Apostila Mecânica Rochas Classificações Geomecânicas
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.1
5. CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS
5.1 INTRODUO
Um dos aspectos mais importantes ligados aos estudos de terrenos para fins de engenharia civil o
da respectiva classificao, nomeadamente no que se refere definio dos parmetros que melhor
caracterizam uma formao do ponto de vista de Geologia de Engenharia.
Embora a importncia desses parmetros varie de caso para caso, consoante o tipo de estrutura a
projectar, h que basear a classificao, para ser universal, sempre nos mesmos parmetros e
procurar quantificar as designaes respectivas a partir de observaes e ensaios simples expeditos.
Uma primeira classificao dos materiais geolgicos do ponto de vista da Geologia de Engenharia,
bem como da engenharia civil, em solos e em rochas. s formaes constitudas por solos
atribuda a designao genrica de macios terrosos, enquanto as que so essencialmente
constitudas por material rocha se designam por macios rochosos.
No primeiro grupo cabem os terrenos que se desagregam facilmente quando agitados dentro de gua.
Dada a indefinio das condies de agitao da gua, facilmente se depreende que poder haver
uma aprecivel zona de "sombra" onde caiem os chamados "terrenos de transio". A forma de se vir
a obviar essa indefinio o da utilizao de ensaios simples que permitam a quantificao dos
parmetros que caracterizam a agitao da gua e a desagregao do terreno que dela resulta.
Relativamente aos solos existem j critrios de classificao universalmente aceites que sero
devidamente estudados na disciplina de Mecnica dos Solos.
Quanto s rochas (sobretudo aos macios rochosos, j que o comportamento destes e no do
material rocha que interessa na generalidade dos problemas do mbito da Geologia de Engenharia)
no h ainda nenhuma classificao universal, embora existam propostas de vrios autores com
muitos pontos semelhantes. Essa circunstncia levou a que fossem criados respectivamente em 1972
e em 1975 dois grupos de trabalho, o primeiro no mbito da Sociedade Internacional de Mecnica das
Rochas (ISRM) e o segundo da Associao Internacional de Geologia de Engenharia (IAEG), com a
preocupao de estabelecerem sistemas de classificao que pudessem vir a ser aceites
internacionalmente.
Esta diferena entre o grau de desenvolvimento e aceitao das classificaes de solos e de rochas
deve-se, por um lado, a que a classificao de solos , em si, mais simples e, por outro lado,
diferena de idades entre a Mecnica dos Solos e a Mecnica das Rochas.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.2
Do ponto de vista da Geologia de Engenharia, a classificao dos terrenos dever basear-se quer em
critrios geolgicos, quer em parmetros que visem as aplicaes prticas do domnio da engenharia
civil.
5.2 CLASSIFICAES GEOLGICAS
Quando se pretende fazer o estudo de uma dada formao interessada num problema de engenharia
civil corrente inici-lo por uma classificao geolgica. Reconhece-se que esta classificao no
absoluta para fins de engenharia, mas atribui-se-lhe utilidade.
Embora certos autores (cada vez mais raros) menosprezem o seu papel, chegando ao ponto de
propor o seu abandono, o certo que continua a utilizar-se sistematicamente em trabalhos de
Geologia de Engenharia a classificao geolgica dos terrenos, em virtude da sua informao
implcita. Como exemplo do que se afirma poder-se- referir o caso de macios calcrios, ou
constitudos por outras rochas solveis, em que a simples designao alerta para a possibilidade de
ocorrncia de situaes, tais como fenmenos de dissoluo ou outros problemas idnticos, que
podero ser de muita importncia em determinadas obras de construo civil. Conforme conhecido,
aqueles fenmenos podero estar na origem da formao de vazios nos macios, por vezes de
grandes dimenses (cavernas), que esto na origem de fenmenos de subsidncia e de colapsos da
superfcie dos terrenos (Figura 5.1), ou ditar comportamentos hidrulicos tpicos (Figura 5.2)
associados permeabilidade em grande que se processa atravs da rede de descontinuidades.
Figura 5.1 - Corte esquemtico representativo dos fenmenos de subsidncia e de colapso associados a macios de calcrio.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.3
Figura 5.2 - Hidrogeologia dum macio sedimentar:
A - zona de recarga; B zona de cavidades saturadas; C zona de transferncia.
evidente que insuficiente dizer-se que um dado macio grantico, xistoso ou basltico quando se
pretende informar um projectista de uma barragem ou de uma ponte das caractersticas do respectivo
macio de fundao. O estado de alterao do material, o seu estado de fracturao, a presena ou
ausncia de material de enchimento das diaclases e sua qualidade so factores que fazem variar
extraordinariamente as caractersticas do macio.
Para obviar a esta dificuldade, os gelogos ao fazerem a classificao dos terrenos, alm da
designao litolgica das formaes, apresentam em regra a descrio da qualidade do material
constituinte em termos do seu estado de alterao e de fracturao, ou de outras condies locais,
como por exemplo as hidrogeolgicas. Tais descries, embora muito informativas, tm o
inconveniente de serem at certo ponto subjectivas, por se basearem normalmente na opinio do
autor da classificao. Outro autor utilizaria eventualmente outra designao para as mesmas
caractersticas do mesmo material. O granito muito alterado de um pode ser o granito medianamente
alterado de outro; o grs brando de um pode ser o grs duro de outro; a areia fina de um pode ser a
areia mdia de outro.
