um maciço por descontinuidades. Mecânica das Rochas No caso das perturbações naturais, a Mecânica das Ro-chas é aplicada à deformação das rochas, no contexto da Geologia Estrutural: -Estudo de Falhas, dobras e fracturas, causadas por ten-sões geradas por movimentos orogénicos e outros pro-cessos geológicos (subsidência; diagénese; rifting; des-compressão porexumação). Ou, no contexto da Geologia de Engenharia: -À análise da estabilidade de vertentes para estudos de perigosidade, ou previsão de impactes sobre obras: Res-posta dos maciços aos agentes da geodinâmica externa (chuvas; inundações; posição do nível piezométrico das águas subterrâneas; impactos de ondas; erosão de sopé) e à degradação da resistência dos maciços (fluência; ce-dência progressiva; erosão interna; dissolução; meteori-zação) No caso das perturbações causadas pelo homem, a Mecânica das Rochas é aplicada para prever o compor-tamento dos maciços face às solicitações que lhe vão ser impostas, por: -Escavações a céu aberto - taludes em obras lineares; minas a céu aberto; taludes de barragens e albufeiras (encontros; margens) -Escavações e obras subterrâneas - actividade mineira; túneis rodoviários e ferroviários; cavi-dades subterrâneas para armazenamento (combustíveis; resíduos); órgãos subterrâneos de barragens (galerias de desvio; centrais hidroeléctricas); centrais nucleares; insta-lações militares;

Algarve: Praia de Porto de Mós (1993) Cretácico inferior – Aptiano Margas e calcários de Porto de Mós - Alternância de camadas com grande contraste de resis-

tência – calcários margosos e margas - Relaxação de tensões por exumação - Margas desagregam-se com os ciclos de secagem-mo-

lhagem - Cedência das margas aproveita fracturas pré-existentes

nas camadas de calcário - Erosão marinha de sopé remove detritos e contribui para aumento do declive

Samouqueira, Rogil (Aljezur) Carbónico, Namuriano médio-Vestefaliano inferior For-mação da Brejeira - Alternância de camadas com grande contraste de resis-

tência – grauvaques e xistos argilosos - Relaxação de tensões por exumação - Xistos desagregam-se com os ciclos de secagem-molha-

gem - Cedência dos xistos aproveita fracturas pré-existentes nas camadas de grauvaque -Erosão marinha de sopé remove detritos e contribui

para aumento do declive

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- Fluência lenta dos xistos (relaxação de tensões existen-

tes no interior do maciço por exumação – remoção do confinamento lateral da escarpa pela evo-lução natural da arriba) e basculamento em direcção ao exterior do talude (tombamento ou “toppling”). - Abertura de fendas de tracção junto ao topo da escarpa aproveitando descontinuidades pré-existentes: - Fracturas e juntas de estratificação - Barragem do Funcho (Silves) - Carbónico, Namuriano médio- -Vestefaliano inferior - Formação da Brejeira - Instabilidades (desabamentos) no acesso à barragem. - Notar a inclinação natural das vertentes, que sugere um

perfil transversal de equilíbrio natural.

Vista da vertente instável, com deslizamento planar ao longo das superfícies de estratificação. Esta instabilidade motivou extensas obras de estabilização ao longo da en-costa (pregagens) e a construção de muro de suporte em betão armado com espessura da ordem de 6m, para asse-gura a estabilidade da central de bombagem que abaste-ce de água o Algarve ocidental.

Orientação das escavações subterrâneas em relação a uma falha (plano a vermelho) em arenitos. Central subterrânea e sala dos transformadores do pro-jecto Mingtan (Formosa) (Segundo Hoek, 2000) Problemas: identificação, análise e representação tridi-

mensional de zonas de baixa resistência (camadas, falhas, filões alterados) e da compartimenta-ção do maciço rochoso. Instabilidades controladas pela compartimentação do maciço (Hoek, 2000) - Orientação e espaçamento de descontinuidades (fractu-ras e/ou juntas de estratificação)

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Resultado de uma rotura explosiva (“rockburst”) numa mina em rochas com

comportamento frágil, sujeita a tensões in situ muito ele-vadas (Segundo Hoek, 2000)

Fracturação em discos de uma amostra de sondagem, causada pela relaxação de tensões “in situ” muito eleva-das (Hoek, 2000)

ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS EM ROCHAS BRANDAS

Perfil vertical de um modelo tridimensional de elementos finitos da deformação e rotura do maciço em torno da es-cavação. As setas indicam vectores de deslocamento e a deformada da escavação.

