CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE UM TALUDE ROCHOSO DO CONTORNO RODOVIÁRIO DE FLORIANÓPOLIS, EM SÃO JOSÉ - SC Beatriz Niehues Trabalho de Conclusão de Curso submetido a banca examinadora para a obtenção do Grau de Bacharel em Geologia. Orientador: Prof. Dr. Fernando J. Althoff Coorientador: Me. Erik Wunder Florianópolis 2019 i

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE

UM TALUDE ROCHOSO DO CONTORNO RODOVIÁRIO DE FLORIANÓPOLIS,

EM SÃO JOSÉ - SC

Beatriz Niehues

Trabalho de Conclusão de Curso submetido a banca examinadora para a obtenção do Grau de Bacharel

em Geologia.

Orientador: Prof. Dr. Fernando J. Althoff

Coorientador: Me. Erik Wunder

Florianópolis

2019

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Dedico este trabalho ao meu pai, Ivo César Niehues

(in memoriam), meu exemplo e maior incentivador.

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AGRADECIMENTOS

Sou grata à minha família e aos meus amigos pelo apoio durante toda a minha vida e

em especial a minha mãe e meu irmão, por toda a confiança, incentivo e apoio durante a

graduação.

Ao meu orientador e professor Fernando J. Althoff agradeço por toda paciência e

colaboração para que esse trabalho fosse realizado, sua ajuda foi fundamental. Ao meu

coorientador Erik Wunder agradeço por todo auxílio e por todo conhecimento a mim

repassado.

Agradeço a empresa Arteris pela disposição da área para a realização deste trabalho e

ao geólogo Felipe pelo suporte e por nos acompanhar no trabalho de campo.

A todos os meus amigos do curso que compartilharam dos inúmeros momentos de

alegria e aprendizado. À Julia, minha parceira do curso, por toda amizade construída durante

os anos de graduação. Ao João, Wellington, Vini, Pole, Jackson e Ricardo pela amizade e por

todos os momentos compartilhados. À Bruna, Jeferson e Luiz pelo companherismo e amizade

nos últimos anos. Ao Humberto pela confecção das lâminas delgadas utilizadas neste trabalho

e pela amizade. Levarei todos no meu coração para sempre.

Também agradeço à Universidade Federal de Santa Catarina pelo ensino gratuito e de

qualidade e a todos os professores do curso de geologia por todo o conhecimento

compartilhado. Agradeço também ao Professor Edson Tomazzoli pelo uso do

software/microscópio para fotos das lâminas.

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RESUMO

Entre os temas relevantes nos projetos de obras geotécnicas encontra-se a análise de estabilidade de

taludes. A incorreta ou incompleta realização desta análise pode acarretar sérios problemas

econômicos, danos à via rodoviária e a propriedades, como também à vida humana. Para a obtenção de

proficiência e habilidade na aplicação de técnicas de análise de estabilidade de taludes em maciços

rochosos, com o propósito de atuação profissional na área de geologia aplicada à engenharia, foram

estudados dois taludes rochosos presentes no Contorno Rodoviário de Florianópolis. Os taludes se

inserem em um maciço rochoso formado pelo Granito São Pedro de Alcântara (GSPA), que no local é

composto por um granito porfirítico e um granito fino. Estes taludes têm uma mesma direção, mas

possuem mergulhos em sentidos opostos. Suas principais descontinuidades são falhas transcorrentes e

de baixo ângulo, fraturas (sub)verticais e fraturas sub-horizontais. No presente estudo foi realizada a

análise estereográfica das famílias de descontinuidades e a análise geomecânica dos taludes formados

pelo Granito São Pedro de Alcântara. O exame estereográfico permitiu descrever o comportamento

dos taludes de forma geral, já a pesquisa e classificação geomecânicas permitiram um diagnóstico

mais detalhado. Observou-se, por fim, que para ambos os taludes a possibilidade de ruptura em cunha

é maior que a de ruptura planar.

Palavras-chave: Granito São Pedro de Alcântara; Análise estereográfica; Análise geomecânica.

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ABSTRACT

Among the relevant aspects in the geotechnical works projects is the slope stability analysis. The

incorrect or incomplete performance of this analysis can cause serious economic problems, damage to

the road and property, as well as to human life. In order to obtain proficiency and skill in applying

slope stability analysis techniques in rock mass, with the purpose of working professionally in the field

of geology applied to engineering, two rock slopes present in the Florianópolis Road Contour were

studied, both inserted in the rock mass formed by the São Pedro de Alcântara Granite (GSPA), which

is composed of a porphyritic granite and a fine granite. Such slopes have the same orientation, but

opposite dives. Their main discontinuities are transcurrent and low angle faults, (sub)vertical and sub

horizontal fractures. In this study was performed the stereographic analysis of the discontinuity

families, as well as the geomechanical analysis in the massif formed by the São Pedro de Alcântara

Granite. The stereographic analysis allowed describing the behavior of the slopes in general, while the

geomechanical analysis allowed a more detailed diagnosis. Finally, it was observed that, for both

slopes, the possibility of wedge failure is greater than the possibility of planar failure.

Keywords: Granito São Pedro de Alcântara; Stereographic analysis; Geomechanical analysis.

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Mapa de localização da área de estudo. .................................................................. 19

Figura 2. Maciço rochoso (recortado em talude) afetado por duas famílias de fraturas. A

escala de observação influi no resultado da análise das fraturas ........................................................... 22

Figura 3. Características das descontinuidades em maciços rochosos ................................... 23

Figura 4. Tipos de rupturas em taludes. A) Ruptura planar. B) Ruptura em cunha. C)

Tombamento de blocos. ......................................................................................................................... 27

Figura 5. Ábaco correlacionando a Dureza com a resistência a compressão uniaxial para

obtenção de JCS a partir da leitura do Martelo de Schmidt................................................... 28

Figura 6. Perfis de rugosidade das descontinuidades e valores JRC equivalentes ................ 29

Figura 7. Critério de ruptura de Barton, relação de JCS e JRC .............................................. 30

Figura 8. Critério de Resistência de Mohr-Coulomb no plano (σ, τ)......................................31

Figura 9. Bloco diagrama de talude com ruptura planar. O estereograma mostra que a

orientação das descontinuidades em relação ao talude permite a ruptura planar ................................... 36

Figura 10. Representação do ângulo de atrito. a) Relações geométricas entre o ângulo , a

vertical e a normal à descontinuidade. b) Cone de atrito. c) Estereograma com cone de atrito. ........... 37

Figura 11. Bloco diagrama de talude com ruptura em cunha e sua representação

estereográfica ........................................................................................................................................ 38

Figura 12. Análise de ruptura em cunha considerando o ângulo de atrito. a) Bloco diagrama

de talude com deslizamento em cunha causado pelo ângulo () de caimento da linha de intersecção. b)

Estereograma com cone de atrito. c) Estereograma com representação do talude (grande círculo) e

linhas de intersecção com diferentes ângulos de caimento. d) Estereograma com representação do

talude e do cone de atrito, com indicação do campo onde plotam os polos de cunhas instáveis. 39

Figura 13. Mapa geológico da região onde se insere a área de estudo. .................................. 41

Figura 14. Modelo Digital de Elevação com lineamentos. Iluminação artificial N315 com

45°. ........................................................................................................................................................ 44

Figura 15. Visão geral dos taludes W e E, em fotografia tomada de S para N. ...................... 44

Figura 16. Expressão geral dos taludes. A) Talude W (fotografia tomada de NE para SW). B)

Talude E (fotografia tomada de SW para NE). ...................................................................................... 45

Figura 17. Intemperismo do talude W. A) Contato solo-rocha na extremidade NW do talude.

B) Zona intemperizada na extremidadade SE do talude (largura da foto = 4m) ................................... 45

Figura 18. Fácies do Granito São Pedro de Alcântara observadas nos taludes. A e B) Granito

porfirítico C) Granito fino. ................................................................................................................... 46

Figura 19. Aspecto petrográfico da matriz do granito porfirítico. Bandas de quartzo e biotita

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marcam a foliação. (X) .......................................................................................................................... 46

Figura 20. Aspecto petrográfico do granito fino. Quartzo e feldspatos equigranulares

cortados por duas bandas cataclásticas. (X) .......................................................................................... 47

Figura 21. Relações de contato entre as fácies fina e porfirítica do GSPA. A) Fácies

fina cortando a fácies porfirítica. B) Contato interdigitado....................................................................47

Figura 22. Estrutura submagmática no granito porfirítico. Pórfiros de K-feldspato

entelhados............................................................................................................................... 48

Figura 23. Estruturas de deformação de alta temperatura. Pórfiros de K-feldspato muito

deformados (porção superior esquerda) e pórfiros de K-feldpato com aspecto ígneo (porção superior

direita). Veio de quartzo centimétrico e foliação anteriores rompidos por falhas ................................. 49

Figura 24. Lineação e foliação no granito porfirítico. A) Granito com lineação de estiramento

mineral (K-feldspato) e sem foliação. B) Granito com foliação. ........................................................... 49

Figura 25. Granito porfirítico. Foliação (linha vermelha tracejada) marcada pela orientação

de bandas de quartzo e biotita e por feldspatos ocelares. (X) ................................................................ 50

Figura 26. Granito porfirítico com foliação (linha vermelha tracejada) subvertical. Largura

da foto= 2m ........................................................................................................................................... 50

Figura 27. Granito fino. Dobra isoclinal em veio félsico. ...................................................... 51

Figura 28. Estereograma com medidas de foliação e lineação no GSPA nos taludes

estudados. Rede equiárea. Hemisfério inferior ...................................................................................... 51

Figura 29. Granito fino. Veios de quartzo fibroso. ................................................................ 52

Figura 30. Granito fino. Bandas cataclásticas verticais. ......................................................... 53

Figura 31. Granito porfirítico. Grão de feldspato com fraturas preenchidas por quartzo (K-f).

(X) ......................................................................................................................................................... 54

Figura 32. Granito porfirítico. Quartzo intersticial com estrutura em tabuleiro de xadrez

(Qtz). (X) ............................................................................................................................................... 54

Figura 33. Granito fino. Feldspato com recristalização intensa. (X) ...................................... 55

Figura 34. Granito porfirítico. Quartzo com recristalização por migração de limite de grãos.

(X) ......................................................................................................................................................... 55

Figura 35. Granito porfirítico. Quartzo recristalizado por rotação de subgrãos. (X) ............. 56

Figura 36. Granito porfirítico. Estrutura bookshelf em feldspato fraturado. (X) .................... 56

Figura 37. Granito fino. A) Banda cataclástica com evidência de fluxo cataclástico. B) Banda

cataclástica cortada por vênula de quartzo. (X) ..................................................................................... 57

Figura 38. Falhas direcionais. A) Plano de falha vertical com estrias horizontais. B) Plano de

falha de baixo ângulo com estrias down-dep ......................................................................................... 58

Figura 39. Estereograma com 3 famílias de falhas direcionais (azul) e 1 família de falha de

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baixo ângulo (vermelho) observadas nos taludes. Rede equiárea. Hemisfério inferior ......................... 58

Figura 40. Fraturas (sub)verticais. ......................................................................................... 59

Figura 41. Estereograma com 8 famílias de fraturas (sub)verticais. Rede equirea. Hemisfério

inferior ................................................................................................................................................... 59

Figura 42. Família de fraturas subhorizontais. Largura da foto = 5m .................................... 60

Figura 43. Estereograma com 8 famílias de fraturas subhorizontais. Rede equiária.

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Hemisfério inferior .................................................................................................................................. 60

Figura 44. Deslizamentos em cunha. A) Deslizamento em cunha no talude W. A linha de

intersecção tem caimento 38/115. B) Deslizamento em cunha no talude E. A linha de intersecção tem

caimento 35/219. C) Deslizamento em cunha no talude E. A linha de intersecção tem caimento 36/195.

Rede equiarea. Hemisfério inferior ....................................................................................................... 61

Figura 45. Estereograma para ruptura planar no talude W. Rede equiárea. Hemisfério

inferior ................................................................................................................................................... 61

Figura 46. Fraturas NS/45E e NS/45W presentes no talude W ............................................................................. 62

Figura 47. Estereograma para ruptura planar no talude E. Rede equiarea. Hemisfério inferior.