Daqui a necessidade de acompanhar, tanto quanto possvel, a classificao de um dado material de
grandezas quantitativas que mantenham o seu valor independentemente da pessoa que classifica ou,
pelo menos, da definio da terminologia utilizada.
5.2.1 Classificao tendo em considerao o estado de alterao das rochas e a estrutura
geolgica de macios rochosos
As caractersticas de qualidade de macios rochosos so fundamentalmente consequncia do seu
estado de alterao e de fracturao. A ocorrncia de gua percolando nos macios actua tambm,
com frequncia, na respectiva estabilidade. Importa desde j referir os dois primeiros parmetros
considerados - estado de alterao e grau de fracturao - e fazer consideraes sobre os critrios de
classificao de macios neles baseados.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.4
O estado de alterao vulgarmente indicado custa da sua descrio baseada em mtodos
expeditos de observao. Em solos, por exemplo, de grande utilidade a indicao da facilidade com
que se desmonta o material com determinados tipos de ferramentas. Em rochas costume referir-se
a maior ou menor facilidade com que se parte o material, utilizando um martelo de mo, ou a sua
colorao e brilho como consequncia da alterao de certos minerais como feldspatos e minerais
ferromagnesianos.
O nmero de graus a considerar em relao ao estado de alterao de uma dada formao varia
necessariamente com o tipo de problema e, consequentemente, com a necessidade de pormenorizar
a informao respectiva. Na maioria dos casos parece adequado considerarem-se cinco graus de
alterao dos macios rochosos conforme se esquematiza na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 - Graus de alterao de macios rochosos.
Smbolos Designaes Caractersticas
W1 so sem quaisquer sinais de alterao
W2 pouco alterado sinais de alterao apenas nas imediaes das descontinuidades
W3 medianamente
alterado alterao visvel em todo o macio rochoso mas a rocha no
frivel
W4 muito alterado alterao visvel em todo o macio e a rocha parcialmente frivel
W5 decomposto
(saibro) o macio apresenta-se completamente frivel com
comportamento de solo
Sempre que se realizam sondagens com recuperao contnua de amostra, um indicador muito
utilizado para informar quanto ao estado de alterao das rochas atravessadas, mas tambm
influenciado pelo estado de fracturao destas, o da percentagem de recuperao resultante das
operaes de furao. A percentagem de recuperao obtm-se multiplicando por 100 o quociente
entre a soma dos comprimentos de todos os tarolos obtidos numa manobra e o comprimento do
trecho furado nessa manobra.
Embora se desconhea qualquer tabela de classificao de rochas em face de percentagem de
recuperao, e apesar de se ter em conta que este valor pode ser altamente influenciado pela
qualidade do equipamento de furao, pela competncia do operador e por particularidades litolgicas
ou estruturais das formaes geolgicas, vulgar considerar que um macio rochoso pouco
alterado (logo, em princpio, de boa qualidade) quando se obtm percentagens superiores a 80%,
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.5
muito alterado (logo de m qualidade) para percentagens inferiores a 50% e medianamente alterado
para valores intermdios.
Quanto ao estado de fracturao de um macio h vrios critrios razoavelmente semelhantes entre
si que caracterizam em regra, o espaamento entre diaclases. No geral contm igualmente 5 classes
correspondendo cada uma s designaes de muito prximas, prximas, medianamente afastadas,
afastadas e muito afastadas. Apresenta-se na Tabela 5.2 a classificao elaborada pela respectiva
comisso da ISRM.
Tabela 5.2 - Graus de fracturao de macios rochosos.
Smbolos Intervalo entre fracturas (cm) Designao
F1 > 200 muito afastadas
F2 60 - 200 afastadas
F3 20 - 60 medianamente afastadas
F4 6 - 20 prximas
F5 < 6 muito prximas
A avaliao do grau de fracturao de um macio pode ser igualmente feita atravs da contagem do
nmero de diaclases por metro. evidente que embora exista uma relao entre este ndice e os
valores anteriores, a extrapolao dos resultados s ser aceitvel se o afastamento entre
descontinuidades for idntico.
Relacionado com os estados de alterao e fracturao, Deere (1967) desenvolveu um sistema de
classificao baseado num ndice que designou por RQD (Rock Quality Designation), indicativo da
qualidade de macios rochosos, definido a partir dos testemunhos de sondagens realizadas com
recuperao contnua de amostra.
Este ndice, que tem vindo a ser muito utilizado internacionalmente, definido como a percentagem
determinada pelo quociente entre o somatrio dos troos de amostra com comprimento superior a 10
cm e o comprimento total furado em cada manobra. Em funo dos valores do RQD, so
apresentadas na Tabela 5.3 as designaes propostas por Deere para classificar a qualidade dos
macios rochosos.
Em princpio, a determinao do RQD deve ser feita apenas em sondagens com dimetro superior a
55 mm, cuidadosamente realizadas em que sejam utilizados amostradores de parede dupla ou tripla.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.6
Tabela 5.3 - Classificao dos macios com base no RQD.
RQD Qualidade do Macio Rochoso
0 - 25% muito fraco
25 - 50% fraco
50 - 75% razovel
75 - 90% bom
90 - 100% excelente
Exemplo 1
( ) ( ) 10010% >= L
cmlRQD i
L - Comprimento total furado numa manobra = ilL
L = 200 cm (ex.)
