Caracterização Geotécnica do Basalto da Formação Serra Geral para Utilização na Construção Civil Freitas Neto, O. Departamento de Geotecnia, Escola de Engenharia de São Carlos, São Paulo. Simões de Oliveira, A. G., Beggiato L. D., Jesus, A. C. e Jamal, F. G. Departamento de Geotecnia, Escola de Engenharia de São Carlos, São Paulo. RESUMO: Caracterizar o comportamento do maciço rochoso é de grande importância para engenharia geotécnica, sobretudo quando a atividade desenvolvida pelo engenheiro está ligada a obras subterrâneas, como a construção de túneis, ou quando maciço rochoso serve como material para construção civil. E justamente nesse último tópico de atividade que se insere este trabalho. A partir de ensaios convencionais em amostras de Basalto da Formação Serra Geral foram realizadas análises a fim de verificar a adequação dessa rocha como material de construção. Todos os resultados obtidos atingiram o mínimo estipulado pela bibliografia consultada. De acordo com os esses resultados pode-se afirmar que a rocha nas condições em que foi ensaiada pode ser utilizada como agregado para concreto, em pavimentos, em lastro ferroviário, obras de enrocamento e rip-rap. PALAVRAS-CHAVE: Caracterização Geotécnica, Formacão Serra Geral, Basalto, Construção Civil. 1 INTRODUÇÃO A rocha se apresenta como um dos materiais fundamentais de construção. Esta pode ser utilizada como meio físico ao abrigar no seu interior construções (túneis e reservatórios subterrâneos), além de poder ser utilizada como suporte de obras a serem implantadas (fundações) e como material de construção (rocha britada).

A disponibilidade de materiais de construção adequados e em quantidade suficiente constitui um problema típico e importante para o êxito de obras civis, tais como, rodovias, ferrovias, barragens, usinas hidrelétricas, etc.

Portanto, o conhecimento do comportamento mecânico do material rochoso em função das propriedades físicas e químicas é de extrema importância para avaliar suas potencialidades frente às solicitações aplicadas. Em vista da dificuldade de se fazer uma análise de todo o material a ser trabalhado, lança-se mão da realização de ensaios que buscam parâmetros que sejam representativos do maciço rochoso como um todo e que posteriormente possam ser empregados na elaboração e avaliação do empreendimento.

2 DESCRIÇÃO GERAL DA ÁREA DE ESTUDO A abertura do Atlântico Sul foi precedida por volumoso magmatismo nas regiões sul e sudeste do Brasil. Esta constitui uma das maiores províncias de basaltos continentais do mundo.

A Formação Serra Geral (J) é constituída de rochas efusivas básicas. Os derrames são formados por um conjunto de rochas basálticas toleíticas, afaníticas dispostas em camadas sub-horizontais. Também podem ocorrer intrusões, associadas à mesma atividade vulcânica, principalmente na forma de diques verticais de composição diabásica, cortando os próprios derrames. Entre os derrames podem ser encontrados arenitos eólicos (arenitos intertrapeanos).

Os basaltos são rochas predominantemente duras e compactas, com textura de granulação muito fina, enquanto que os diabásios, muito semelhantes, são diferenciados principalmente pela granulação maior. Ambos possuem coloração que varia de cinza escura a preta. A Formação Serra Geral pertencem ao Grupo São Bento que é de idade cretácea da bacia do Paraná.

As amostras ensaiadas foram provenientes de uma pedreira situada nas adjacências da cidade de São Carlos-SP. 3 OBJETIVOS Este trabalho tem como objetivo a realização dos ensaios que buscam conhecer características de um basalto, oriundo da Formação Serra Geral. Dentre estas características serão analisadas a resistência a esforços compressivos, a suscetibilidade ao desgaste e abrasão, a forma resultante do material após britagem da rocha, a resistência ao esmagamento, a determinação da quantidade de vazios e resistência ao impacto. De posse dos resultados de cada um dos ensaios utilizados na obtenção das características da rocha, espera-se indicar sua aplicabilidade de forma adequada em diversas obras civis. 4 METODOLOGIA O desenvolvimento deste trabalho foi contemplado com as seguintes etapas:

• Revisão bibliográfica; • Definição da área de estudo; • Coleta de amostras e preparo dos corpos de prova para a realização dos ensaios; e • Realização dos ensaios:

- Abrasão Los Angeles (DNER-ME035/98);

- Determinação da Forma dos Agregados ( NBR 7809/83);

- Impacto Treton (NBR-8938/85); - Resistência ao Esmagamento (DNER-

ME197/97); - Resistência a Compressão Simples

(ASTM D-2938/95); - Resistência a Carga Pontual (ISRM-

Vol.2 / 1985); - Absorção de Água (ABNT 6458 -

MB-29).

5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Na Tabela 1 são apresentados os resultados esperados encontrados por Verhoef e Van de Wall (1998) e os valores médios obtidos nos ensaios realizados no desenvolvimento deste trabalho. Tabela 1. Resultados esperados e obtidos dos ensaios.