............................................................................................................................................................... 62

Figura 48. Estereograma para ruptura em cunha com linhas de intersecção entre as 20

famílias de fraturas, para o talude W. Rede equiárea. Hemisfério inferior ............................................ 63

Figura 49. Estereograma para ruptura em cunha com linhas de intersecção entre as 20

famílias de fraturas, para o talude E. Rede equiárea. Hemisfério inferior ............................................. 63

Figura 50. Estereograma de contorno estrutural mostrando as famílias de descontinuidades

presentes nos taludes E e W e as três famílias de descontinuidades escolhidas. Em amarelo, polo médio

de cada família e em vermelho polos das descontinuidades .................................................................. 64

Figura 51. Zona geomecânica Z1 (linhas vermelhas tracejadas) nos talude W (A) e E (B). 66

Figura 52. Detalhe da zona geomecânica Z1 as fotos A, B e C são do talude W e D, E e F são

do Talude E. ........................................................................................................................................... 66

Figura 53. Zona geomecânica Z2 (linhas vermelhas tracejadas) nos talude W. A) e B) 70

Figura 54. Detalhe da zona geomecânica Z2. Fotos A, B e C são do talude W. Fotos D, E e F

são do talude E. ..................................................................................................................................... 70

Figura 55. Zona geomecânica Z3 (linhas vermelhas tracejadas) no talude W ........................................ 73

Figura 56. Detalhes da zona geomecânica Z3 no talude W. A) e B). ..................................... 74

Figura 57. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 1. ........................................................................................................... 77

Figura 58. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 2. ........................................................................................................... 78

Figura 59. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 3. ........................................................................................................... 79

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1. Classes de infiltração em descontinuidades. .......................................................................... 24

Tabela 2. Parâmetros de classificação RMR. ......................................................................................... 32

Tabela 3. Classes RMR conforme valores de pontuação e sua descrição em relação à qualidade. ....... 33

Tabela 4. Relação F1 para o sistema SMR. ........................................................................................... 34

Tabela 5. Relação F2 para o sistema SMR. ........................................................................................... 34

Tabela 6. Relação F3 para o sitema SMR. ............................................................................................. 35

Tabela 7. Fator F4 para o sistema SMR. ................................................................................................ 35

Tabela 8. Classes de SMR e suas descrições. ........................................................................................ 35

Tabela 9. Famílias de descontinuidades e seus atributos ....................................................................... 65

Tabela 10. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona geomecânica Z1.

............................................................................................................................................................... 67

Tabela 11. Valores de SMR para ruptura planar e cunha para Z1, para o talude W .................................................... 68

Tabela 12. Valores de SMR para tombamento para Z1, para o talude W .............................................................................. 68

Tabela 13. Valores de SMR para ruptura planar e cunha para Z1, para o talude E. ............................... 68

Tabela 14. Valores de SMR para tombamento para Z1, para o talude E. .............................................. 69

Tabela 15. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona geomecânica Z2.

............................................................................................................................................................... 71

Tabela 16. Valores de SMR para ruptura planar em cunha para a zona geomecânica Z2, para o talude

W. ................................................................................................................................................................................................................................................................ 72

Tabela 17. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z2, para o talude W ........................ 72

Tabela 18. Valores de SMR para ruptura planar e em cunha para a zona geomecânica Z2, para o talude

E. ........................................................................................................................................................... 72

Tabela 19. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z2, para o talude E. ............. 73

Tabela 20. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona geomecânica Z3.

............................................................................................................................................................... 74

Tabela 21. Valores de SMR para ruptura planar e emcunha para a zona geomecânica Z3, no talude W.

............................................................................................................................................................... 75

Tabela 22. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z3, no talude W ................................. 75

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

Cm – Centímetro

DNIT – Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes

E – Leste

GeoSGB - Sistema de Geociências do Serviço Geológico do

Brasil GSPA – Granito São Pedro de Alcântara

IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

JCS - Joint Wall Compressive Strength

JRC - Joint Roughness Coefficient

K-f – Feldspato potássico

kg – Quilograma

km - Quilômetro

kPa – QuiloPascal

Log – Logarítmo

m – Metro

Ma – Milhões de anos

MDE – Modelo Digital de Elevação

mm – Milímetro

MPa – MegaPascal

NE – Nordeste

NW – Noroeste

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OSM – Open Street Map

Qtz - Quartzo

SE – Sudeste

SW - Sudoeste

RQD - Rock Quality Designation

RMR - Rock Mass Rating

SC - Santa Catarina

SIM – Suíte Intrusiva Maruim

SMR - Slope Mass Rating

W – Oeste

ZCMG – Zona de Cisalhamento Major Gercino

X – Nícóis cruzados

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LISTA DE SÍMBOLOS

φ - Ângulo de atrito

φr - Ângulo de atrito residual

c - Coesão

ɣ - Densidade da rocha

(X) - Fotomicrografia óptica tomada com luz plano-paralela com nicóis cruzados

° - Graus

h - Altura

τ - Tensão cisalhante

σn - Tensão normal efetiva

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................................... 17

1.1. OBJETIVOS .......................................................................................................................................... 17

1.1.1. Objetivo Geral ................................................................................................................................... 17

1.1.2. Objetivos Específicos ......................................................................................................................... 18

1.2. JUSTIFICATIVA.......................................................................................................................................................... 18

1.3. LOCALIZAÇÃO E ACESSOS .............................................................................................................. 19

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................................... 20

2.1. TALUDES ............................................................................................................................................................. 20

2.2. MACIÇO ROCHOSO ............................................................................................................................ 20

2.3. DESCONTINUIDADES ........................................................................................................................ 21

2.3.1. Fraturas .............................................................................................................................................. 21

2.3.2. Falhas ................................................................................................................................................. 22

2.3.3. Características das descontinuidades ............................................................................................. 23

2.3.4. Instabilidade de taludes ................................................................................................................... 25

2.3.5. Rupturas ............................................................................................................................................ 26

2.4. PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DA ROCHA AO CISALHAMENTO ......................................... 27

2.4.1. Parâmetro JCS .................................................................................................................................. 27

2.4.2. Parâmetro JRC .................................................................................................................................. 29

2.4.3. Ângulo de atrito básico - parâmetro

2.4.4. Critério de Resistência de Mohr-Coulomb.......................................................................................31

2.5. CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS ................................................................................. 31

2.5.1. RMR ................................................................................................................................................... 31

2.5.2. SMR ................................................................................................................................................... 33

2.6. ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE TALUDES POR PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA ................. 36

2.6.1. Ruptura planar ................................................................................................................................................ 36

2.6.2. Ruptura em cunha ............................................................................................................................. 38

3. GEOLOGIA REGIONAL ...................................................................................................................... 40

4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................................. 41

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...........................................................................................................43

5.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO ................................................................................... 43

5.1.1. Análise de lineamentos ..................................................................................................................... 43

5.1.2. Descrição Física ................................................................................................................................ 44

5.1.3. Descrição petrográfica ..................................................................................................................... 46

5.1.4. Feições estruturais ............................................................................................................................. 48

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5.2. CARACTERIZAÇÃO DAS FAMÍLIAS DE DESCONTINUIDADES COM BASE EM PROJEÇÃO

ESTEREOGRÁFICA .................................................................................................................................... 57

5.2.1. Orientação das famílias de descontinuidades ................................................................................. 57

5.2.2. Deslizamentos em cunha e estimativa do ângulo de atrito básico ................................................. 61

5.2.3. Estimativa de ruptura planar ........................................................................................................... 61

5.2.4. Estimativa de ruptura em cunha...................................................................................................... 63

5.3. CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA DAS DESCONTINUIDADES ........................................... 64

5.3.1. Análise e classificação do maciço rochoso ....................................................................................... 65

5.3.2. Ângulo de atrito ................................................................................................................................. 75

6. CONCLUSÕES ....................................................................................................................................... 80

7. REFERÊNCIAS ...................................................................................................................................... 82

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1. INTRODUÇÃO

No contexto geológico e econômico da região metropolitana de Florianópolis, a

geotecnia é uma das principais áreas de atuação para geólogos. Atualmente a região é palco de

uma importante obra, o Contorno Rodoviário de Florianópolis, que passa pelos municípios de

Biguaçu, São José e Palhoça e tem como principal objetivo promover a segregação do tráfego

de veículos de carga e desafogar localmente o trânsito da rodovia BR-101. A implantação do

Contorno Rodoviário envolve obras geotécnicas, como aterros e escavações a céu aberto e

subterrâneas, e obras civis como pontes e viadutos. A obra possibilita uma excelente

oportunidade de aprendizado, pois envolve a aplicação de conceitos e métodos de geologia e de

geotecnia e possibilita a sinergia entre geólogos e engenheiros. No âmbito das escavações, a

obra possibilita praticar a análise da estabilidade de taludes, que é um importante campo de

atuação.

A instabilidade de taludes constitui um grande risco e, muitas vezes, gera

consequências negativas aos seres humanos, às suas propriedades e/ou ao meio ambiente com

perdas econômicas, lesões ou até mesmo mortes. Por isso, a análise da estabilidade de taludes é

uma atividade fundamental para profissionais envolvidos com a área da geotecnia. Por causa

dos aspectos econômicos relacionados ao setor de transportes, a análise da estabilidade de

taludes em rodovias é de grande importância. A análise torna-se mais interessante no caso em

que existem taludes frente a frente, em ambas as margens da rodovia, com inclinações em

direções opostas.

Este Trabalho de Conclusão de Curso é voltado à análise da estabilidade de taludes,

tomando como objeto de estudo taludes do Contorno Rodoviário de Florianópolis graças ao

apoio da Arteris S/A, empresa detentora da concessão de operação do trecho rodoviário da BR-

101 onde está sendo implantada a obra.

1.1. OBJETIVOS

1.1.1. Objetivo Geral

O objetivo geral deste trabalho é adquirir competências e habilidades para a aplicação

de técnicas de análise de estabilidade de taludes em maciços rochosos, com propósito de

atuação profissional na área de geologia aplicada à engenharia.

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1.1.2. Objetivos Específicos

Analisar e comparar a estabilidade de dois taludes frontais construídos em maciço

granítico para a implantação do Contorno Rodoviário de Florianópolis.

1.2. JUSTIFICATIVA

As características geológicas, ambientais e econômicas da Região Metropolitana de

Florianópolis propiciam oportunidades de atuação na área da geotecnia e geologia ambiental.

A análise de estabilidade de taludes é atividade fundamental em obras rodoviárias. A

incorreta ou incompleta realização da análise pode acarretar sérios danos à via rodoviária, a

propriedades e aos seres humanos. As obras rodoviárias atuais e o histórico de deslizamentos

em vias de transporte fazem da grande Florianópolis um cenário importante para a aplicação de

estudos relacionados a geotecnia em conjunto com a análise geológica e estrutural. No ano de

2008, por exemplo, escorregamentos de blocos na SC-401 foram ocasionados por fortes chuvas

associadas à má gestão de taludes e causaram vítimas fatais.

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1.3. LOCALIZAÇÃO E ACESSOS

Para a realização do trabalho a Arteris S/A, concessionária da BR-101 em Santa

Catarina, facultou o acesso a taludes que se encontram no km 217 + 900 do Contorno

Rodoviário, localizado no bairro Sertão do Imaruim do município de São José (Fig. 1).

Figura 1. Mapa de localização da área de estudo.

Fonte: da autora.

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2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Neste capítulo são apresentados os conceitos fundamentais envolvidos na realização do

trabalho: taludes, mecânica de rochas, maciços rochosos, descontinuidades e rupturas de taludes.

2.1. TALUDES

Talude é uma superfície inclinada ou vertical proveniente de trabalhos de

terraplenagem, em cortes ou aterros. Nos cortes o talude resulta da escavação do terreno natural.

Nos aterros o talude é resultado da colocação de materiais provenientes de cortes e/ou

empréstimos, em camadas sucessivas compactadas (BRASIL, 2010).

Conforme as definições adotadas pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de

Transportes - DNIT, estabilidade de um talude, seja rochoso ou de solo, é a “capacidade que

esse possui de permanecer inalterado após a sua execução, resistindo à ação do intemperismo”.

As instabilidades em taludes geralmente são iniciadas por algum evento que causa mudança nos

esforços que agem sobre a rocha, como pressão de água nos poros devido à infiltração da chuva,

erosão do material circundante durante chuva forte, degradação química ou intemperismo da

rocha, crescimento de raízes ou alavancagem por raízes em movimento em ventos fortes

(PANTELIDIS, 2009). Instabilidade também ocorre quando a inclinação do talude não é

compatível com a natureza do terreno (BRASIL, 2010). Do ponto de vista operacional,

problemas em taludes rodoviários (cortes ou aterros), assim como em outros pontos da via que

têm alguma conexão com os taludes, ocorrem basicamente devido às seguintes condições: falta

de projeto específico; projeto inadequado por falta de conhecimento do meio físico; deficiências

construtivas; má conservação (CARVALHO et al., 1991).

2.2. MACIÇO ROCHOSO

Um maciço rochoso é formado por um conjunto de blocos de rocha discretos, separados

por descontinuidades. Individualmente os blocos apresentam propriedades de rocha intacta. Em

termos de engenharia, rocha intacta é definida como a rocha que não contém descontinuidades

significativas. No entanto, em microescala observa-se que as rochas são compostas por grãos

(minerais) que são estruturados de acordo com os processos básicos de sua formação (FIORI;

CARMIGNANI, 2013; HUDSON; HARRISON, 1997). Poros e fissuras são frequentes em

rochas, e por isso as rochas não podem ser consideradas sólidos idealmente homogêneos,

Page 23: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

21

contínuos e isotrópicos (GOODMAN, 1989). Em função da sua natureza heterogênea, os

materiais rochosos podem apresentar parâmetros de resistência muito variados. Por isso, os

conceitos de maciço rochoso e rocha intacta têm que ser considerados em relação à escala de

observação. Em escala de detalhe observa-se que microfissuras tornam um maciço rochoso

descontínuo, e juntamente com os poros fazem com que a relação esforço (carga)/deformação

seja não linear, especialmente sob condições de esforços de pequena intensidade. Além disso,

microfissuras e poros reduzem a resistência à tração (GOODMAN, 1989). Em escalas maiores,

as descontinuidades são marcadas pelos diversos tipos de fraturas. Além da caracterização das

propriedades da rocha intacta, a análise das propriedades geotécnicas de maciços rochosos deve

considerar a ocorrência, natureza e disposição espacial das descontinuidades, bem como a

extensão e o grau da alteração (JAEGER et al., 2007; FIORI; CARMIGNANI, 2013).