RQD = (38+17+20+35)/200100 = 55%
Quando no haja amostragem obtida por sondagens mas sejam identificveis os traos das
descontinuidades em afloramentos rochosos ou em escavaes, poder-se- estimar o valor do RQD
recorrendo relao proposta por Palmstrm (1982):
RQD = 115 3,3 Jv
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.7
onde Jv representa o ndice volumtrico (somatrio do nmero de descontinuidades por unidade de
comprimento, para o conjunto das famlias).
De notar que o RQD um parmetro dependente da direco de amostragem podendo o seu valor
variar significativamente em funo da orientao das sondagens. O uso do ndice volumtrico, para
estimar o valor do RQD, pode apresentar-se como benfico por reduzir tal dependncia.
Exemplo 2
Jv = 1/S1 + 1/S2 + 1/S3 + juntas dispersas n/5
Exemplo:
S1 = 0,1 m
S2 = 0,5 m
S3 = 2,0 m
Jv = 10 + 2 + 0,5 = 12,5
O parmetro RQD deve representar a qualidade do macio rochoso in situ. Quando se realizam
sondagens em macios com forte anisotropia, nos quais se incluem muitas das formaes xistentas
que ocorrem em Portugal, frequente o desenvolvimento de novas fracturas no material das
amostras, segundo os planos de fraqueza, resultantes da descompresso que se regista em
consequncia da sua retirada do macio. Quando da observao de amostras obtidas por furao,
dever ter-se cuidado de distinguir as fracturas naturais das decorrentes do processo de furao ou
daquelas que foram causadas quer pelo manuseamento do equipamento, devendo estas ltimas ser
ignoradas na determinao do RQD.
Do mesmo modo, quando se recorra observao de superfcies escavadas tendo em vista a
utilizao da relao devida a Palmstrm, as fracturas provocadas pelo uso de explosivos devem ser
ignoradas.
A classificao dos macios rochosos baseada nos valores do RQD, embora til, bastante limitada.
De facto, alm das fracturas, outras descontinuidades que caracterizam a estrutura geolgica das
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.8
formaes, podem, de forma idntica, imprimir um dado comportamento a um macio. Esto neste
caso, por exemplo, as superfcies de estratificao e de xistosidade.
5.2.2 Descrio Geotcnica Bsica (Basic Geotechnical Description - BGD)
Este sistema classificativo constitui um passo interessante no sentido estruturar a informao
essencial tendo em vista as aplicaes aos domnios da engenharia civil. Proposta pela ISRM, a
descrio bsica foi elaborada com as seguintes intenes:
- ser um cdigo de linguagem que permita a descrio de macios rochosos, com referncia,
em particular, ao seu comportamento mecnico, de forma no ambgua, isto , que diferentes
observadores de um dado macio rochoso o classifiquem da mesma forma;
- conter informao tanto quanto possvel quantitativa que possibilite a resoluo de problemas
prticos;
- ser baseada, de preferncia, em medies muito simples em vez de o ser apenas na
observao directa dos macios rochosos ou de tarolos de sondagem neles realizados.
Para ter em ateno estes aspectos, este sistema classificativo considera deverem ser includos os
seguintes parmetros na descrio bsica, alguns dos quais j anteriormente foram referidos:
- a caracterizao geolgica;
- duas caractersticas estruturais dos macios rochosos: espessura de camadas e
espaamento entre fracturas;
- duas caractersticas mecnicas: compresso simples do material rocha e o ngulo de atrito
das descontinuidades.
A aplicao da "descrio bsica" deve fazer-se aps realizado um zonamento prvio do macio a
classificar, isto , depois de identificar as zonas em que, dentro de cada uma, haja certa uniformidade
de propriedades. Este zonamento pode ser feito com base em variaes de litologia, de estado de
alterao, de grau de fracturao, etc..
No que respeita caracterizao geolgica recomendado fazer referncia por um lado
classificao litolgica e petrogrfica, composio mineralgica, textura, cor, etc., por outro lado ao
grau de alterao das rochas (W1 ... W5 ver Tabela 5.1), natureza das descontinuidades e das
estruturas geolgicas (dobras, falhas, atitude das famlias de descontinuidades, etc.) dos macios
rochosos.
Em relao s duas caractersticas estruturais, o espaamento das descontinuidades que constituem
fracturas e a espessura das camadas, a ISRM props que fossem adoptados idnticos valores para
os limites das vrias classes. As designaes das classes dos espaamentos das fracturas (F1 ... F5)
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.9
e as das espessuras das camadas (L1 ... L5) (cujos valores so coincidentes) so, respectivamente
apresentadas nas Tabela 5.2 e Tabela 5.4.
Tabela 5.4 - Espessura das camadas.
Smbolos Espessura da camada (cm) Designao
L1 > 200 muito espessas
L2 60 - 200 espessas
L3 20 - 60 espessura mediana
L4 6 - 20 delgadas
L5 < 6 muito delgadas
Nas Tabela 5.5 e Tabela 5.6 so apresentadas, respectivamente, as classificaes relativas s duas
caractersticas mecnicas: a resistncia compresso simples (S1 ... S5) e o ngulo de atrito das
descontinuidades (A1 ... A5), este definido a partir da tangente envolvente de rotura correspondente
tenso normal de 1 MPa.
Tabela 5.5 - Resistncia compresso simples.