Projecto de Rio Grande, Argentina Escavação dos níveis inferiores da caverna da central, com largura de 25m (Hoek, 2000)

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PROBLEMAS FUNDAMENTAIS EM MECÂNICA DAS ROCHAS - Contraste de comportamento mecânico entre o material rocha e os maciços rochosos: - Papel fundamental das descontinuidades - - Presença de zonas de baixa resistência no maciço - Alteração/degradação rápida de alguns tipos litológicos - Tensões existentes nos maciços e sua relaxação - Domínios de aplicação da Mecânica das Rochas - Análise da estabilidade de vertentes (naturais): deter-minação da perigosidade (hazard) em estudos de risco, incluindo risco sísmico; análise e projecto de medidas de prevenção contra quedas de blocos - Análise da estabilidade de taludes (artificiais): projecto de

escavação e selecção de métodos mais adequados (se-guros

e económicos) de escavação; dimensionamento de suportes

provisórios e/ou definitivos - Fundações em maciços rochosos (pontes, viadutos, edi-fícios de grande altura): caracterização dos maciços e di-mensionamento de medidas contra o escorregamento de blocos - Barragens (de aterro, enrocamento, gravidade e arco), órgãos e estruturas associadas (ensecadeiras, túneis de desvio, condutas forçadas, centrais hidroeléctricas sub-terrâneas) – Problemas de selecção de sítios, fundações, estabilidade e sustentação de escavações, estabilidade das margens da albufeira, impermeabilização do maciço - Túneis (rodoviários e ferroviários): escolha de traçado (localização e orientação), dimensionamento da forma e vãos, métodos de perfuração e sustentação - Cavidades subterrâneas para instalações industriais – se-lecção de sítios, projecto e selecção de métodos de es-cavação, análise de estabilidade e dimensionamento das cavidades e sua sustentação - Cavidades subterrâneas para armazenamento de resí-

duos ( em especial de centrais nucleares) – selecção de

sítios, projecto e selecção de métodos de escavação, aná-

lise de estabilidade e dimensionamento das cavidades,

problemas de dissipação de calor e estabilidade a longo

prazo, circulação de água e permeabilidade do maciço Áreas afins à Mecânica das Rochas - Geologia Estrutural

- Mecânica dos Solos - Geologia de Engenharia - Geofísica - Engenharia Civil - Engenharia de Minas ORIGEM E EVOLUÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS - O estudo da Mecânica das Rochas iniciou-se nos anos 50,

com fundamentos Essencialmente físicos (impulsiona-do

pela construção de grandes aproveitamentos hidroe-

léctricos e pelo desenvolvimento da exploração mineira a

grandes profundidades) - Autonomizou-se como disciplina científica nos anos 60 - Em 1963 foi fundada a Sociedade Internacional de

Mecâ-nica das Rochas (ISRM) - Anos 60: ênfase nos estudos sobre o material rocha - Anos 70: predomínio dos estudos sobre descontinuida-

des e caracterização de maciços rochosos - Anos 80: Análise numérica - Anos 90: propriedades dos materiais, ensaios em escala real, popularização dos meios informáticos, melhoria da aplicação dos princípios aos casos de obra ORIGEM E EVOLUÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS ESTUDOS PRECURSORES 1776 - Coulomb 1884 - Canal do Panamá (1908 - USACE) 1936 - Karl Terzaghi 1920 - 1958 - Josef Stini 1921 - Griffith (teoria de rotura de materiais) 1931 - Bucky (centrífuga para estudo de roturas em mi-nas) DISCIPLINAS ENVOLVIDAS - Mecânica dos meios contínuos - Fotoelasticidade - Geologia estrutural

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