2.3. DESCONTINUIDADES

O termo descontinuidade é utilizado em referência à maioria das superfícies planares

das rochas, tais como fraturas, falhas, xistosidades, clivagens e estratificações, entre outras

(ISRM, 1978). Todos estes tipos de descontinuidades são planos de fraqueza, que são os locais

onde a rocha apresenta menor resistência ao cisalhamento e geralmente tem maior

permeabilidade (FIORI; CARMIGNANI, 2013; LISLE; LEYSHON, 2018).

2.3.1. Fraturas

Planos de fraturas desenvolvem-se em praticamente todos os tipos de rocha. São

formados pela atuação ou relaxamento de tensões, ao longo dos quais não houve movimentação.

Planos de fraturas paralelos com expressão em um maciço formam uma família. Duas ou mais

famílias em um maciço constituem um sistema de fraturas. Por serem superfícies relativamente

lisas e contínuas, as fraturas podem influenciar fortemente as propriedades geotécnicas dos

maciços (FIORI; CARMIGNANI, 2013). A superfície das fraturas dependerão da rugosidade da

fratura e da escala de estudo, podendo ser relativamente lisas a significativamente rugosas.

A Figura 2 ilustra as relações entre rocha intacta, famílias de fraturas e descontinuidades

de maciço rochoso em função da escala de análise.

Page 24: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

22

Figura 2. Maciço rochoso (recortado em talude) afetado por duas famílias de fraturas. A escala

de observação influi no resultado da análise das fraturas.

Fonte: Wyllie; Mah (2004).

2.3.2. Falhas

As falhas são caracterizadas pelo deslocamento dos blocos separados pela

descontinuidade. Nos maciços rochosos as falhas têm menor frequência que as fraturas, porém

originam planos de fraqueza persistentes e contínuos. Em relação ao deslocamento dos blocos,

as falhas podem ser classificadas como normais, inversas (ou reversas), direcionais ou oblíquas.

Em muitos casos, estrias no plano de falha permitem identificar o tipo de deslocamento

ocorrido. As falhas geralmente não são formadas por um único plano de deslocamento e sim por

vários planos que constituem uma zona de falha.

Em relação a uma zona de falha rúptil é necessário fazer uma distinção entre o núcleo

da falha (superfície de deslizamento) e o volume no entorno do núcleo, denominado zona de

dano de falha. O núcleo de falha pode ser apenas uma superfície de deslizamento com uma zona

cataclástica milimétrica, ou uma zona com várias superfícies de deslizamento, ou até mesmo

zonas com intenso cisalhamento com presença de pouquíssimas partes da rocha original

preservadas. Em rochas cristalinas o núcleo de falha pode ser composto por material sem coesão

(gouge de falha), onde argilominerais são formados a partir de feldspatos e outros minerais

presentes na rocha. Por outro lado, o núcleo de falha pode ser composto por material com alta

Page 25: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

23

dureza, como os cataclasitos (FOSSEN, 2012).

Em maciços formados por rochas ígneas plutônicas, como é o caso do maciço onde se

localiza a área de estudo, os principais tipos de descontinuidade são as fraturas e as falhas.

2.3.3. Características das descontinuidades

Em razão da sua grande importância para o comportamento mecânico dos maciços

rochosos, diversas características das descontinuidades são analisadas em estudos geotécnicos.

As principais, repertoriadas na Figura 3, são: tipos de rocha e espessura das camadas onde

ocorrem, orientação (direção/mergulho), espaçamento, continuidade ou persistência, rugosidade,

resistência à compressão das paredes, abertura, material de preenchimento, estado de alteração e

percolação de água (PRIEST; HUDSON, 1976; WYLLIE; MAH, 2004).

Figura 3. Características das descontinuidades em maciços rochosos.

Fonte: Wyllie; Mah (2004).

O tipo de rocha é importante porque existem vários processos de formação de rochas,

várias composições mineralógicas e texturais e várias possibilidades de evolução ao longo do

Page 26: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

24

tempo geológico, e todos estes aspectos influenciam nas propriedades mecânicas das rochas.

A orientação das descontinuidades é expressa pelo ângulo de mergulho (ψ na Fig. 3) e

direção de mergulho (α na Fig. 3). Em relação a um determinado campo de esforços, tectônicos

ou induzidos pela atividade humana, haverá descontinuidades (fraturas ou falhas) onde o

deslocamento relativo de blocos será possível ou não, dependendo da sua orientação.

O espaçamento das descontinuidades define o tamanho e a forma dos blocos que

compõem o maciço rochoso. As categorias de espaçamento variam de extremamente largas (> 2

m) a muito estreitas (<6 mm) (ISRM, 1981).

A persistência é a medida do comprimento da descontinuidade. As categorias de

persistência variam de muito alta (> 20 m) a muito baixa (<1 m) (ISRM, 1981).. Esse parâmetro

define o tamanho dos blocos e o comprimento de possíveis superfícies de deslizamento.

A rugosidade relaciona-se às irregularidades e ondulações presentes na superfície da

descontinuidade. Ela é um componente importante da resistência ao cisalhamento.

A resistência à compressão da rocha nas paredes das descontinuidades influencia a

resistência ao cisalhamento. Nos estágios iniciais de intemperismo muitas vezes há uma redução

na resistência das rochas nas superfícies de descontinuidade, o que pode resultar em um menor

valor de rugosidade e consequente diminuição do ângulo de atrito da fratura ou falha. A redução

da resistência das rochas devido ao intemperismo reduz a resistência ao cisalhamento das

descontinuidades (ISRM, 1981).

A abertura é a distância perpendicular entre as paredes adjacentes de uma

descontinuidade aberta, onde o espaço pode estar preenchido por ar, água ou por outro tipo de

material. As aberturas variam de muito abertas (> 1 m) a muito apertadas (<0,1 mm) (ISRM,

1981). Quando preenchidas por algum tipo de material, o preenchimento pode ser parcial total.

O preenchimento é descrito através da observação de campo. Determina-se sua

espessura pela abertura da descontinuidade. O material de preenchimento pode ser argila, silte,

areia, ou um material de maior granulometria proveniente da fragmentação ao longo do plano de

ruptura. Em algumas situações a abertura pode ser preenchida por materiais precipitados, como

sílica, que podem aumentar a resistência do maciço rochoso.

A infiltração pode ser descrita em classes que vão de seco até fluxo abundante, como

mostra a Tabela 1.

Tabela 1. Classes de infiltração em descontinuidades.

Classe Descontinuidades sem

preenchimento

Descontinuidade com

preenchimento

Seco

Fraturas planas e fechadas, sem

possibilidade de percolação de

água

Preenchimento muito seco e

consolidado, sem possibilidade de

percolação de água

Page 27: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

25

Fratura seca e sem evidência de

percolação de água

Preenchimento muito seco e

consolidado, sem possibilidade de

percolação de água

Ligeiramente úmido Fratura seca e com evidência de

percolação de água

Preenchimento úmido e com

presença de água ocasional

Úmido

Fratura úmida sem circulação de

água livre

Preenchimento com evidência

lavagem e com fluxo de água

contínuo

Escorrimentos Fratura eventualmente gotejando,

sem fluxo contínuo

Preenchimento localmente lavado

e com fluxo considerável

Fluxo abundante Fratura com fluxo contínuo de

água

Preenchimento completamente

lavado e com pressões de água

Fonte: ISRM (1981)

2.3.4. Instabilidade de taludes

Um talude está submetido a três tipos de esforços: relacionados ao peso do material, ao

escoamento de água, e à resistência ao cisalhamento. O estudo da estabilidade de taludes deve

obrigatoriamente levar em consideração a relação entre esses esforços, tendo em vista que os

dois primeiros se somam e levam à ruptura do talude, enquanto o terceiro age como uma trava

para esse movimento ocorrer. De maneira simples, pode-se dizer que a instabilidade do talude

ocorre quando a soma dos dois primeiros esforços resulta em um valor maior do que o do

terceiro (FIORI; CARMIGNANI, 2013).

Em regiões sismicamente ativas o gatilho para o início do movimento de um bloco em

um talude rochoso pode ser um terremoto. Em regiões estáveis devem ser consideradas

variações na pressão da água subterrânea ao longo de planos de descontinuidades e a alteração

da rocha ao longo destes planos, que pode diminuir o ângulo de atrito. Ambos os casos

favorecem a ação da força da gravidade na porção do maciço situada acima de descontinuidade

inclinada (LISLE; LEYSHON, 2018).

A estabilidade de estruturas na superfície ou próximas da superfície é governada pelas

descontinuidades (BRADY; BROWN, 2004). Em obras de engenharia as tensões na rocha são

muito menores do que a resistência da rocha; ou seja, é pouco provável que ocorra o

fraturamento da rocha intacta (WYLLIE; MAH, 2004). Quanto às estruturas profundas, sua

estabilidade é governada pelas tensões naturais in situ.

Page 28: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

26

2.3.5. Rupturas

Em taludes em rodovias as instabilidades podem resultar em três tipos principais de

rupturas: planar, em cunha e tombamentos de blocos (Fig. 4).

2.3.5.1. RUPTURA PLANAR

Este tipo de ruptura compreende o movimento por gravidade de massas rochosas ao

longo de uma ou mais superfícies de descontinuidades subparalelas entre si (Fig. 4A). A ruptura

acontece quando a direção do plano de deslizamento é quase paralela à face do talude (com

diferença máxima de 20°), e o ângulo de inclinação da descontinuidade ao longo do qual ocorre

a ruptura é menor que o ângulo da face do talude. Para ocorrer esse tipo de ruptura em situações

drenadas o ângulo de inclinação do plano deslizante deve ser maior que o ângulo de atrito

(HOEK; BRAY, 1981).

2.3.5.2. RUPTURA EM CUNHA

Este tipo de ruptura pode ocorrer em taludes em maciços rochosos onde existem duas

ou mais famílias de planos de descontinuidades (Fig. 4B). Nestes casos, em função da

orientação das descontinuidades, uma cunha de rocha pode deslizar ao longo da linha de

intersecção de dois desses planos (HOEK; BRAY, 1981). Para possibilitar a ruptura em cunha a

linha de intersecção tem que ter um ângulo de caimento menor que o ângulo de inclinação do

talude (LISLE; LEYSHON, 2018).

2.3.5.3. TOMBAMENTO DE BLOCOS

É um modo de ruptura diferente dos tipos vistos anteriormente. O tombamento

envolve rotação de colunas ou blocos de rocha sobre uma base fixa (Fig. 4C). Para que ocorra é

necessário que exista uma família de descontinuidades com mergulho em sentido contrário ao

mergulho do talude, com o ângulo entre o plano do talude e o plano de descontinuidade tendo

até 30º (GOODMAN 1989; HOEK; BRAY, 1981).

Page 29: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

27

Figura 4. Tipos de rupturas em taludes. A) Ruptura planar. B) Ruptura em cunha. C)

Tombamento de blocos.

Fonte: Fiori; Carmignani (2013), modificado.

2.4. PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DA ROCHA AO CISALHAMENTO

Para a análise da estabilidade de sistemas de blocos rochosos é necessário compreender

os fatores que controlam a resistência ao cisalhamento das descontinuidades que os separam.

Existem várias abordagens para a caracterização da resistência ao cisalhamento. Neste trabalho

será utilizada a abordagem de Barton e Choubey (1977), baseada em três parâmetros que podem

ser medidos em laboratório e no campo: o coeficiente de rugosidade da fratura JRC (Joint

Roughness Coefficient), a resistência à compressão de fraturas JCS (Joint Wall Compressive

Strength) e o ângulo de atrito residual.

A relação entre estes parâmetros é dada pela equação 1:

JCS = n.tgJRC. log

+ r (1)

onde:

n

= resistência ao cisalhamento

n = tensão normal efetiva atuante no plano da fratura

JRC = coeficiente de rugosidade da junta

JCS = resistência à compressão do material da parede da junta

r = ângulo de atrito residual

2.4.1. Parâmetro JCS

O parâmetro JCS é o valor da resistência à compressão do material nas adjacências das

paredes da fratura. Quando as paredes estão sãs JCS assume o valor da resistência à compressão

Page 30: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

28

não confinada da rocha intacta (c). As paredes de fraturas naturais apresentam na maioria das

vezes algum grau de alteração, devido à ação do intemperismo ocasionado pela percolação de

água, uma vez que o sistema de fraturas representa um caminho preferencial de fluxo. O JCS

passa a ser, neste caso, uma fração de c (WUNDER, 1999).