Smbolos Resistncia compresso simples (MPa) Designao
S1 > 200 muito elevada
S2 60 - 200 elevada
S3 20 - 60 mdia
S4 6 - 20 baixa
S5 < 6 muito baixa
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.10
Tabela 5.6 - ngulo de atrito das fracturas.
Smbolos ngulo de atrito Designao
A1 > 45 muito elevado
A2 35 - 45 elevado
A3 25 - 35 mdio
A4 15 - 25 baixo
A5 < 15 muito baixo
Em rochas exibindo comportamento anisotrpico ntido, devem ser registados os valores das
resistncias mdias obtidas nas diferentes direces, e, ainda, a direco para a qual ocorre o valor
mais baixo das resistncias.
Na descrio geotcnica bsica, cada zona em que o macio subdividido pode ser abreviadamente
caracterizada por uma descrio geolgica sinttica, seguida dos smbolos classificativos
correspondentes aos parmetros avaliados, por exemplo, "Granito W2, L1, F3, S2, A3". Sempre que o
macio apresente caractersticas especiais ou as necessidades do projecto o requeiram, devero ser
includas na descrio bsica as informaes complementares julgadas teis.
5.3 CLASSIFICAES PARA FINS DE ENGENHARIA
Os critrios de classificao apresentados, que se designaram genericamente por classificaes
geolgicas, utilizam essencialmente elementos de anlises micropetrogrficas, de anlises qumicas e
os que resultam essencialmente da observao macroscpica de amostras ou afloramentos. As
classificaes de terrenos para fins de engenharia lanam mo de outros critrios, nos quais os
ensaios fsicos de caracterizao ganham relevo.
A classificao dos solos tema que ser devidamente aprofundado na disciplina de Mecnica dos
Solos. Para as rochas no h ainda sistemas de classificao geomecnica aceites pela generalidade
da comunidade tcnica. Contudo, os critrios mais correntes de classificao do "material rocha"
baseiam-se, na sua maioria, nos parmetros mdulo de elasticidade (E), resistncia compresso
simples (sc) e velocidades de propagao das ondas ultrassnicas (Vp e Vs), por serem, por um lado,
valores que facilmente podem ser obtidos atravs de ensaios e, por outro, por caracterizarem de
modo significativo o comportamento mecnico da rocha.
Do mesmo modo que a fissurao em provetes de rocha afecta os valores das velocidade de
propagao das ondas, tambm a fracturao ou as descontinuidades nos terrenos, principalmente se
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.11
estas estiverem abertas, iro afectar as velocidades de propagao que se obtm em ensaios
realizados in situ.
Assim, no que se refere a macios rochosos, como critrios de classificao utilizam-se com
frequncia quer o valor da velocidade de propagao de ondas elsticas, quer o quociente das
velocidades de propagao de ondas elsticas medidas respectivamente no campo (num macio) e
num provete (em laboratrio).
A avaliao da qualidade do macio rochoso feita com base no primeiro destes critrios (velocidades)
no distingue o efeito da fracturao do macio da qualidade da rocha que o constitui, j que podem
obter-se idnticas velocidades em dois macios diferentes em que a pior qualidade da rocha de um
deles compensada pelas perturbaes causadas pela presena de um maior nmero de
descontinuidades no outro.
Com o ltimo daqueles critrios (quociente de velocidades) j possvel avaliar o efeito das
descontinuidades no comportamento do macio rochoso ao serem comparadas as velocidades de
propagao das ondas no macio VP,m - com os valores da velocidade de propagao de idntico
tipo de ondas determinado laboratorialmente em provetes de rocha VP,l do mesmo macio e
submetidos, para simulao das condies de campo, a uma tenso de compresso correspondente
ao peso dos terrenos de cobertura in situ. Em princpio, se no macio no existissem
descontinuidades e se o meio fosse isotrpico, o valor do quociente seria igual unidade. O desvio
desse valor deve-se, em regra, presena dessas descontinuidades e ao atraso que elas introduzem
na propagao das ondas longitudinais.
Na Tabela 5.7 apresenta-se uma classificao da qualidade dos macios rochosos baseada nos
valores do quociente VP,m/VP,l , ou da relao entre os mdulos de elasticidade dinmicos obtidos in
situ (Ed,m) e em laboratrio (Ed,l), e apresenta-se a correlao destes quocientes com os valores do
RQD e com a frequncia das fracturas do macio.
Tabela 5.7
Qualidade do Macio Rochoso VP,m /VP,l Ed,m / Ed,l
Frequncia das fracturas RQD
muito fraca < 0,4 < 0,2 > 15 0 - 25%
fraca 0,4 0,6 0,2 0,4 15 8 25 - 50%
razovel 0,6 0,8 0,4 0,6 8 5 50 - 75%
boa 0,8 0,9 0,6 0,8 5 1 75 - 90%
excelente 0,9 1,0 0,8 1,0 < 1 90 - 100%
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.12
Uma informao quanto qualidade do macio rochoso, baseada nos resultados da prospeco
ssmica, pode tambm ser dada pelo amortecimento do sinal quando da realizao da prospeco
ssmica in situ. Se h um amortecimento rpido da onda o macio rochoso , em geral, de boa
qualidade, mas no caso de a amplitude se mantiver por algum tempo a rocha em regra de m
qualidade. Note-se, no entanto, que os critrios acima referidos, baseados na velocidade de
propagao das ondas, perdem o sentido quando se est em presena de macios fortemente
anisotrpicos j que os valores medidos variam apreciavelmente de acordo com a direco da
solicitao do ensaio.
