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INTRODUINTRODUÇÇÃO ÃO ÀÀ MECÂNICA DAS ROCHASMECÂNICA DAS ROCHASLicenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente Licenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente -- 2005/20062005/2006

Fernando M. S. F. Marques *Fernando M. S. F. Marques *

* Departamento de Geologia, Faculdade de Ciências de Lisboa* Departamento de Geologia, Faculdade de Ciências de Lisboa

Aula teAula teóórica rica 1111

σ v

τφ

RESISTÊNCIA AO CORTE: DESCONTINUIDADE LISA EM ROCHA

τ

σ vσ v

( )φσ=τ tg.v

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RESISTÊNCIA AO CORTE: DESCONTINUIDADE RUGOSA EM ROCHA- MODELO DE PATTON

τ

σ vσ v

i i

σ v

τ

φ + i

Rotura da rocha intacta

( )itg.v +φσ=τ

Modelo de Ladanyi e Archambault (1970)

φ

σσ

−−

σσ

+

σσ

−−+

φ+

σσ

−

σσ

−σσ

=στ

tg.tgi11

10111232,0tgitg11

5,5

j

5,0

j

5,1

j

4

j

5,0

jj

j

Baseado no modelo de Patton, para as baixas tensões de confinamento e nomodelo de Fairhurst para a resistência da rocha intacta

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τ

σ vσ v

RESISTÊNCIA AO CORTE: DESCONTINUIDADE RUGOSA EM ROCHA- MODELO DE BARTON ET AL.

Efeitos:- Dilatância- Esmagamento parcial das rugosidades (dependente da dimensão

das rugosidades, da resistência à compressão uniaxial da rocha e da tensão efectiva vertical)

σ

+φσ=τn

10bnJCSlog.JRCtg

σ

+φ=φn

10bPicoJCSlog.JRC'

- MODELO DE BARTON ET AL. Determinação de JCS(Joint compressive strength)

Ou seja a resistência à compressão uniaxial dasparedes dos blocos que limitam a descontinuidade.

Determinação de JCS com martelo(esclerómetro) de Schmidt, normalmente do tipoL (de mais baixa energia de impacto – ensaio de menor volume da rocha).

A conversão do ressalto medido no martelo de Schmidt em JCS é efectuada através do ábaco, considerando-se a inclinação do martelo duranteos ensaios e a densidade da rocha ensaiada

Ou pela expressão

Log 10 ( σc ) = 0,00088 γ R + 1,01

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MODELO DE BARTON ET AL.

Determinação de JRC(Joint roughness coefficient)

Por comparação visual com perfis tipo

Note-se que JRC pode dependerda direcção de deslizamentoconsiderada

σ

+φσ=τn

10bnJCSlog.JRCtg

σ

+φ=φn

10bPicoJCSlog.JRC'

MODELO DE BARTON ET AL. Determinação de JRC(Joint roughness coefficient)

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- MODELO DE BARTON ET AL. -Determinação de φ r em rochas alteradas

( )Rr2020br +−φ=φ

Comr - nº de ressalto Schmidt com a rocha húmidaR - nº de ressalto Schmidt com a rocha seca

φ b - 25º a 37º - rochas sedimentares29º a 38º - rochas ígneas21º a 30º - rochas metamórficas

6

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

sn (MPa)

t (M

Pa)

JCS = 1 MPa; JRC = 0 - 20

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

σ n (MPa)

τ (M

Pa)

JCS = 5 MPa; JRC = 0 - 20

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

σn (MPa)

τ (M

Pa)

JCS = 25 MPa; JRC = 0 - 20

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

sn (MPa)

t (M

Pa)

JCS = 100 MPa; JRC = 0 - 20

Limites de aplicabilidade do modelo de Barton

SSóó deve ser aplicado para valores de deve ser aplicado para valores de σσnn inferiores inferiores àà resistência resistência àà compressão compressão uniaxialuniaxial

7

8

Inconvenientes da utilização de ensaios triaxiais para estudo da resistência de descontinuidades(a) Situação inicial do ensaio com pratos fixos(b) Ensaio com prato fixo e um com apoio esférico – Perda de contacto entre as paredes da descontinuidade e

possibilidade de rotura da membrana de borracha.(c) Ensaio com pratos com apoios esféricos – Redução progressiva da área da descontinuidade sujeita a corte e

risco de rotura da membrana.(d) Ensaio com pratos fixos e discos rígidos lubrificados - Redução progressiva da área da descontinuidade sujeita a

corte e risco de rotura da membrana.Em todos os casos resultam momentos aplicados à amostra que são difíceis de quantificar

Rocha intacta -usar equação 1

Uma família de descontinuidades -não usar o critério

de Hoek-Brown

Duas famílias de descontinuidades -não usar o critério

de Hoek-Brown

Muitas descontinuidades- usar equação 2 com

precaução

Maciço rochoso muito fracturado- usar equação 2

5,0

ci

3ici31 1''m''

+

σσ

σ+σ=σ(1)

Equação do critério de rotura deHoek-Brown para rocha intacta

Transição da rocha intacta para o maciço rochoso muito compartimentado, com oaumento da dimensão da amostra (Adaptado de Hoek, 2000)

a

ci

3bci31 s''m''

+

σσ

σ+σ=σ(2)

Equação geral do critério de roturade Hoek-Brown para maciços rochososcompartimentados

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Critério de rotura de Hoek-Brown (1980): Mármore; qu=100MPa; m=9 -300

-200

-100

0-100 0 100 200 300 400 500 600 700σ (MPa)

τ (M

Pa)

Geological Strength Index (GSI) -Caracterização de maciçosrochosos baseada na imbricaçãoe alteração das descontinuidades

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Estimativa do Geological StrengthIndex (GSI) baseada em descriçõesgeológicas

−

=28100GSIexpmm ib

−

=9100GSIexps

Para GSI < 25 s = 0

200GSI65,0a −=

a

ci

3bci31 s''m''

+

σσ

σ+σ=σ(2)

Equação geral do critério de roturade Hoek-Brown para maciços rochososcompartimentados