A estimativa da resistência compressiva na face da fratura pode ser feita com o emprego

do Martelo de Schmidt. O Martelo de Schmidt, também chamado esclerômetro de Schmidt, é

utilizado internacionalmente em mecânica das rochas, sendo normatizado pela International

Society for Rock Mechanics - ISRM (1978) e ASTM D5873 (2000). É um dispositivo portátil,

com um martelo cilíndrico acionado por mola que rebate na superfície da rocha; a distância do

rebote é considerada uma medida da qualidade da rocha (HUDSON; HARRISON, 1997). O

martelo pode ser usado diretamente sobre uma superfície rochosa ou sobre uma amostra.

Há uma correlação razoável entre o número de rebote e a força de compressão não

confinada da rocha (c) (BARTON; CHOUBEY, 1977). Essa relação pode ser observada no

ábaco apresentado na Figura 5. A partir do valor do rebote (R) medido pelo Martelo de Schmidt,

que aparece na abscissa, o valor de JCS é encontrado na ordenada em função da densidade da

rocha.

Figura 5. Ábaco correlacionando a Dureza com a resistência a compressão uniaxial para

obtenção de JCS a partir da leitura do Martelo de Schmidt.

Fonte: Lima; Menezes (2008).

Page 31: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

29

2.4.2. Parâmetro JRC

Todas as superfícies de descontinuidades naturais exibem algum grau de rugosidade,

variando de superfícies lisas com baixa ou nenhuma rugosidade a irregulares e irregulares com

considerável rugosidade. O coeficiente de rugosidade da fratura é um valor que pode ser

estimado comparando-se a aparência de uma superfície de descontinuidade com perfis padrões.

Um dos conjuntos de perfis mais utilizados (BARTON; CHOUBEY, 1977) é apresentado na

Figura 6.

Figura 6. Perfis de rugosidade das descontinuidades e valores JRC equivalentes.

1 0 - 2

2 2 - 4

3 4 - 6

4 6 - 8

5 8 - 10

6 10 -

12

7 12 - 14

8 14 - 16

9 16 - 18

10 18 - 20

0 50

Escala

100 mm

Fonte: Wunder (1999; modificado de Barton; Choubey,1977).

Em relação à rugosidade da face da rocha, quanto maior for a rugosidade maior será a

Page 32: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

30

resistência da junta ao cisalhamento. Para um mesmo JRC a resistência ao cisalhamento

decresce com a diminuição do valor de JCS (Fig. 7). O aumento de JRC tem um efeito relativo

no aumento de resistência, sendo necessário que o valor de JCS seja tal que impeça a destruição

das asperezas.

Figura 7. Critério de ruptura de Barton, relação de JCS e JRC.

Fonte: Wunder (1999, modificado de Barton; Choubey, 1977).

2.4.3. Ângulo de atrito básico - parâmetro

O ângulo de atrito básico é uma quantidade fundamental para o entendimento da

resistência ao cisalhamento das superfícies de descontinuidades. Ele é aproximadamente igual

ao ângulo de atrito residual, mas geralmente é medido testando-se superfícies de rocha serradas

ou moídas (HOEK; BRAY, 1981). O ângulo de atrito básico é obtido por tilt test ou ensaio de

deslizamento por inclinação da superfície. O tilt test é em um ensaio de cisalhamento direto,

onde a tensão normal é proporcional ao peso da parte superior da amostra. O ensaio consiste em

colocar sobre uma bancada horizontal, duas amostras sobrepostas. A bancada é inclinada

lentamente até que ocorra o deslizamento de uma amostra sobre a outra. O ângulo de inclinação

Page 33: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

31

r

da bancada será o ângulo de atrito.

A relação entre o ângulo de atrito básico, o ângulo de atrito residual e o valor do rebote

do ensaio do Martelo de Schmidt é dada pela equação 2 (BARTON; CHOUBEY, 1977):

Onde:

= ( − 20o )+ 20.(r R

)

(2)

r = ângulo de atrito residual

b = ângulo de atrito básico, obtido por tilt test em superfícies lisas, planas, secas e sãs

r = rebote do martelo sobre superfícies alteradas ou molhadas

R = rebote do martelo sobre superfícies sãs e secas

2.4.4. Critério de Resistência de Mohr-Coloumb

O Critério de Resistência de Mohr-Coulomb considera, em uma representação gráfica, uma

envoltória obtida por meio de relações entre a tensão normal (σ) e a tensão cisalhante (τ) (Fig. 8).

A ruptura ocorre quando a tensão cisalhante atuante no plano de resistência atinge o valor de tensão

cisalhante do material em questão.

Figura 8 - Critério de Resistência de Mohr-Coulomb no plano (σ, τ)

Fonte: Bastos (2017).

b

Page 34: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

32

A reta que tangencia os círculos de Mohr é denominado de envoltória de Mohr-Coulomb, e é

representada pela Equação 3.

τ = c + σ tan φ (3)

Onde:

τ = tensão de cisalhamento na ruptura

σ = tensão normal na ruptura

c = intercepto coesivo

φ = ângulo de atrito interno

2.5. CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS

A classificação de maciços rochosos é um meio para descrever quantitativamente a sua

condição mecânica. As classificações consideram a resistência do material rochoso intacto, o

espaçamento, a orientação, a quantidade e as propriedades superficiais das descontinuidades,

bem como a influência das águas subterrâneas, e as tensões in situ. Essas classificações foram

desenvolvidas principalmente para a estimativa dos requisitos de suporte em túneis, mas seu uso

foi expandido para abranger muitos outros campos (HOEK; BRAY, 1981). Os sistemas de

classificação de maciços rochosos permitem avaliar a qualidade do maciço de forma simples,

rápida e contínua, e os valores de classificação podem ser estabelecidos por pessoal treinado no

local da obra (HUDSON; HARRISON, 1997). Neste trabalho será utilizado o sistema de

classificação geomecânica SMR (Slope Mass Rating) (ROMANA, 1985), que foi desenvolvido

a partir do sistema RMR (Rock Mass Rating) (BIENAWSKI, 1974). Tais métodos serão

abordados a seguir.

2.5.1. RMR

Desde a década de 1940 foram introduzidas diversas metodologias de classificação de

maciços rochosos. O primeiro método de avaliação de estabilidade de taludes rochosos por meio

de um sistema de classificação de maciços foi apresentado em 1974 por Bieniawski, e é

conhecido como RMR (Rock Mass Rating). O RMR utiliza o RQD (Rock Quality Designation),

desenvolvido por Deere et al. (1967), em paralelo com a resistência uniaxial da rocha intacta,

abertura, continuidade e orientação das juntas, espaçamento e fluxo de água subterrânea (FIORI;

Page 35: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

33

CARMIGNANI, 2013). O índice RQD avalia a qualidade de maciços rochosos e é suporte para

os demais testes empíricos de classificação de maciços rochosos (FIORI; CARMIGNANI,

2013). O procedimento realizado para a obtenção do índice tem como base a recuperação de

testemunhos de sondagem para um certo intervalo da sondagem pelo seu diâmetro. O valor

corresponde à percentagem gerada pela divisão da soma dos comprimentos de todos os pedaços

do testemunho de sondagem iguais ou maiores do que 10 cm, pelo comprimento total do furo.

O maciço rochoso pode ser classificado em muito fraco (< 25%), fraco (25 – 50%), razoável (50

– 75%), bom (75 – 90%) e excelente (90 – 100%).

Bieniawski, em 1976, fez modificações significativas, no sistema RMR: alterou o

intervalo de pontuação de primeira classe (90-100 para 81-100) e acrescentou o parâmetro de

rugosidade. As condições de água subterrânea foram alteradas, com a introdução da definição

para casos onde a água subterrânea não é medida. O fator de correção quanto à orientação de

descontinuidades oriundas de usos em túneis, taludes e fundações, foi introduzido por

Bieniawski em 1979. Já entre os anos 1988 e 1989 Bieniawski fez as últimas alterações quanto

ao preenchimento, espaçamento, rugosidade, parâmetros de persistência e grau de alteração.

Segundo Bieniawski (1989), para a aquisição da classificação RMR faz-se necessário

determinar 5 parâmetros (Tabela 1) que classificam o maciço em cinco classes conforme a

somatória dos pesos atribuídos (Tabela 2).

Tabela 2. Parâmetros de classificação RMR.

Resistência do

1 material

rochoso intacto

Resistência à

compressão

uniaxial (Mpa)

Valores

>250 100 a 250 50 a 100 25 a 50 5 a 25 1 a 5 <1

ponderais 15 12 7 4 2 1 0

2 RQD (%) Valores

ponderais

Espaçamento

90 a 100 75 a 90 50 a 75 25 a 50 <25

20 17 13 8 3

>2 0,6 a 2 0,2 a 0,6 0,06 a 0,2 <0,06 das

3 descontinuidade

s (m)

Valores

ponderais

20 15 10 8 5

Persistência (m) < 1 1 a 3 3 a 10 10 a 20 >20

Valores 6 4 2 1 0

ponderais

4

Abertura (mm) Nenhuma < 0,1 0,1 a 1 1 a 5 >5

Valores

ponderais 6 5 4 1 0

Co

nd

içõ

es d

as

des

con

tin

uid

ades

Page 36: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

34

Rugosidade

Muito

Rugosa

Rugosa

Ligeiram

ente

Rugosa

Ondulada

Suave

Valores

ponderais 6 5 4 1 0

Preenchimento

(mm) Nenhuma Duro <5 Duro >5 Mole <5 Mole >5

Valores

ponderais 6 4 2 2 0

Alteração

Inalterada

Ligeirament

e alterada

Moderad

amente

alterada

Muito

alterada

Completamente

alterada

Valores

ponderais 6 5 3 1 0

Condições

gerias do

maciço

Seco

Ligeirament

e úmido

Úmido

Pingando

Fluxo abundante

Presença de água

5

Valores

ponderais 15 10 7 4 0

Fonte: Bieniawski (1989), modificado

Tabela 3. Classes RMR conforme valores de pontuação e sua descrição em relação à qualidade.

Classe RMR Classe I Classe II Classe III Classe IV Classe

V

Pontuação total 100 a 81 80 a 61 60 a 41 40 a 21 <20

Descrição Muito bom Bom Normal Ruim Muito

ruim

Fonte: Bieniawski (1989)

2.5.2. SMR

Romana em 1985 propôs a classificação SMR (Slope Mass Rating) para avaliar a

estabilidade das encostas rochosas. O SMR foi desenvolvido através da classificação proposta

por Bieniawski (1974), o RMR (Rock Mass Rating). A classificação se dá pela subtração dos

fatores de ajuste da relação das descontinuidades que afetam o maciço rochoso e a inclinação do

talude e adição de um fator dependente do método de escavação (SINGH; GOEL, 2011).

Romana (1995) estabeleceu o sistema SMR com quatro fatores de correção ao RMR

básico (equação 4):

SMR = 𝑅𝑀𝑅𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜 + (𝐹1 x 𝐹2 x 𝐹3) + 𝐹4 (4)

onde:

- RMR básico descrito pelos parâmetros descritos na Tabela 1;

Page 37: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

35

- 𝐹1 depende do paralelismo entre a direção de mergulho das descontinuidades (αj) e

o mergulho do talude (αs), as rupturas planar, em cunha e por tombamento são definidas pela

equação 5 e relacionadas ao grau de favorecimento (Tabela 4):

𝐹1 = (1 − sen A)² (5)

Tabela 4. Relação F1 para o sistema SMR.

Relação Muito

favorável

Favorável Razoável Desfavorável Muito

desfavorável

Ruptura planar

e em cunha (αj – αs)

>30°

30° a 20°

20° a 10°

10° a 5°

<5° Ruptura por

tombamento (αj

– αs – 180°)

Valores 0,15 0,4 0,7 0,85 1

Fonte: Romana, 1991

- 𝐹2 está relacionado à probabilidade da resistência ao cisalhamento da

descontinuidade e é dependente do mergulho da descontinuidade (β𝑗), no caso de ruptura planar

e em cunha. Para queda de blocos este parâmetro adquire o valor de 1,0 (equação 6) (Tabela 5):

F2 = 𝑡𝑔²β𝑗 (6)

Tabela 5. Relação F2 para o sistema SMR.

Relação

Muito

favorável

Favorável

Razoável

Desfavorável

Muito

desfavorável

Ruptura planar,

em cunha e por

tombamento

β𝑗

<20°

20° a 30°

30° a 35°

35° a 45°

> 45°

Valores 0,15 0,4 0,7 0,85 1

Fonte: Romana, 1991

- 𝐹3 depende da relação entre os mergulhos do talude (βs) e das descontinuidades (βj).

Este parâmetro é o fator de ajuste original de Bieniawski que expressa a probabilidade de a

descontinuidade aflorar na face do talude para ruptura planar (Tabela 6).