Os deslocamentos de macios rochosos submetidos a ciclos de carga e descarga so anlogos aos
respeitantes compresso simples em rochas (ver Propriedades ndice e classificao das rochas),
apesar de os estados de tenso serem em regra triaxiais e no uniformes.
Determinado tipo de materiais, tal como grande parte das rochas xistosas, exibem um comportamento
francamente anisotrpico que necessrio ter em considerao quando se pretendem analisar as
suas caractersticas.
Vrios autores tm procurado estabelecer sistemas de classificao de macios rochosos com vista a
uma caracterizao da estabilidade desses macios quando interessados por obras de engenharia,
nomeadamente obras subterrneas.
Reconhece-se, assim, de interesse apresentar alguns desses sistemas de classificao e
simultaneamente ilustrar algumas das aplicaes prticas. Como se ir verificar, estes sistemas de
classificao baseiam-se, por vezes, em parmetros e classificaes referidos nos itens precedentes.
5.4 CLASSIFICAES GEOMECNICAS
As classificaes geomecnicas so utilizadas para caracterizar os macios rochosos atravs de um
conjunto de propriedades identificadas por observao directa e ensaios realizados in situ ou em
amostras recolhidas em sondagens. O interesse destas classificaes consiste tambm em
sistematizar o conjunto de elementos geotcnicos que interessa caracterizar num determinado macio
rochoso.
Entre as vrias classificaes geomecnicas referem-se as de Bieniawski (Sistema RMR) e Barton
(Sistema Q).
5.4.1 Classificao de Bieniawski (Sistema RMR)
Bieniawski publicou esta classificao em 1976, tendo por base uma vasta experincia colhida em
obras subterrneas. A classificao de Bieniawski ou Sistema RMR (Rock Mass Rating) ,
actualmente, muito divulgada e tem sido sucessivamente refinada medida que so includos os
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.13
resultados de anlises de um maior nmero de casos prticos. Neste texto ser apresentada a verso
de 1989.
A classificao geomecnica baseada no princpio da atribuio de pesos aos seis parmetros que
Bieniawski considerou contriburem mais significativamente para o comportamento dos macios
rochosos, tendo em ateno especial o caso das obras subterrneas. O somatrio dos pesos
atribudos a cada um destes parmetros constitui um ndice, usualmente designado por RMR, ao qual
corresponde uma das cinco classes de qualidade de macios, consideradas pelo autor. Os
parmetros utilizados so os seguintes:
1. Resistncia compresso uniaxial da rocha intacta;
2. RQD (Rock Quality Designation);
3. Espaamento das descontinuidades;
4. Condio das descontinuidades;
5. Influncia da gua;
6. Orientao das descontinuidades.
A aplicao da classificao a um macio rochoso implica a diviso deste em vrias regies
estruturais (zonas) a serem classificadas separadamente. As fronteiras destas regies coincidem
usualmente com as estruturas geolgicas principais, tais como falhas ou mudanas do tipo de rocha.
Nalguns casos, dentro do mesmo tipo de rocha, as mudanas significativas no espaamento das
descontinuidades, ou das caractersticas destas, podem obrigar subdiviso do macio rochoso num
maior nmero de regies estruturais de menor dimenso.
A Tabela 5.8 permite determinar os pesos relativos a cinco das caractersticas (1. a 5.). O peso
relativo condio descontinuidades (4.) pode ser determinado atravs da Tabela 5.9 se houver uma
descrio mais detalhada das juntas. Neste caso, o valor do peso determinado atravs da soma dos
cinco parmetros caractersticos destas referidos nessa tabela. No caso de no haver valores
disponveis para utilizar esta tabela dever ser escolhida a descrio da Tabela 5.9 mais prxima da
realidade.
A orientao das descontinuidades em relao orientao da escavao traduz-se num peso (6.)
que constitui um factor corrector do somatrio e determinado atravs da Tabela 5.10. A direco
das descontinuidades aqui referida corresponde do strike (recta horizontal) do plano destas.
Tratando-se por exemplo da escavao de um tnel, a abertura no sentido da inclinao da
descontinuidade corresponder indicada na Figura 5.3.a e a abertura contra a inclinao Figura
5.3.b.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.14
a) b)
Figura 5.3 - Orientao de um tnel em relao aos planos de descontinuidades.
A Tabela 5.11 classifica o macio rochoso em cinco classes de acordo com o valor do ndice RMR,
dando ainda indicaes do tempo mdio de auto-sustentao para vos no revestidos em tneis
(perodos de tempo durante os quais dever ser colocado o suporte sob pena de ocorrer o colapso
previsvel da abertura). So tambm dadas estimativas relativas s caractersticas resistentes do
macio rochoso, nomeadamente, a coeso e o ngulo de atrito.
Finalmente refira-se que o ndice RMR tem sido correlacionado com o valor do mdulo de
deformabilidade do macio rochoso. De entre as vrias relaes sugeridas merece especial destaque
a expresso proposta em 1983, baseada na anlise de um nmero razovel de casos observados
(Figura 5.4).