Resultados Ensaios Esperados Obtidos Abrasão Los Angeles (%) < 50,00 21,40 Forma dos Agregados Cúbica Cúbica Impacto Treton (%) < 20,00 12,62 Esmagamento (%) < 20,00 16,00 Compressão Simples (MPa) > 200,00 198,83 Compressão Pontual (MPa) > 200,00 288,95

ρseca (g/cm3) > 2,00 2,91 ρsat (g/cm3) > 2,00 2,92 S (%) < 1,00 0,23

Absorção

η (%) < 2,00 0,68 Nota: ρseca = Massa específica aparente seca; ρsat= Massa específica aparente saturada; S= Absorção de Água; η= Porosidade aparente

O índice de Abrasão Los Angeles indica

resistência ao desgaste dos minerais quando submetidos a esforços. Quanto menor os valores de abrasão, maior a resistência dos minerais constituintes das rochas.

No resultado obtido no ensaio de Abrasão Los Angeles (Tabela 1) observou-se que com 21,40% a rocha estudada está adequada à norma do DNER (ME035/98), que estabelece valores menores que 50% como ideais. Ainda de acordo com a bibliografia consultada, o resultado considerado ótimo para a rocha basalto está em torno de 17%, portanto bastante próximo do obtido nos ensaios realizados. Na Figura 01 pode ser observado o equipamento utilizado na execução do ensaio de Abrasão Los Angeles.

A caracterização do agregado quanto a sua forma é uma importante característica a ser conhecida. Isto porque quando os fragmentos de rocha são obtidos a partir de processos mecânicos o material resultante apresenta formas e tamanhos variados, em função das condições de britagem assim como da estrutura da rocha trabalhada.

Figura 1. Equipamento para ensaio de Abrasão Los Angeles.

A partir dos resultados obtidos para as

relações entre as dimensões das amostras (b/a = 0,61 e c/b = 0,68) lançados na Figura 2, podemos observar que o agregado apresenta forma cúbica. Nota-se que o valor médio obtido está aproximadamente eqüidistante dos extremos das outras três classificações, portanto a amostra pode ser classificada como cúbica com mínima tendência as três outras formas.

Figura 2. Determinação da forma do agregado (a>b>c).

Os resultados obtidos neste ensaio estão dentro do esperado, pois os fragmentos analisados são de basalto compacto, uma rocha maciça, que quando fragmentada apresentam forma aproximadamente cúbica.

O ensaio de Impacto Treton visa quantificar a resistência à tenacidade, ao submeter fragmentos rochosos a cargas concentradas, impactos ou choques mecânicos através da queda livre de um cilindro. (Figura 3). A partir daí obtém-se o resultado com a porcentagem de material desagregado.

O valor médio obtido neste ensaio foi de 12,62% que está na faixa mínima estipulada pela bibliografia para este tipo de rocha, que é de 20%.

Dentre as utilidades às quais as rochas basálticas podem ser destinadas, destaca-se o uso em lastros ferroviários. Neste tipo de utilização, as mesmas, estando em forma de

agregados e sem a presença de material ligante, são solicitadas a esforços compressivos, sendo, portanto fundamental o conhecimento da sua Resistência ao Esmagamento. A média dos resultados obtidos na amostra de basalto utilizado no ensaio de esmagamento foi de 16%, valor bastante próximo do considerado ótimo (13%) para esta rocha.

Figura 3. Amostra antes e após o ensaio.

Na maioria das vezes a principal solicitação

que a rocha sofre quando aproveitada como material de construção é o esforço de compressão, logo determinar o valor da resistência dessa rocha é tão importante quanto determinar sua gênese litológica.

O ensaio de compressão realizado em laboratório fornece uma estimativa de carga que a rocha suporta. Com equipamento de grande porte, um corpo de prova é solicitado axialmente até que se atinja a ruptura. A tensão de ruptura é denominada de resistência à compressão simples e sua estimativa é de grande importância principalmente quando se deseja estimar o comportamento do maciço rochoso a certos níveis de tensão.

Os resultados obtidos nos ensaio de compressão simples estão apresentados na Figura 4.

Figura 4. Gráficos de Tensão x Deformação para os três corpos de prova ensaiados.

0

50

100

150

200

250

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Deformação

Tens

ão d

e C

ompr

essã

o(M

pa)

0,61; 0,68

0,00,10,20,30,40,50,60,70,80,91,0

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

Relação (b/a)

Rel

ação

(c/b

)

(b/a x c/b)

Alongada

Alongada - Lamelar

Cúbica

Lamelar

Nestes gráficos observa-se considerável discrepância nos valores das tensões de ruptura das três amostras. Percentualmente a diferença máxima entre as tensões de ruptura equivale a aproximadamente 37%. Essa diferença pode ser creditada ao grau de alteração dos corpos de prova ensaiados (Figura 5).