Page 38: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

36

Tabela 6. Relação F3 para o sitema SMR.

Relação Muito

favorável

Favorável Razoável Desfavorável Muito

desfavorável

Ruptura planar e

em cunha

(βj – βs )

>30°

30° a 20°

20° a 10°

10° a 5°

<5° Ruptura por

tombamento (βj

+ βs)

Valores 0,15 0,4 0,7 0,85 1

Fonte: Romana, 1991

- 𝐹4 é um fator de ajuste que depende do método de escavação (Tabela 7).

Tabela 7. Fator F4 para o sistema SMR.

Método de

escavação

Encosta

natural

Desmonte por pré-

fissuramento

Demonte suave

Desmonte com

explosivos ou

escavação

mecânica

Desmonte

com

explosão

inadequa

da

Valores para

F4

15

10

8

0

-8

Fonte: Romana, 1991

Os valores mínimo e máximo da equação são 0 e 100 (Tabela 8). Romana (1985) usou

falhas planares e queda de blocos para sua análise. As rupturas em cunha foram consideradas

como um caso especial de planos de ruptura e analisadas como planos individuais. O valor

mínimo de SMR é utilizado para avaliar a inclinação das rochas (SINGH; GOEL, 2011).

Tabela 8. Classes de SMR e suas descrições.

Valor SMR 0 10 2 0 30 40 50 60 70 80 90 100

Classes V – Muito ruim IV - Ruim III – Normal II – Bom I – Muito bom

Estabilidade Totalmente

instável Instável Parcialmente

estável Estável Totalmente

estável

Rotura

Grandes

planares ou

circulares

Planar ou

grandes por

cunha

Pequenas

planares ou

muitas por cunha

Alguns blocos

Nenhum

Contenção Reescavar Corretiva Sistemática Ocasional Nenhum

Fonte: Romana (1993), modificado.

Page 39: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

37

2.6. ANÁLISE DA ESTABILIDADE DE TALUDES POR PROJEÇÃO

ESTEREOGRÁFICA

A identificação dos tipos potenciais de escorregamento é um pré-requisito fundamental

para a análise de estabilidades e manipulação de taludes. Uma forma adequada de representação

e tratamento de dados estruturais (estruturas planares, falhas, fraturas, etc.) é pela projeção

estereográfica, que viabiliza a representação de dados estruturais com rápida visualização

espacial. A projeção estereográfica faz uso da rede equiárea, também denominada rede de

Schmidt-Lambert ou simplesmente rede de Schmidt. A projeção estereográfica viabiliza uma

forma prática de apresentar orientações de taludes de rochas em relação a conjuntos de

descontinuidades presentes. Essa relação torna possível determinar o tipo de ruptura mais

provável de ocorrer (LISLE; LEYSHON, 2018).

2.6.1. Ruptura planar

Em um estereograma, a possibilidade de ruptura planar fica evidenciada quando o

grande círculo que representa o plano de fratura modal mergulha menos do que o grande círculo

que representa a face do talude (Fig. 9).

Figura 9. Bloco diagrama de talude com ruptura planar. O estereograma mostra que a

orientação das descontinuidades em relação ao talude permite a ruptura planar.

Fonte: Lisle; Leyshon (2018), modificado.

Em taludes estáveis a força de resistência prevalece sobre as forças motrizes. Há um

ângulo de declive determinante na descontinuidade basal para que ocorra o deslizamento (Fig.

10a). Esse ângulo é chamado de ângulo de fricção de deslizamento ou ângulo de atrito básico

Page 40: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

38

(parâmetro ), mencionado anteriormente.

A Figura 10b mostra que qualquer descontinuidade com um ângulo de mergulho crítico,

tem uma normal que se afasta da vertical com o mesmo ângulo. Considerando-se as normais a

todas as descontinuidades com mergulho crítico possíveis, percebe-se que elas definem um cone

com eixo vertical (LISLE; LEYSHON, 2018). Esse cone é chamado de cone de atrito e contém

as normais das descontinuidades que possuem um ângulo de mergulho menor que o ângulo

crítico.

Na análise da estabilidade de um talude rochoso é apropriado que se plote o ângulo de

atrito como um círculo menor no centro do estereograma (Fig. 10c), que representa todas as

linhas inclinadas com um ângulo a partir da vertical. Planos estáveis com baixos ângulos de

mergulho têm polos que são projetados dentro do cone de atrito; os polos dos planos instáveis,

com altos ângulos de mergulho, plotam fora do cone de atrito (Fig. 10c).

Figura 10. Representação do ângulo de atrito. a) Relações geométricas entre o ângulo , a

vertical e a normal à descontinuidade. b) Cone de atrito. c) Estereograma com cone de atrito.

Fonte: Lisle; Leyshon (2018), modificado.

Page 41: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

39

2.6.2. Ruptura em cunha

Um estereograma mostra que a ruptura em cunha é possível quando a linha de

intersecção dos grandes círculos que representam os planos modais de duas famílias de

descontinuidades tem caimento menor do que o ângulo de inclinação do talude. Para que

ocorra a ruptura é necessário que a linha de intersecção também aflore na porção superior do

talude (Fig. 11).

Figura 11. Bloco diagrama de talude com ruptura em cunha e sua representação estereográfica.

Fonte: Lisle; Leyshon (2018), modificado.

Para a análise da ruptura em cunha é necessário considerar o ângulo de atrito, , e a

orientação do talude rochoso. Porém, de maneira oposta ao procedimento efetuado para a

análise da ruptura planar ( determinado em relação à vertical – no centro do estereograma),

para a análise da ruptura em cunha o ângulo é determinado a partir da horizontal (a partir da

borda do estereograma) (Fig. 12a). Para que seja ultrapassada a resistência do atrito sob

condições secas o caimento da linha de intersecção das duas descontinuidades deve exceder o

ângulo de atrito. As linhas de intersecção com caimento crítico plotam no interior do pequeno

círculo que representa o cone de atrito (Fig. 12b) ( LISLE; LEYSHON, 2018).

No exemplo mostrado na Figura 12c a linha de intersecção 1 permite a ruptura em

cunha, pois cai no sentido do mergulho do talude e possui ângulo de caimento menor do que o

mergulho do talude. Diz-se que a linha está em exposição. Já a linha de intersecção 2 não

permite a ruptura, pois seu caimento é para dentro do talude.

Considerando-se a zona de exposição em conjunto com o ângulo de atrito, observa-se

que a ruptura em cunha só é possível se a linha de intersecção de um par de descontinuidades

Page 42: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

40

plotar no interior do cone de atrito e da zona de exposição (zona de cunhas instáveis na Fig.

12d).

Figura 12. Análise de ruptura em cunha considerando o ângulo de atrito. a) Bloco diagrama de

talude com deslizamento em cunha causado pelo ângulo () de caimento da linha de intersecção. b)

Estereograma com cone de atrito. c) Estereograma com representação do talude (grande círculo) e linhas

de intersecção com diferentes ângulos de caimento. d) Estereograma com representação do talude e do

cone de atrito, com indicação do campo onde plotam os polos de cunhas instáveis.

Fonte: Lisle; Leyshon (2018), modificado.

Page 43: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

41

3. GEOLOGIA REGIONAL

A área onde se encontram os taludes estudados faz parte da porção central do Batólito

de Florianópolis. O Batólito de Florianópolis é composto pelo Complexo Águas Mornas e pelas

suítes Paulo Lopes, Pedras Grandes, Cambirela e Maruim (BITENCOURT et al., 2008). Mais

especificamente, a área está nos domínios da Suíte Maruim. Esta suíte, formada por granitos

álcali-cálcicos, compreende o Granito São Pedro de Alcântara, o Granito Rio das Antas, o

Granodiorito Alto da Varginha, o Tonalito Forquilha, o Granito Barra da Laguna, o Granito

Jaguaruna e o Granito Treze de Maio. Estas unidades são consideradas pré a sin-colisionais no

contexto da evolução do Cinturão Dom Feliciano e têm idades de cristalização em torno de 600

Ma (BASEI, 1985). Os contatos entre estas unidades são descritos como “graduais”

(WILDNER, 1990).

As rochas que afloram nos taludes estudados pertencem ao Granito São Pedro de

Alcântara, que é a unidade com maior distribuição areal na Suíte Maruim, dominando a

extremidade nordeste da Suíte Maruim (Fig. 13). O Granito São Pedro de Alcântara é

mesocrático, com coloração cinza escura, tem granulação grosseira, com fenocristais

esbranquiçados de K-feldspato centimétricos. Sua mineralogia inclui, além de K-feldspato,

quartzo, plagioclásio e biotita como constituintes principais, seguindo-se, em ordem decrescente

de abundância, opacos, anfibólios e muscovita. Zircão, esfeno, allanita e apatita são os minerais

acessórios, enquanto sericita, clorita, epidoto, carbonato e esfeno aparecem como produtos de

alteração. A variedade petrográfica predominante é o monzogranito, com variações para

quartzo-monzonitos e sienogranitos (WILDNER, 1990).

Portanto, os taludes estudados estão em um maciço formado por rochas ígneas

plutônicas, sem a presença de rochas metamórficas. Esta característica influi diretamente nos

tipos de descontinuidades que podem ser geradas.

Page 44: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

42

Figura 13. Mapa geológico da região onde se insere a área de estudo.

Fonte: da autora.

Page 45: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

43

4. MATERIAIS E MÉTODOS

métodos:

O desenvolvimento do trabalho nos taludes do GSPA envolveu as seguintes etapas e

Trabalhos de campo:

• Caracterização geológica. Descrição das características das rochas observadas

nos taludes com emprego de trena, lupa mineralógica, martelo de geólogo e

câmera fotográfica; coleta de amostras.

• Caracterização estrutural. Identificação, descrição e classificação de

descontinuidades nos taludes com uso de bússola de geólogo tipo Brunton.

• Determinação de parâmetros associados às descontinuidades, tais como

espaçamento, rugosidade, orientação, grau de alteração, persistência, abertura,

preenchimento e percolação de água.

Page 46: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

44

• Determinação do coeficiente de rugosidade das descontinuidades - JRC (Joint

Roughness Coefficient), da resistência à compressão das descontinuidades - JCS

(Joint Wall Compressive Strength) e do ângulo de atrito residual (BARTON;

CHOUBEY, 1977).

Os trabalhos de campo foram realizados em duas etapas, uma no dia 04 de abril de

2019, com a presença do orientador e outra no dia 10 de setembro de 2019, com a presença do

co-orientador.

Trabalhos de laboratório:

• Seleção de amostras para laminação e confecção de lâminas delgadas no

Laboratório de Laminação do Departamento de Geologia da UFSC.

• Descrição petrográfica com microscópio polarizante no Laboratório de Ensino

de Mineralogia Ótica do Departamento de Geologia da UFSC e realização de

fotos de lâminas delgadas com o software AnalySIS imager.

• Elaboração de estereogramas com o software Stereonet 10.1 (CARDOZO;

ALLMENDINGER, 2013).

• Definição de relações angulares entre famílias de descontinuidades e os taludes

e análise da estabilidade dos taludes segundo o método de Lisle; Leyshon

(2018).

• Classificação geomecânica RMR (Rock Mass Rating) (BIENIAWSKI, 1974,

1984, 1989).

• Classificação SMR (Slope Mass Rating) do maciço rochoso (ROMANA, 1985).

Os resultados do trabalho são apenas de cunho acadêmico. A Arteris S/A oportunizou o

desenvolvimento do trabalho prático de análise de estabilidade de taludes em condições reais,

sem, no entanto, ter interesse pelos dados obtidos, pois os taludes estudados não apresentavam

riscos maiores de deslizamento.

Page 47: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

45

5. RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1. CARACTERIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO

Neste capítulo é feita a análise de lineamentos na região circunvizinha à área de estudo,

apresentada a descrição geral dos taludes e a descrição petrográfica do granito existente no local

e são caracterizadas as descontinuidades.

5.1.1. Análise de lineamentos

Conforme o mapa geológico regional (Fig. 13), a área de estudo situa-se no limite entre o

GSPA (a W) e depósitos colúvio-aluvionares (a E). Esta situação explica as características de

relevo observadas na imagem MDE (Modelo Digital de Elevação) sombreada apresentada na

Figura 14. Como se observa, a região a leste da área de estudos não apresenta relevo expressivo,

o que impede a traçagem de lineamentos.

Considerando lineamentos com mais de 500 m de extensão, a imagem MDE (fig. 13)

permite definir a existência de três direções principais - N10E, N45E e N80E - marcadas por

trechos de drenagens retilíneos e por sistemas de fraturas.

A análise de imagem não permite determinar os tipos de descontinuidades que os

lineamentos representam (fraturas ou falhas). Com base na bibliografia sobre a geologia

regional, o que pode ser inferido é o seguinte: os lineamentos em torno de N45E podem ser

relacionados à Zona de Cisalhamento Major Gercino, que se localiza 40 km a NW da área onde

se encontram os taludes (CPRM, 2014). Os lineamentos N10E podem ser associados ao evento

de rifteamento continental que resultou na abertura do oceano Atlântico, e afetou diretamente a

área de estudo. Dessa forma, uma hipótese de trabalho seria considerar que os lineamentos

N45E representam falhas transcorrentes que se formaram no contexto do ciclo Brasiliano, há

aproximadamente 600 Ma; enquanto que os lineamentos N10E representam falhas normais

formadas por volta de 130 Ma. Quanto aos lineamentos N80E, nada pode ser suposto.