Bieniawski (1978) )50(1002 >-= RMRRMREm
Serafim e Pereira (1983) 4010
10-
=RMR
mE
(Nota: Valores de Em em GPa)
-
GE
OLO
GIA
DE
EN
GE
NH
AR
IA
CLA
SS
IFIC
A
O
DE
MA
CI
OS
RO
CH
OS
OS
5.15
Tabela 5.8 - C
lassificao geomecnica de B
ieniawski (1989) - "R
ock Mass R
ating - RM
R".
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.16
Tabela 5.9 - Classificao da condio das descontinuidades - RMR (1989).
Comprimento da descontinuidade
(persistncia)< 1 m 1 - 3 m 3 - 10 m 10 - 20 m > 20 m
Peso 6 4 2 1 0
Separao (abertura)
Nenhuma < 0,1 mm 0,1 - 1,0 mm 1 - 5 mm > 5 mm
Peso 6 5 4 1 0
Rugosidade Muito rugoso RugosoLigeiramente
rugosoQuase liso Liso
Peso 6 5 3 1 0
Enchimento NenhumDuro com espessura
< 5 mm
Duro com espessura
> 5 mm
Mole com espessura
< 5 mm
Mole com espessura
> 5 mm
Peso 6 4 2 2 0
Grau de alterao No alteradasLigeiramente
alteradasModeradamente
alteradasMuito alteradas
Em decomposio
Peso 6 5 3 1 0
Tabela 5.10 - Efeito da orientao das descontinuidades - RMR (1989).
Inclinao 45-90
Inclinao 20-45
Inclinao 45-90
Inclinao 20-45
Muito favorvel
Favorvel Razovel DesfavorvelMuito
desfavorvelRazovel Razovel
Muito favorvel
Favorvel Razovel DesfavorvelMuito
desfavorvelTneis e
minas0 -2 -5 -10 -12
Fundaes 0 -2 -7 -15 -25
Taludes 0 -5 -25 -50 -60
Inclinao 0-20
Abertura do tnel no sentido da inclinao
Abertura do tnel no sentido inverso da
inclinao Inclinao 45-90
Inclinao 20-45
Orientao das descontinuidades
Pesos
Direco perpendicular ao eixo do tnelDireco paralela ao eixo
do tnel
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.17
Tabela 5.11 - Classes de macios - RMR (1989).
Peso global 100-81 80-61 60-41 40-21 < 21
Classe I II III IV V
DescrioMacio rochoso
muito bomMacio rochoso
bomMacio rochoso
razovelMacio rochoso
fracoMacio rochoso
muito fraco
Tempo mdio para aguentar sem
suporte
20 anos para 15 m de vo
1 ano para 10 m de vo
1 semana para 5 m de vo
10 horas para 2,5 m de vo
30 minutos para 1 m de vo
Coeso da massa rochosa (kPa)
> 400 300-400 200-300 100-200 45 35-45 25-35 15-25
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.18
5.4.2 Classificao de Barton (Sistema Q)
Com fundamento na observao dum grande nmero de escavaes subterrneas, Barton, Lien e
Lund, do Norwegian Geotechnical Institute, propuseram, em 1974, uma classificao que assenta na
definio de um ndice de qualidade Q baseado na anlise de 6 factores considerados relevantes para
a caracterizao do comportamento dos macios rochosos.
O valor numrico do ndice Q apresenta um largo campo de variao, entre 10-3 e 103, e
determinado pela expresso seguinte:
SRFJ
JJ
JRQD
Q wa
r
n
=
Os parmetros da expresso de Barton tm o significado indicado nas Tabela 5.12 a Tabela 5.17.
de salientar que os trs quocientes que compem a expresso correspondem a trs aspectos
relativos ao macio rochoso:
1. RQD / Jn caracteriza a estrutura do macio rochoso e constitui uma medida do bloco unitrio
deste; o seu valor, varivel entre 200 e 0,5, d uma ideia genrica da dimenso dos blocos;
2. Jr / Ja caracteriza as descontinuidades e/ou o seu enchimento sob o aspecto da rugosidade
e do grau de alterao; este quociente crescente com o incremento da rugosidade e
diminui com o grau de alterao das paredes em contacto directo, situaes a que
correspondem aumentos da resistncia ao corte; o quociente diminui, tal como a resistncia
ao corte, quando as descontinuidades tm preenchimentos argilosos ou quando se
encontram abertas;
3. Jw / SRF representa o estado de tenso no macio rochoso; o factor SRF caracteriza o
estado de tenso no macio rochoso, em profundidade, ou as tenses de expansibilidade
em formaes incompetentes de comportamento plstico, sendo a sua avaliao feita quer a
partir de evidncias de libertao de tenses (exploses de rocha, etc.), quer a partir da
ocorrncia de zonas de escorregamento ou de alterao localizada; o factor Jw representa a
medida da presso da gua, que tem um efeito adverso na resistncia ao escorregamento
das descontinuidades.
Refira-se que o sistema Q considera os parmetros Jn, Jr e Ja como tendo uma importncia relativa
superior ao papel desempenhado pela orientao das descontinuidades. Contudo, o parmetro
orientao no totalmente ignorado, pois est implcita a sua contribuio nos factores Jr e Ja, dado
que na ponderao destes devero ser consideradas as descontinuidades mais desvaforveis.