Figura 5. Corpos de prova pós-ensaio, com evidências do alto grau de alteração da rocha.

O ensaio de carga pontual é um ensaio

simples, de fácil execução, que pode ser levado facilmente para o campo e tem como objetivo determinar a resistência à compressão pontual em amostras de rocha que não necessariamente precisam ter superfícies regulares. De acordo com ISRM (1985), os resultados deste ensaio permitem estimar a resistência à compressão simples (σc) da rocha.

Os resultados obtidos com a realização deste ensaio apontaram para uma resistência a compressão simples de 288,95 MPa. Este valor é aproximadamente 45% superior à média dos três ensaios de compressão simples realizados, contradizendo o que preconiza a ISRM (1985). Este resultado pode ser explicado remetendo-se novamente à questão do grau de alteração das amostras evidenciado pela variabilidade da resistência à carga pontual apresentada no gráfico de distribuição de freqüência na Figura 6.

Figura 6. Distribuição de freqüência da resistencia a compressão pontual.

O comportamento mecânico, químico e

outras propriedades de interesse das rochas, quando utilizadas como material de construção, principalmente como agregadas dependem de inúmeros parâmetros, por exemplo, a quantidade de vazios presentes nas rochas. Vale salientar que os vazios estão intimamente ligados às características estruturais das rochas, principalmente no que diz respeito à presença de descontinuidades.

Devido à grande variabilidade nas propriedades das rochas, podem-se tomar como referência algumas medições básicas para descrever as rochas quantitativamente. Algumas propriedades por serem relativamente fáceis de serem medidas, são muito úteis para descrever as propriedades índices das rochas. Estes ensaios têm como objetivo determinar os índices físicos que podem se correlacionar com a quantidade de vazios presentes no tipo de rocha analisada.

Os índices obtidos através neste ensaio foram:

• Massa específica aparente seca; • Massa específica aparente saturada; • Absorção d’água; • Porosidade aparente.

Os resultados deste ensaio estão apresentados na Tabela 1. Estes resultados se mostram coerentes a não ser quando se correlaciona a absorção de água e a porosidade com os resultados de resistência a compressão simples. Esperava-se que o valor de absorção de água e porosidade fossem superiores aos obtidos devido ao grau de alteração da rocha analisada e a baixa resistência a compressão simples de um dos ensaios realizados.

6 APLICAÇÕES DO MATERIAL ANALISADO COMO AGREGADO NA CONSTRUÇÃO CIVIL

Caracterizar o comportamento mecânico do maciço rochoso é de grande importância para geologia de engenharia, sobretudo quando a atividade desenvolvida pelo engenheiro ou geólogo esta ligada a obras subterrâneas, como a construção de túneis ou quando o maciço serve de suporte para fundações, seja para um

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

180 205 230 255 280 305 330 355 380 405 430 455

Resistência Pontual

Freq

uenc

ia R

elat

iva

μ = 277,23 MPa σ= +/-56,47 MPa

edifício ou até mesmo uma barragem ou uso da rocha como material de construção é imprescindível.

Baseado nos resultados obtidos, essa rocha, nas condições as quais foram ensaiadas, podem ser utilizadas como agregado para concreto, em pavimentos, em lastro ferroviário, obras de enrocamento e rip-rap. 7 CONCLUSÕES Diante do exposto ao longo deste trabalho, pode-se concluir que:

• A rocha nas condições em que foi analisada atende todos os critérios pré-estabelecidos pelas referências consultadas para seu uso como agregado na construção civil, apresentados na Tabela 01;

• No ensaio de compressão simples constatou-se uma diferença de até 37% na tensão de ruptura dos corpos de prova. Credita-se esta diferença principalmente ao elevado grau de alteração das amostras.

• No ensaio de carga puntiforme espera-se estimar com razoável precisão a tensão de compressão máxima de uma rocha, entretanto os resultados não foram satisfatórios. Esses resultados podem ser justificados novamente remetendo-se ao elevado grau de alteração observado em alguns dos fragmentos de rocha utilizados na execução dos ensaios.

• Os resultados obtidos através do ensaio de absorção de água se mostram coerentes, quando analisados isoladamente. Ao comparar esses resultados com o resultados dos ensaios de compressão simples, com o de carga pontual e até mesmo com a análise visual da amostra, onde foi possível observar um consideralvél grau de alteração (evidenciado pela coloração da rocha), esses valores são considerados baixos. REFERÊNCIAS Alvarez, H.I.P. (2004).Ensaios não convencionais para

determinação da tenacidade à fratura em rochas: análise e comparação. Dissertação de Mestrado. EESC/USP. São Carlos/SP.

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Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT – NBR 8938/ (1985). – Lastro Padrão – Determinação da Resistência ao Choque.

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DNER – ME197/ (1997) – Agregados – Determinação da resistência ao esmagamento de agregados graúdos.

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