A existência de planos de descontinuidades com estas orientações nos taludes poderá

permitir sua melhor caracterização, principalmente se apresentarem algum tipo de indicação de

movimento.

Page 48: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

46

Figura 14. Modelo Digital de Elevação com lineamentos. Iluminação artificial N315 com 45°.

Fonte: da autora.

5.1.2. Descrição Física

O local de estudo é formado por dois taludes rochosos artificiais (Fig. 15) realizados por

meio de detonação. Os taludes se encontram em um trecho do Contorno Rodoviário de

Florianópolis com orientação N320. Suas faces são voltadas para NE (Talude W) e para SW

(Talude E).

Figura 15. Visão geral dos taludes W e E, em fotografia tomada de S para N.

Fonte: da autora

Page 49: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

47

Os taludes possuem aproximadamente 10m de altura e 120m de comprimento. Eles são

formados por uma bancada principal com 6m de altura e uma segunda bancada (rocha muito

alterada / solo residual) com aproximadamente 4m. A inclinação dos taludes é de 60°. Nos dois

taludes são visíveis marcas dos furos de detonação com espaçamento de 1,3m (Fig. 16).

Figura 16. Expressão geral dos taludes. A) Talude W (fotografia tomada de NE para SW). B) Talude E

(fotografia tomada de SW para NE).

Fonte: da autora.

Os taludes são formados essencialmente por rocha sã, mas têm porções muito

intemperizadas. As zonas intemperizadas são mais expressivas nas extremidades e na porção

superior dos taludes (Fig. 17).

Figura 17. Intemperismo do talude W. A) Contato solo-rocha na extremidade NW do talude. B)

Zona intemperizada na extremidadade SE do talude (largura da foto = 4m).

Fonte: da autora.

Page 50: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

48

5.1.3. Descrição petrográfica

Os taludes mostram duas fácies do GSPA, granito porfirítico e granito fino, que variam

de mesocráticas a leucocráticas. O granito porfirítico, que é a fácies predominante nos taludes,

tem coloração cinza escura a cinza clara dada pela matriz com muita biotita. Nele se destacam

porfiroclastos brancos de K-feldspato e por vezes quartzo recristalizado. O K-feldspato tem de 3

a 7cm e seu hábito varia de euédrico (tabular) à subédrico. O granito fino é cinza claro (Fig. 18).

Figura 18. Fácies do Granito São Pedro de Alcântara observadas nos taludes. A e B) Granito

porfirítico C) Granito fino.

Fonte: da autora.

Em lâmina se observa que a matriz do granito porfirítico é formada essencialmente por

quartzo, feldspatos e biotita, e que bandas de quartzo e biotita podem formar uma foliação (Fig.

19).

Figura 19. Aspecto petrográfico da matriz do granito porfirítico. Bandas de quartzo e biotita

marcam a foliação. (X).

Fonte: da autora.

Page 51: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

49

O granito fino é equigranular com tamanho de grãos entre 0,5 e 1mm. É formado

essencialmente por quartzo e feldspatos, a presença de biotita é bem menor quando comparado

com o granito porfirítico (Fig. 20).

Figura 20. Aspecto petrográfico do granito fino. Quartzo e feldspatos equigranulares cortados

por duas bandas cataclásticas. (X).

Fonte: da autora.

Quanto às relações de campo, dois tipos de contato foram observados entre as fácies

fina e porfirítica, no talude W. A fácies fina corta a fácies porfirítica ou o contato entre elas é

interdigitado (Fig 21).

Figura 21. Relações de contato entre as fácies fina e porfirítica do GSPA. A) Fácies fina

cortando a fácies porfirítica. B) Contato interdigitado.

Fonte: da autora.

Page 52: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

50

5.1.4. Feições estruturais

A deformação no granito porfirítico é muito heterogênea. O granito apresenta desde

estruturas magmáticas e submagmáticas até estruturas frágeis de baixa temperatura.

Nos taludes são visíveis feições de fluxo magmático. Pontualmente ocorre uma foliação

magmática sinuosa que é marcada por pórfiros de K-feldspato euédricos orientados. Pórfiros de

K-feldspato também podem formar estruturas de entelhamento (Fig. 22). Estas duas estruturas

são ligadas à deformação do granito nos estágios magmático a submagmático.

Figura 22. Estrutura submagmática no granito porfirítico. Pórfiros de K-feldspato entelhados.

Fonte: da autora.

No granito porfirítico e no granito fino são proeminentes estruturas de alta a média

temperatura. Comumente os pórfiros de feldspato estão deformados (Fig. 23) e a rocha

porfirítica ou fina apresenta foliação e lineação (Fig. 24).

Page 53: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

51

Figura 23. Estruturas de deformação de alta temperatura. Pórfiros de K-feldspato muito

deformados (porção superior esquerda) e pórfiros de K-feldpato com aspecto ígneo (porção superior

direita). Veio de quartzo centimétrico e foliação anteriores rompidos por falhas.

Fonte: da autora.

Figura 24. Lineação e foliação no granito porfirítico. A) Granito com lineação de estiramento

mineral (K-feldspato) e sem foliação. B) Granito com foliação.

Fonte: da autora.

A foliação é definida pela orientação de bandas de quartzo e de biotita e por feldspatos

ocelares (Fig. 25). No talude se observa que a orientação da foliação varia de horizontal a

subvertical (Fig. 26).

Page 54: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

Fonte: da autora.

50

Figura 25. Granito porfirítico. Foliação (linha vermelha tracejada) marcada pela orientação de

bandas de quartzo e biotita e por feldspatos ocelares. (X).

Fonte: da autora.

Figura 26. Granito porfirítico com foliação (linha vermelha tracejada) subvertical. Largura da

foto= 2m.

Page 55: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

Fonte: da autora.

51

Em parte, a variação na orientação da foliação pode ser ligada ao fluxo magmático,

porém no granito fino ocorrem veios félsicos centimétricos que formam dobras isoclinais

(recumbentes) (Fig. 27). Isso mostra que a foliação do GSPA vista nos taludes está dobrada.

Figura 27. Granito fino. Dobra isoclinal em veio félsico.

Fonte: da autora.

As medidas de foliação e lineação obtidas nos taludes são apresentadas em projeção

estereográfica na Figura 28.

Figura 28. Estereograma com medidas de foliação e lineação no GSPA nos taludes estudados.

Rede equiárea. Hemisfério inferior.

Page 56: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

52

A deformação frágil no granito é representada por veios de quartzo centimétricos que

cortam todas as estruturas precedentes. Estes veios que, se formaram em fraturas tardias, são

retilíneos (Fig. 23). Nos taludes também ocorrem veios formados por quartzo fibroso (Fig. 29).

Além disso, pontualmente ocorrem bandas cataclásticas verticais de espessura centimétrica (Fig.

30).

Figura 29. Granito fino. Veios de quartzo fibroso.

Fonte: da autora.

Page 57: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

53

Figura 30. Granito fino. Bandas cataclásticas verticais.

Fonte: da autora.

A existência de feições de deformação formadas desde o estágio magmático /

submagmático até o estágio subsolidus de baixa temperatura é melhor evidenciada nas

microestruturas. No granito porfirítico ocorrem grãos de feldspato com fraturas preenchidas por

quartzo (Fig. 31). Esta feição pode ser ligada ao estágio submagmático, onde os feldspatos que

já estão em contato mútuo se fraturam por ação de um esforço regional e estas fraturas são

preenchidas pelo quartzo que ainda resiste no magma. No granito porfirítico também são

comuns grãos de quartzo com estruturas em tabuleiro de xadrez (Fig. 32), que se formam em

alta temperatura.

Page 58: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

54

Figura 31. Granito porfirítico. Grão de feldspato com fraturas preenchidas por quartzo (K-f).

(X).

Fonte: da autora.

Figura 32. Granito porfirítico. Quartzo intersticial com estrutura em tabuleiro de xadrez (Qtz).

(X).

Fonte: da autora.

Como exemplos de microestruturas de média temperatura podem ser citadas a intensa

recristalização de feldspato (Fig. 33) e a recristalização de quartzo por migração de limites de

grãos (Fig. 34).

Page 59: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

55

Figura 33. Granito fino. Feldspato com recristalização intensa. (X).

Fonte: da autora.

Figura 34. Granito porfirítico. Quartzo com recristalização por migração de limite de grãos.

(X).

Fonte: da autora.

Page 60: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

56

A deformação dúctil do quartzo em temperaturas próximas a 350°C é indicada pela sua

recristalização por rotação de subgrãos (Fig. 35). Nestas condições também se formam as

estruturas bookshelf observadas em alguns pórfiros de K-feldspato (Fig. 36).

Figura 35. Granito porfirítico. Quartzo recristalizado por rotação de subgrãos. (X).

Fonte: da autora.

Figura 36. Granito porfirítico. Estrutura bookshelf em feldspato fraturado. (X).

Fonte: da autora.

Page 61: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

57

Por fim, a deformação frágil no GSPA se manifesta pelas bandas cataclásticas (Fig. 30).

Em lâminas são observadas bandas cataclásticas com espessura submilimétrica com evidências

de fluxo cataclástico (Fig. 37). Também se observa que as bandas cataclásticas são cortadas por

vênulas de quartzo (Fig. 37B). Isso sugere que os veios de quartzo visíveis no talude são

posteriores à formação das bandas cataclásticas.

Figura 37. Granito fino. A) Banda cataclástica com evidência de fluxo cataclástico. B) Banda

cataclástica cortada por vênula de quartzo. (X).

Fonte: da autora.

Dentre as estruturas apresentadas até aqui, apenas a foliação e as bandas cataclásticas

podem ter influência na estabilidade dos taludes. Entretanto, as bandas cataclásticas são

verticais e perpendiculares às faces dos taludes e por este motivo não afetam a estabilidade. A

foliação, por sua vez, em zonas mais alteradas forma planos de fraqueza que dependendo da

orientação podem afetar a estabilidade do talude. Por exemplo, na Figura 26 a linha vermelha

tracejada mostra uma zona onde a foliação subvertical pode gerar tombamento de blocos.

A instabilidade dos taludes é causada por descontinuidades que podem ser planos de

falhas transcorrentes, falhas de baixo ângulo ou zonas de fraturas, que serão descritas a seguir.

5.2. CARACTERIZAÇÃO DAS FAMÍLIAS DE DESCONTINUIDADES COM BASE

EM PROJEÇÃO ESTEREOGRÁFICA

5.2.1. Orientação das famílias de descontinuidades

Nos taludes ocorrem falhas e fraturas. Os planos de falhas podem ser caracterizados

pela presença de estrias. Foram consideradas como fraturas as descontinuidades que não

apresentavam nenhum indicador cinemático. As fraturas foram divididas em (sub)verticais e

subhorizontais.

Page 62: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

58

5.2.1.1. Falhas – nos taludes ocorrem três famílias de falhas transcorrentes e

uma família com plano de falha de baixo ângulo (Fig. 38 e 39). As três

famílias de falhas transcorrentes têm planos verticais ou de alto ângulo e

apresentam estrias horizontais ou com caimento de até 5°, indicativo de falhas

direcionais (Fig. 38A). A família de falha de baixo ângulo tem planos

estriados com mergulho de 25° (Fig. 38B). A família de falhas transcorrentes

com orientação N45E (Fig. 38) é claramente a responsável pelos lineamentos

N45E definidos na análise de lineamentos.

Figura 38. Falhas direcionais. A) Plano de falha vertical com estrias horizontais. B) Plano de

falha de baixo ângulo com estrias down-dep.

Fonte: da autora.

Figura 39. Estereograma com 3 famílias de falhas direcionais (azul) e 1 família de falha de

baixo ângulo (vermelho) observadas nos taludes. Rede equiárea. Hemisfério inferior.

Fonte: da autora.

Page 63: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

59

5.2.1.2. Fraturas (sub)verticais – são as fraturas com maior persistência nos

taludes (Fig. 40). Foram identificadas 8 famílias (Fig. 41).

Figura 40. Fraturas (sub)verticais.

Fonte: da autora.

Figura 41. Estereograma com 8 famílias de fraturas (sub)verticais. Rede equirea. Hemisfério

inferior.

Fonte: da autora.

Page 64: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

60

5.2.1.3. Fraturas subhorizontais – foram identificadas 8 famílias (Figura 42).

Número igual ao de fraturas (sub)verticais, porém com menor persistência

(Fig. 43).

Figura 42. Família de fraturas subhorizontais. Largura da foto = 5m.

Fonte: da autora.

Figura 43. Estereograma com 8 famílias de fraturas subhorizontais. Rede equiárea. Hemisfério

inferior.