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.19
Baseado no sistema de classificao Q so propostas recomendaes quanto ao tipo de suporte
necessrio estabilidade de macios rochosos interessados na construo de tneis. Na Figura 5.5
apresenta-se um grfico proposto por Grimstad e Barton (1993) que permite estimar o tipo de suporte
em funo do valor designado por Dimenso Equivalente, De, da escavao. Esta grandeza obtida
dividindo o vo, dimetro ou altura da escavao por um ndice, ESR (Excavation Support Ratio), que
constitui um factor de segurana definido em funo do tipo de obra (Tabela 5.18).
O mdulo de deformabilidade (em GPa) do macio rochoso pode tambm ser estimado atravs da
expresso de Barton (1992):
QEm log25=
Conforme se pode observar na Figura 5.4, esta expresso quando comparada com a proposta por
Serafim e Pereira, correlacionando o mdulo de deformabilidade com o valor do RMR, evidencia uma
menor aproximao aos valores determinados a partir dos deslocamentos medidos em casos
concretos de obras.
Existem expresses que correlacionam os ndices RMR e Q. No grfico da Figura 5.6 est
representado um vasto conjunto de situaes objecto de estudo, sendo a expresso RMR = 9 ln Q +
44 a que melhor correlaciona aqueles ndices.
Tabela 5.12 - RQD - Designao da qualidade da rocha (Q.1).
Valor
R.Q.D.
A. Muito mau 0-25 1. Quando o RQD for < 10 (incluindo 0) considera-se um valor nominal de 10 no clculo de Q
B. Mau 25-502. Intervalos de 5 no RQD tm preciso suficiente (100,
95, 90, )
C. Mdio 50-75
D. Bom 75-90
E. Muito bom 90-100
NotasDescrio do Parmetro
"Rock Quality Designation"
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.20
Tabela 5.13 - J n - ndice das famlias de juntas (Q.2).
Valor
J n
A.Nenhuma ou poucas descontinuidades
presentes0,5 - 1,0
B. Uma famlia de descontinuidades 2
C.Uma famlia mais descontinuidades
esparsas3
D. Duas famlias de descontinuidades 4
E.Duas famlias mais descontinuidades
esparsas6
F. Trs famlias de descontinuidades 9
G.Trs famlias mais descontinuidades
esparsas12
H.Quatro ou mais famlias, descontinuidades
esparsas, macios muito fracturados15
I. Rocha esmagada, tipo terroso 20
2. Nas embocaduras utilizar 2 x J n
"Joint set number"
Descrio do Parmetro Notas
1. Nas interseces utilizar 3 x J n
Tabela 5.14 - J r - ndice de rugosidade das juntas (Q.3).
Valor
J r
A. Juntas descontnuas 42. Adicionar 1,0 se o espaamento mdio da famlia de
descontinuidades mais relevante for maior que 3 m
B. Descontinuidades rugosas, irregulares, onduladas 3
C. Descontinuidades suaves e onduladas 2
D. Descontinuidades polidas e onduladas 1,5
E. Descontinuidades rugosas ou irregulares, planas 1,5
F. Descontinuidades lisas, planas 1,0
G. Descontinuidades polidas, planas 0,5
H. Zona contendo minerais argilosos e suficientemente espessa de modo a impedir o contacto entre as paredes
1,0
I. Zonas esmagadas contendo areias de modo a impedir o contacto entre as paredes
1,0
c) No h contacto entre as paredes de rocha no escorregamento
J r igual a 0,5 pode ser usado para descontinuidades polidas e planas contendo lineaes, se essas lineaes estiverem orientadas na direco de menor resistncia
"Joint roughness number"
Descrio do Parmetro Notas
a) Contacto entre as paredes de rocha das descontinuidades
b) Contacto entre as paredes de rocha antes de 10 cm de escorregamento
As descries das alneas a) e b) referem-se a escalas de amostragem de pequena e mdia dimenso, respectivamente
1.
3.
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.21
Tabela 5.15 - J a - Grau de alterao das descontinuidades (Q.4).
J af r () aprox.
A. Paredes duras, compactas, preenchimentos impermeveis (quartzo ou epibolito) 0,75 -
B. Paredes no alteradas, somente com leve descolorao 1,0 25-35
C. Paredes ligeiramente alteradas, com partculas arenosas e rochas desintegradas no brandas 2,0 25-30
D. Paredes com partculas siltosas ou areno-argilosas 3,0 20-25
E.Paredes com partculas de materiais moles ou de baixo ngulo de atrito, tais como caulinite, mica, gesso, talco,
clorite, grafite, etc., e pequenas quantidades de argilas expansivas4,0 8-16
F. Paredes com partculas de areia e rochas desintegradas, etc 4,0 25-30
G. Descontinuidades com preenchimento argiloso sobreconsolidado (contnuo, mas com espessura < 5 mm) 6,0 16-24
H. Descontinuidades com preenchimento argiloso subconsolidado (contnuo, mas com espessura < 5 mm) 8,0 12-16
I.Descontinuidades com enchimento argiloso expansivo, como por exemplo montmorilonite (contnuo, mas com espessura < 5 mm); o valor de Ja depende da percentagem de partculas de argila expansiva e do acesso da
gua, etc8-12 6-12
J.Zonas ou bandas com rochas desintegradas ou esmagadas com argila (ver G, H e I para condies do material
argiloso)6,8 ou 8-12
6-24
K. Zonas ou bandas siltosas ou areno-argilosas, com pequena fraco de argila 5,0 -
L. Zonas contnuas de argila (ver G, H e I para condies do material argiloso)10,13, 13-20
6-24
"Joint alteration number"
Descrio do Parmetro
c) No h contacto entre as paredes de rocha das descontinuidades
b) Contacto entre as paredes de rocha das descontinuidades antes de 10 cm de escorregamento
Valor
a) Contacto entre as paredes de rocha das descontinuidades
Nota: Os valores do ngulo de atrito residual (f r ) devem considerar-se como um guia aproximado das propriedades mineralgicas dos produtos de alterao
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.22
Tabela 5.16 - J w - ndice das condies hidrogeolgicas (Q.5).
J wPresso da gua
aprox. (MPa)
A.Escavaes secas ou caudal afludo pequeno, isto < 5 l/min localmente 1,0 < 0,1
B.Caudal mdio ou presso que
ocasionalmente arraste o preenchimento das descontinuidades
0,66 0,1-0,25
C.Caudal ou presso elevada em rochas
competentes sem preenchimento 0,5 0,25-1
D.Caudal ou presso elevada, com
considervel arrastamento do preenchimento das descontinuidades
0,3 0,25-1
E.Caudal excepcionalmente elevado ou
presso explosiva, decaindo com o tempo 0,2-0,1 > 1
F.Caudal excepcionalmente elevado ou presso contnua, sem decaimento 0,1-0,05 > 1
Os problemas especiais relacionados com a formao de gelo no so considerados
2.
"Joint water reduction"
Descrio do Parmetro Valor Notas
Os factores nos casos C a F so estimados para condies naturais; o parmetro Jw dever ser aumentados caso sejam efectuadas drenagens
1.
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.23
Tabela 5.17 - SRF - Factor de reduo de tenses (Q.6).
Valor
SRF
1.
A.Zonas de fraqueza frequentes, contendo argila ou rocha decomposta quimicamente; macio
rochoso envolvente muito descomprimido (todas as profundidades)10,0
B.Zonas de fraqueza individuais, contendo argila ou rocha decomposta quimicamente
(profundidades da escavao 50 m)2,5
2.
D.Numerosas zonas de corte em rocha competente, sem argila; rocha envolvente descomprimida
(todas as profundidades)7,5
E.Zonas individuais de corte em rocha competente, sem argila (profundidades da escavao 50 m) 2,5
G. Juntas abertas, rocha muito fracturada e descomprimida (todas as profundidades) 5,0
s c / s 1 s t / s 1
H. Tenses baixas, prximo da superfcie 2,5 > 200 > 13
I. Tenses mdias 1,0 200-10 13-0,66
J.Tenses altas, estrutura rochosa muito fechada (usualmente favorvel para a estabilidade; pode
ser desfavorvel para a estabilidade das paredes)0,5-2,0 10-5 0,66-0,33
K. Exploses moderadas de rochas (rocha macia) 5-10 5-2,5 0,33-0,16
L. Exploses intensas de rochas (rocha macia) 10-20 < 2,5 < 0,16
M. Presso moderada da rocha esmagada 5-10
N. Presso elevada da rocha esmagada 10-20
O. Presso de expanso moderada 5-10
P. Presso de expanso elevada 10-15
Reduzir o ndice SRF de 25 a 50% se as zonas de corte influenciarem a escavao sem a atravessarem
No caso de macios rochosos contendo argila, conveniente obter o ndice SRF para as cargas de descompresso. A resistncia da matriz rochosa ento pouco significativa. Em macios muito pouco fracturados e sem argila,
Notas
c) Rocha esmagada: plastificao de rochas incompetentes sob a influncia de altas presses de rocha
d) Rochas expansivas: actividade qumica expansiva devida presena da gua
b) Rocha competente, problemas de tenses na rocha
"Stress Reduction Factor"
Descrio do Parmetro
a) Zonas de fraqueza intersectando as escavaes, o que pode causar a descompresso do macio rochoso durante a abertura destas
-
GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.24
Tabela 5.18 - ndice de segurana ESR para diferentes obras subterrneas (Q).
Classe Tipo de escavao ESR
A. Cavidades mineiras temporrias 3-5
Poos verticais de seco circular 2,5
Poos verticais de seco quadrada ou rectangular 2,0
C.
Cavidades mineiras definitivas, tneis de aproveitamentos hidrulicos (excepto tneis sob presso), tneis piloto, tneis de desvio, escavaes superiores de grandes
cavidades
1,6
D.Cavernas de armazenagem, estaes de tratamento de guas, pequenos tneis rodo-ferrovirios, chamins de
equilbrio, tneis de acesso1,3
E.Centrais subterrneas, tneis rodo-ferrovirios de grande
dimenso, abrigos de defesa, bocas de entrada, interseces
1,0
F.Centrais nucleares subterrneas, estaes de caminhos
de ferro, fbricas0,8
B.
Figura 5.5 - Classes de suporte definidas para o sistema Q (Grimstad e Barton, 1993).
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GEOLOGIA DE ENGENHARIA
CLASSIFICAO DE MACIOS ROCHOSOS 5.25
Figura 5.6 - Correlaes entre os ndices RMR e Q.
Bibliografia
Ingeniera geolgica / Luis I. Gonzlez de Vallejo... [et al.]. - Madrid [etc.] : Prentice Hall, 2002.
Practical Rock Engineering / Evert Hoek, 2000 Edition, http://www.rocscience.com