Fonte: da autora.

Page 65: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

Fonte: da autora.

61

5.2.2. Deslizamentos em cunha e estimativa do ângulo de atrito básico

Nos taludes foi observada a existência de deslizamentos em cunha recentes. Foram

observados um caso no talude W e dois no talude E. Como estes deslizamentos de fato

ocorreram, foi possível a partir da orientação das famílias de descontinuidades envolvidas em

cada caso estimar um valor máximo para o ângulo de atrito (Fig. 44). Neste caso foi estimado

um ângulo de atrito máximo de 35°.

Figura 44. Deslizamentos em cunha. A) Deslizamento em cunha no talude W. A linha de

intersecção tem caimento 38/115. B) Deslizamento em cunha no talude E. A linha de intersecção tem

caimento 35/219. C) Deslizamento em cunha no talude E. A linha de intersecção tem caimento 36/195.

Rede equiarea. Hemisfério inferior.

Fonte: da autora.

5.2.3. Estimativa de ruptura planar

Considerando o ângulo de atrito de 35° estimado no item anterior e 20 famílias de

descontinuidades, observa-se na Figura 45 que para o talude W (mergulho para NE) a família de

fraturas NS/45E (Fig. 46) é favorável à ruptura planar.

Figura 45. Estereograma para ruptura planar no talude W. Rede equiárea. Hemisfério inferior.

Page 66: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

Fonte: da autora.

62

Figura 46. Fraturas NS/45E e NS/45W presentes no talude W.

Fonte: da autora.

No talude E observa-se que duas famílias têm orientações compatíveis para que ocorra

a ruptura planar e uma família fica próxima do limite de ruptura (Fig. 47).

Figura 47. Estereograma para ruptura planar no talude E. Rede equiarea. Hemisfério inferior.

Page 67: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

Fonte: da autora.

63

5.2.4. Estimativa de ruptura em cunha

As 20 famílias de fraturas tem orientações tais que permitem a existência de 380 linhas

de intersecção. São essas linhas de intersecção que podem levar à ruptura em cunha, desde que

com orientação compatível com a orientação do talude. Para o talude W foram identificadas 3

linhas de intersecção dentro do campo instável e duas muito próximas a ele (Fig. 48). No talude

E foram identificadas pelo menos 9 linhas de intersecção com orientação adequada para gerar a

ruptura em cunha e outros 4 famílias bem próximas ao limite de instabilidade (Fig. 49).

Figura 48. Estereograma para ruptura em cunha com linhas de intersecção entre as 20 famílias

de fraturas, para o talude W. Rede equiárea. Hemisfério inferior.

Fonte: da autora.

Figura 49. Estereograma para ruptura em cunha com linhas de intersecção entre as 20 famílias

de fraturas, para o talude E. Rede equiárea. Hemisfério inferior.

Page 68: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

64

Observa-se, portanto, que a possibilidade de ruptura em cunha é bem maior que a

possibilidade de ruptura planar nos talude estudados. Observa-se também que a possibilidade de

ruptura em cunha é muito maior no talude com mergulho para SW do que o talude com

mergulho para NE.

Todas estas estimativas foram feitas com base na existência de ângulo de atrito de 35°

definido com base em rupturas observadas nos taludes. Uma maneira mais acurada de análise de

ruptura e uma determinação mais precisa do ângulo de atrito podem ser feitas através da

abordagem de parâmetros geotécnicos (ver item 2.4).

5.3. CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA DAS DESCONTINUIDADES

Para essa caracterização foram escolhidas 3 famílias de descontinuidades baseadas na

densidade de concentração das 53 fraturas medidas nos taludes E e W (Fig. 50).

Figura 50. Estereograma de contorno estrutural mostrando as famílias de descontinuidades

presentes nos taludes E e W e as três famílias de descontinuidades escolhidas. Em amarelo, polo médio de

cada família e em vermelho polos das descontinuidades.

Fonte: da autora.

Page 69: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

65

Os parâmetros verificados em campo para cada uma das famílias estão listados na

Tabela 9. As 3 famílias foram escolhidas com base nas suas características de espaçamento e

persistência. As três famílias possuem alta persistência (<10m), baixa rugosidade e apenas uma

das famílias se apresenta aberta (a mesma que se apresenta ligeiramente úmida).

Tabela 9. Famílias de descontinuidades e seus atributos.

Família

Direção

(°)

Mergulho

(°)

Espaçam

ento (m)

Persistência

(m)

Abertura

(mm)

Preenchi

mento

(mm)

Rugosida

de (JRC)

Infiltraçã

o de água

1 0 80 1 3 a 10 1 a 5 Mole <5 1 a 4 Ligeirame

nte úmido

2 70 90 5 1 a 10 Nenhum Nenhum 1 a 2 Seco

3 10 25 3 1 a 10 Nenhum Nenhum 4 a 6 Seco

Fonte: da autora.

5.3.1. Análise e classificação do maciço rochoso

Para a análise e classificação do maciço rochoso os taludes E e W podem ser divididos

em três zonas geomecânicas, relacionadas com o grau de alteração, coerência e grau de

fraturamento, denominadas Z1 (rocha medianamente decomposta), Z2 (rocha pouco

decomposta) e Z3 (rocha sã). Considerando que os taludes estudados apresentam grande

homogeniedade estrutural, as zonas geomecânicas serão analisadas com base apenas nas 3

famílias de descontinuidades 1, 2 e 3 (Fig. 49).

A seguir serão descritas as características de cada zona geomecânica com base nas

classificações RMR (Rock Mass Rating) (Tabela 3) e SMR (Slope Mass Rating) (Tabela 8). Para

a classificação SMR as zonas geomecânicas serão analisadas reparadamente em cada talude, em

razão das suas diferentes de orientações.

5.3.1.1. ZONA GEOMECÂNICA Z1

A zona geomecânica Z1 compreende a rocha medianamente decomposta e tem

coerência medianamente resistente e médio grau de fraturamento. A ocorrência desse tipo de

rocha nos talude E e W é indicada na Figura 51. Em cada um dos taludes existem 3 zonas Z1

que podem ser observadas em detalhe na Figura 52.

Page 70: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

66

Figura 51. Zona geomecânica Z1 (linhas vermelhas tracejadas) nos talude W (A) e E (B).

Fonte: da autora.

Figura 52. Detalhe da zona geomecânica Z1 as fotos A, B e C são do talude W e D, E e F são

do Talude E.

Fonte: da autora.

Page 71: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

67

5.3.1.1.1. RMR

Para a classificação RMR (Rock Mass Rating) foram utilizados os valores ponderais

de Bieniawski (1989) (Tabela 2). Levando em consideração os atributos listados na Tabela 9

foram obtidos para a zona geomecânica Z1 os valores apresentados na Tabela 10.

Tabela 10. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona

geomecânica Z1.

Parâmetros Valores Ponderais

Resistência à ruptura por compressão uniaxial 4 a 7

RQD(%) 10 a 13

Espaçamento (m) 12 a 15

Condição das descontinuidades 8 a 18

Persistência (m) 2 a 4

Abertura (mm) 4 a 5

Rugosidade 1 a 4

Preenchimento (mm) 0 a 2

Grau de alteração 1 a 3

Infiltração de água 7 a 10

RMR 41 a 63

Fonte: da autora.

Com valor de RMR de 41 a 63 a zona geomecânica Z1 (conforme a Tabela 3) pode ser

classificada normal / classe III.

5.3.1.1.2. SMR

Para a classificação SMR foram utilizados os 4 fatores de correção (F1, F2, F3 e F4)

para o RMR básico (Romana 1991). Com base nas fórmulas apresentadas na revisão conceitual

(item 2.5.2). F1, F2, F3, e F4 serão calculados assumindo o valor médio do RMR de 52 tanto

para ruptura do tipo planar quanto por tombamento para cada uma das 3 famílias de

descontinuidades escolhidas. Como os taludes W e E possuem orientações diferentes os cálculos

de SMR serão realizados separadamente para cada talude.

5.3.1.1.2.1. TALUDE W

As tabelas 11 e 12 mostram os valores de SMR para ruptura planar / cunha e

Page 72: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

68

Família Ruptura Planar e cunha

tombamento para cada uma das 3 famílias de descontinuidades, considerando a orientação

320° do talude W.

Tabela 11. Valores de SMR para ruptura planar e cunha para Z1, para o talude W.

Família

Ruptura Planar e cunha

F1 │αj -αs│ F2 (βj) F3 (βj-βs) F4 SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 320 0,15 80 1 20 0 Pc 0 52

2 20 0,7 83 1 30 0 Pc 0 52

3 310 0,15 25 0,4 -35 -60 Pc 0 48,4

Fonte: da autora.

Tabela 12. Valores de SMR para tombamento para Z1, para o talude W.

Família

Tombamento

F1 │αj -αs –

180°│

F2 (βj)

F3 (βj+βs)

F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 500 0,15 80 1 140 -25 Pc 10 58,25

2 430 0,15 90 1 150 -25 Pc 10 58,25

3 490 0,15 25 1 85 0 Pc 10 62

Fonte: da autora.

Os valores de SMR são divididos em classes (I a V), conforme a Tabela 8 e indicam a

estabilidade, tipo de rotura e contenção. As famílias 1, 2 e 3 possuem valores próximos de SMR

para ruptura planar classificando-se como parcialmente estáveis, com alguma probabilidade de

ruptura. Com relação ao tombamento, os valores de SMR também são próximos para as 3

famílias e indicam que o talude W é estável em relação ao tombamento.

5.3.1.1.2.2. TALUDE E

Considerando o valor de RMR básico de 52 os coeficientes e o valor definido tanto

para ruptura do tipo planar / cunha quanto por tombamento para cada uma das 3 famílias de

descontinuidades com relação à orientação do talude E (considerada como N140, para atender

às especificações da planilha utilizada), são apresentados nas Tabelas 13 e 14.

Tabela 13. Valores de SMR para ruptura planar e cunha para Z1, para o talude E.

Page 73: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

69

F1 │αj -αs│ F2 (βj) F3 (βj-βs) F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 140 0,15 80 1 20 0 Pc 0 52

2 20 0,7 83 1 30 0 Pc 0 52

3 130 0,15 25 0,4 -35 -60 Pc 0 48,4

Fonte: da autora.

Tabela 14. Valores de SMR para tombamento para Z1, para o talude E.

Família

Tombamento

F1 │αj -αs –

180°│

F2 (βj)

F3 (βj+βs)

F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 320 0,15 80 1 140 -25 Pc 10 58,25

2 250 0,15 90 1 150 -25 Pc 10 58,25

3 310 0,15 25 1 85 0 Pc 10 62

Fonte: da autora.

No talude W e no talude E os valores de SMR para ruptura planar / cunha e tombamento

são os mesmos, ou seja, as orientações dos taludes neste caso não influeciam no tipo de ruptura.

5.3.1.2. ZONA GEOMECÂNICA Z2

A zona geomecânica Z2 é formada por rocha pouco decomposta e pode ser encontrada

tanto no talude E quando no talude W (Fig. 53). Detalhes desta zona podem ser vistos na Figura

54.

Page 74: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

70

Figura 53. Zona geomecânica Z2 (linhas vermelhas tracejadas) nos talude W. A) e B).

Fonte: da autora.

Figura 54. Detalhe da zona geomecânica Z2. Fotos A, B e C são do talude W. Fotos D, E e F

são do talude E.

Fonte: da autora.

Page 75: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

71

5.3.1.2.1. RMR

Para a classificação RMR (Rock Mass Rating), a tabela 15 mostra os valores ponderais

segundo Bieniawski (1989) (Tabela 2), para cada atributo da zona geomecânica Z2 com base

nos dados da Tabela 8.

Tabela 15. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona

geomecânica Z2.

Parâmetros Valores Ponderais

Resistência à ruptura por compressão uniaxial 10 a 12

RQD(%) 15 a 17

Espaçamento (m) 5 a 6

Condição das descontinuidades 14 a 21

Persistência (m) 4 a 6

Abertura (mm) 1 a 3

Rugosidade 1 a 2

Preenchimento (mm) 4 a 5

Grau de alteração 3 a 5

Infiltração de água 12 a 15

RMR 54 a 71

Fonte: da autora.

De acordo com a Tabela 3, a zona geomecânica Z2 com valor de RMR de 54 a 71 é

classificada como boa (classe II) quanto à sua qualidade.

5.3.1.2.2. SMR

Assumindo o valor médio de RMR básico de 62,5 para Z2, serão obtidos os coeficientes e

o valor definido para cada um deles em F1, F2, F3 e F4 tanto para ruptura do tipo planar/cunha

quanto por tombamento para cada uma das 3 famílias de descontinuidades definidas. Como a

zona geomecânica Z2 está presente tanto no talude W quanto no talude E os valores de SMR

serão analisados separadamente.

5.3.1.2.2.1. TALUDE W

Com base na orientação do talude W (N320) foram calculados separadamente os valores de

SMR para ruptura planar e tombamento para cada uma das 3

Page 76: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

72

famílias de descontinuidades.

Tabela 16. Valores de SMR para ruptura planar em cunha para a zona geomecânica Z2, para o

talude W.

Família

Ruptura Planar e cunha

F1 │αj -αs│ F2 (βj) F3 (βj-βs) F4 SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 320 0,15 80 1 20 0 Pc 0 62,5

2 20 0,7 83 1 30 0 Pc 0 62,5

3 310 0,15 25 0,4 -35 -60 Pc 0 58,9

Fonte: da autora.

Tabela 17. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z2, para o talude W.

Família

Tombamento

F1 │αj -αs –

180°│

F2 (βj)

F3 (βj+βs)

F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 500 0,15 80 1 140 -25 Pc 10 68,25

2 430 0,15 90 1 150 -25 Pc 10 68,75

3 490 0,15 25 1 85 0 Pc 10 72,5

Fonte: da autora.

No talude W cada uma das famílias de descontinuidades exibe números aproximados de

SMR, tanto para ruptura planar quanto para tombamento. Para ruptura do tipo planar e em cunha

o compartimento geomecânico é denominado como parcialmente estável à estável, já para

tombamento é pertencente a classe II, ou seja, estável.

5.3.1.2.2.2. TALUDE E

Tabela 18. Valores de SMR para ruptura planar e em cunha para a zona geomecânica Z2, para o

talude E.

Família

Ruptura Planar e cunha

F1 │αj -αs│ F2 (βj) F3 (βj-βs) F4 SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 140 0,15 80 1 20 0 Pc 0 62,5

2 20 0,7 83 1 30 0 Pc 0 62,5

Page 77: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

73

3 130 0,15 25 0,4 -35 -60 Pc 0 58,9

Fonte: da autora.

Tabela 19. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z2, para o talude E.

Família

Tombamento

F1 │αj -αs –

180°│

F2 (βj)

F3 (βj+βs)

F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 320 0,15 80 1 140 -25 Pc 10 68,75

2 250 0,15 90 1 150 -25 Pc 10 68,75

3 310 0,15 25 1 85 0 Pc 10 72,5

Fonte: da autora.

Semelhante à Z1, o compartimento Z2 possui valores iguais de SMR tanto no talude W

quanto no talulde E, sustentando a concepção de que a diferença de orientação dos taludes não

interfere na ruptura dos taludes.

5.3.1.3. ZONA GEOMECÂNICA Z3

A zona geomecânica Z3 é formada por rocha sã e ocorre apenas no talude W (Fig. 55).

Detalhes da zona são apresentados na Figura 56.

Figura 55. Zona geomecânica Z3 (linhas vermelhas tracejadas) no talude W.

Fonte: da autora.

Page 78: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

74

Figura 56. Detalhes da zona geomecânica Z3 no talude W. A) e B).

Fonte: da autora.

5.3.1.3.1. RMR

Para a classificação RMR (Rock Mass Rating), os valores ponderais para cada

parâmetro da zona geomecânica Z3 são apresentados na Tabela 20.

Tabela 20. Valores ponderais (Bieniawski 1989) para classificação RMR para a zona

geomecânica Z3.

Parâmetros Valores Ponderais

Resistência à ruptura por compressão uniaxial 13 a 15

RQD(%) 18 a 20

Espaçamento (m) 18 a 20

Condição das descontinuidades 25 a 30

Persistência (m) 4 a 6

Abertura (mm) 5 a 6

Rugosidade 4 a 6

Preenchimento (mm) 5 a 6

Grau de alteração 6 a 6

Infiltração de água 14 a 15

RMR 87 a 100

Fonte: da autora.

A zona geomecânica possui um intervalo de RMR de 87 a 100 (Tabela 3) e pode ser

caracterizada como de classe I (Bieniawski 1989). Os maciços da classe I são considerados de

muito boa qualidade.

Page 79: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

75

5.3.1.3.2. SMR

Os valores de SMR serão calculados apenas para o talude W, com orientação N320.

Será utilizado o valor médio de 94, calculado anteriormente como RMR básico para Z3.

Tabela 21. Valores de SMR para ruptura planar e emcunha para a zona geomecânica Z3, no

talude W.

Família

Ruptura Planar e cunha

F1 │αj -αs│ F2 (βj) F3 (βj-βs) F4

SMR Coeficiente Coeficiente Coeficien

te

Coeficiente

Valor Valor Valor Valor

1 320 0,15 80 1 20 0 Pc 0 94

2 20 0,7 83 1 30 0 Pc 0 94

3 310 0,15 25 0,4 -35 -60 Pc 0 90,4

Fonte: da autora.

Tabela 22. Valores de SMR para tombamento para a zona geomecânica Z3, no talude W.

Família

Tombamento

F1 │αj -αs –

180°│

F2 (βj)

F3 (βj+βs)

F4

SMR

Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor Coeficiente Valor

1 500 0,15 80 1 140 -25 Pc 10 100

2 430 0,15 90 1 150 -25 Pc 10 100

3 490 0,15 25 1 85 0 Pc 10 100

Fonte: da autora.

Rochas com valores de RMR básico como obtido para Z3 geram um SMR que é totalmente

estável, sem necessidade de trabalhos de contenção.

5.3.2. Ângulo de atrito

Para a obtenção do ângulo de atrito (b) é necessário verificar o nível de tensão da

rocha e estabelecer os parâmetros (JRC e JCS) de cada família de descontinuidades. Para o

cálculo de tensão da rocha é utilizada a equação 7:

n = ɣ . h (7)

onde:

n = tensão normal efetiva

Page 80: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

76

ɣ = densidade da rocha

h = altura do talude

Sendo a densidade do granito igual a 2,7 g/cm³ e a altura do talude igual a 6m então,

n = 2,7 g/cm³ . 600 cm

n = 1620 g/cm²

n = 0,162 MPa

O valor de 0,162 MPa será utilizado para a determinação do ângulo de atrito de cada

família de descontinuidade, através do gráfico de resistência ao cisalhamento da rocha pela sua

tensão normal efetiva. A resistência ao cisalhamento é calculada a partir dos valores de JRC,

JCS e do ângulo de atrito residual de cada família de descontinuidades por meio da equação (1).

Para o ângulo de atrito residual será utilizado o valor usual de 28°.

5.3.2.1. FAMÍLIA 1

Assumindo valores de JRC de 3, JCS de 80MPa e r de 28°, é obtido o valor de 118

KPa para a resistência ao cisalhamento. Como mostra a equação:

= n . tg [JRC . log (JCS/n ) + r ]

= 0,162 MPa . tg [ 3. log (80MPa/ 0,162 MPa) + 28]

= 118 kPa

Graficamente, a partir da relação entre tensão de cisalhamento () e tensão normal

efetiva (n) é obtido o intercepto coesivo (c) da rocha através da linha tangente à curva. O valor

do ângulo de atrito é encontrado por meio da equação 8:

tgθ = ( - c)/ n (8)

Para a família 1, com valor para a intercepto coesivo de 40 kPa alcançado

graficamente (Fig. 57) obteve-se um valor de ângulo de atrito de 26°.

Page 81: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

77

Figura 57. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 1.

Fonte: da autora.

5.3.2.2. FAMÍLIA 2

Para a família 2 atribuiu-se os valores de JRC de 2, JCS de 120 MPa e r de 28°,

sendo é obtido o valor de 108 kPa para a resistência ao cisalhamento através da equação:

= n . tg [JRC . log (JCS/n ) + r ]

= 0,162 MPa . tg [ 2. log (120MPa/ 0,162 MPa) + 28]

= 108 kPa

Para a família 2, com valor para o intercepto coesivo de 28 kPa alcançado

graficamente (Fig. 58) obteve-se também o valor de ângulo de atrito de 26°, através da

equação 8.

Page 82: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

78

Figura 58. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 2.

Fonte: da autora.

5.3.2.3. FAMÍLIA 3

Para a família 3 atribuiu-se os valores de JRC de 4, JCS de 140 MPa e r de 28°,

sendo obtido o valor de 135 KPa para a resistência ao cisalhamento:

= n . tg [JRC . log (JCS/n ) + r ]

= 0,162 MPa . tg [ 4 . log (140MPa/ 0,162 MPa) + 28]

= 135 kPa

A família 3 possui valor de ângulo de atrito de 27°, obtido através da equação 8, com

valor para o intercepto coesivo de 50 kPa alcançado graficamente (Fig. 59).

Page 83: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

79

Figura 59. Gráfico da tensão de cisalhamento em função da tensão normal, para obtenção do

ângulo de atrito para a família 3.

Fonte: da autora.

A diferença entre os valores de ângulo de atrito obtidos a partir da análise

estereográfica e a partir da análise geomecânica é pequena. A utilização do valor 27 na análise

estereográfica não modifica os resultados obtidos.

Page 84: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

80

6. CONCLUSÕES

A realização deste estudo permitiu tomar contato com diversos aspectos do trabalho na

área geotécnica, desde procedimentos de segurança no trabalho de campo até utilização de

planilhas excel. O trabalho também permitiu perceber a importância da obtenção criteriosa de

dados, pois eles irão influenciar nos parâmetros geomecânicos finais, que por sua vez estão

diretamente relacionados com as intervenções que serão necessárias para a execução de uma

obra. A revisão bibliográfica permitiu conhecer a teoria sobre diversos aspectos da mecânica das

rochas e os trabalhos de campo permitiram o conhecimento prático para a sua obtenção. Em

relação a este aspecto considero que o objetivo de adquirir competências e habilidades para a

aplicação de técnicas de análise de estabilidade de taludes em maciços rochosos foi atingido.

Quanto à análise e comparação da estabilidade dos taludes no Contorno Rodoviário de

Florianópolis (objetivos específicos) os seguintes pontos podem ser destacados:

• Os taludes se inserem em um maciço rochoso formado pelo Granito São Pedro

de Alcântara (GSPA) que no local é composto por um granito porfirítico e um

granito fino;

• O GSPA é parte de uma suíte que tem sido considerada como pré- a sin-

colisional, porém as estruturas observadas nos taludes e em lâminas delgadas

sugerem que o GSPA é tardi-tectônico;

• Os planos de descontinuidades observados nos taludes são falhas

transcorrentes ou de baixo ângulo e fraturas (sub)verticais e sub-horizontais.

Além disso, ocorrem bandas cataclásticas verticais. Estas bandas juntamente

com as falhas transcorrentes com orientação N45E sugerem a influência da

Zona de Cisalhamento Major Gercino sobre o maciço;

• As medições permitiram individualizar 20 famílias de descontinuidades. Estas

famílias foram utilizadas em projeções estereográficas para a estimativa de

rupturas planares e em cunha. Observou-se que a possibilidade de ruptura em

cunha é bem maior que a possibilidade de ruptura planar nos taludes

estudados e que a ruptura em cunha tem maior probabilidade de ocorrer no

talude E;

• Para a caracterização geomecânica foram consideradas três famílias de

descontinuidades e três zonas geomecânicas, determinadas principalmente

pelo grau de alteração e faturamento. Os diferentes valores de parâmetros

obtidos nas três zonas indicam que a separação foi coerente;

• Quanto à classificação RMR a Z1 tem valor médio 52, a Z2 tem 62,5 e Z3 tem

93,5. Os valores diferentes entre as zonas resultam principalmente da variação

Page 85: CARACTERIZAÇÃO, PARAMETRIZAÇÃO E ANÁLISE DA …

81

na resistência a ruptura por compressão uniaxial, à persistência e ao grau de

alteração.

• Na classificação SMR, os valores obtidos para tombamento na Z1 são 58,25;

58,25 e 62; na Z2 são 68,75; 68,75 e 72,50 para as famílias 1, 2 e 3

respectivamente. Para Z3 o valor é de 100 para as três famílias. Portant,o a

zona geomecânica 1 é a mais propensa a tombamentos. Com relação ao

deslizamento (planar e em cunha) para a Z1 os valores são de 52, 52 e 48,40;

para Z2 os valores são 62,50; 62,50 e 58,90 e para Z3 94; 94 e 90,4 para as

famílias 1, 2 e 3 respectivamente. Portanto observa-se que a zona

geomecânica Z1 também é a mais propensa a ter rupturas planares e em

cunha.

• O ângulo de atrito calculado pelos parâmetros JRC, JCS e ângulo de atrito

residual, resultou em valores (26°, 26° e 27°) muito próximos para as três

famílias. Com um mesmo ângulo de atrito para as três famílias, o que as torna

mais ou menos propensas para deslizamento ou tombamento é sua orientação

em relação à face do talude. O valor do ângulo de atrito básico de ~27° é

inferior ao valor de 35°, estimado a partir de deslizamentos ocorridos no

talude, mas a diferença não altera o resultado na análise estereográfica;

• A análise estereográfica permite determinar o comportamento geral de um

talude com relação aos tipos de ruptura enquanto que a classificação

geomecânica, por utilizar zonas geomecânicas permite individualizar zonas de

comportamentos diferentes em um mesmo talude. O mesmo se aplica ao

comportamento individual de cada família de descontinuidades que a

classificação geomecânica realiza individualmente.

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82

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