Licenciatura em Geologia Aplicada e do Ambiente - 2005/2006

INTRODUO MECNICA DAS ROCHASFernando M. S. F. Marques *

* Departamento de Geologia, Faculdade de Cincias de Lisboa

INTRODUO MECNICA DAS ROCHAS INTRODU

DEFINIES PRVIAS: DEFINI PR - SOLO Material natural desagregvel por imerso em gua desagreg - ROCHA - Material natural no desagregvel por imerso em gua desagreg (Conceito substancialmente diferente do considerado na Geologia) - Descontinuidades interrupes do contnuo de uma dada rocha, sem interrup cont implicaes genticas: podem ser fracturas resultantes de esforos tectnicos em implica gen esfor tect compresso, corte (cisalhamento), traco, fracturas de descompresso, juntas (cisalhamento), trac de estratificao, planos de xistosidade ou de clivagem xistenta, que impliquem estratifica xistenta, quebra das propriedades mecnicas dos blocos de rocha adjacentes. adjacentes. - Compartimentao - Diviso do contnuo rochoso de um macio por Compartimenta cont maci descontinuidades.

Mecnica das RochasTrata a resposta das rochas e dos macios rochosos aplicao de perturbaes maci aplica perturba No caso das perturbaes naturais, a Mecnica das Rochas aplicada deformao das deforma perturba rochas, no contexto da Geologia Estrutural:-Estudo de Falhas, dobras e fracturas, causadas por tenses geradas por movimentos geradas orognicos e outros processos geolgicos (subsidncia; diagnese; rifting; descompresso por orog geol (subsidncia; diag nese; rifting; exumao). exuma Ou, no contexto da Geologia de Engenharia: - anlise da estabilidade de vertentes para estudos de perigosidade, ou previso de impactes an sobre obras: Resposta dos macios aos agentes da geodinmica externa (chuvas; inundaes; maci inunda posio do nvel piezomtrico das guas subterrneas; impactos de ondas; eroso de sop) e posi n piezom sop degradao da resistncia dos macios (fluncia; cedncia progressiva; eroso interna; degrada maci dissoluo; meteorizao) dissolu meteorizao)

No caso das perturbaes causadas pelo homem, a Mecnica das Rochas aplicada para perturba prever o comportamento dos macios face s solicitaes que lhe vo ser impostas, por: maci solicita-Escavaes a cu aberto - taludes em obras lineares; minas a cu aberto; taludes de barragens e Escava c c albufeiras (encontros; margens) -Escavaes e obras subterrneas - actividade mineira; tneis rodovirios e ferrovirios; Escava t rodovi ferrovi cavidades subterrneas para armazenamento (combustveis; resduos); rgos subterrneos de (combust res barragens (galerias de desvio; centrais hidroelctricas); centrais nucleares; instalaes militares; hidroel instala

Algarve: Praia de Porto de Ms (1993) M Cretcico inferior Aptiano Cret Margas e calcrios de Porto de Ms calc M

100m

- Alternncia de camadas com grande contraste de resistncia calcrios margosos e margas - Relaxao de tenses por exumao - Margas desagregam-se com os ciclos de secagem-molhagem - Cedncia das margas aproveita fracturas pr-existentes nas camadas de calcrio - Eroso marinha de sop remove detritos e contribui para aumento do declive

Samouqueira, Rogil (Aljezur) Samouqueira, Carbnico, Namuriano mdio-Vestefaliano inferior Carb dioFormao da Brejeira Forma

- Alternncia de camadas com grande contraste de resistncia grauvaques e xistos argilosos - Relaxao de tenses por exumao - Xistos desagregam-se com os ciclos de secagem-molhagem - Cedncia dos xistos aproveita fracturas pr-existentes nas camadas de grauvaque -Eroso marinha de sop remove detritos e contribui para aumento do declive

Samouqueira, Rogil (Aljezur) Samouqueira,

So

- Fluncia lenta dos xistos (relaxao de tenses existentes no interior do macio por exumao remoo do confinamento lateral da escarpa pela evoluo natural da arriba) e basculamento em direco ao exterior do talude (tombamento ou toppling). - Abertura de fendas de traco junto ao topo da escarpa aproveitando descontinuidades pr-existentes: Fracturas e juntas de estratificao

Barragem do Funcho (Silves)Carbnico, Namuriano mdioCarb dio-Vestefaliano inferior Formao da Brejeira Forma Instabilidades (desabamentos) no acesso barragem. Notar a inclinao natural das vertentes, que sugere um perfil transversal de equilbrio natural.

Barragem de Odeleite - Carbnico, Viseano - Formao da Mrtola Carb Forma M

So

Vista da vertente instvel, com deslizamento planar ao longo das superfcies de estratificao. Esta instabilidade motivou extensas obras de estabilizao ao longo da encosta (pregagens) e a construo de muro de suporte em beto armado com espessura da ordem de 6m, para assegura a estabilidade da central de bombagem que abastece de gua o Algarve ocidental.

Orientao das escavaes subterrneas em relao a uma falha (plano a vermelho) em arenitos. Orienta escava rela Central subterrnea e sala dos transformadores do projecto Mingtan (Formosa) (Segundo Hoek, 2000) Hoek, Problemas: identificao, anlise e representao tridimensional de zonas de baixa resistncia (camadas, falhas, files alterados) e da compartimentao do macio rochoso.

Instabilidades controladas pela compartimentao do macio (Hoek, 2000) compartimenta maci (Hoek, - Orientao e espaamento de descontinuidades (fracturas e/ou juntas de estratificao) Orienta espa estratifica

Projecto de Rio Grande, Argentina Escavao dos nveis inferiores da caverna Escava n da central, com largura de 25m (Hoek, 2000) Hoek,

Cunhas de rocha definidas no macio rochoso envolvente da caverna da central de Rio Grande maci

Resultado de uma rotura explosiva (rockburst) numa mina em rochas com ( rockburst comportamento frgil, sujeita a tenses in situ muito elevadas (Segundo Hoek, 2000) fr Hoek,

Fracturao em discos de uma amostra de sondagem, causada pela relaxao de Fractura relaxa tenses in situ muito elevadas (Hoek, 2000) situ (Hoek,

ESCAVAO DE TNEIS EM ROCHAS BRANDAS

Perfil deformado

Perfil vertical de um modelo tridimensional de elementos finitos da deformao e rotura do macio em torno da escavao. As setas indicam vectores de deslocamento e a deformada da escavao.

ESCAVAO DE TNEIS EM ROCHAS BRANDAS

Deformao da frente do tnel

Deslocamento radial atinge valor mximo a cerca de 1,5x o dimetro da frente do tnel

Avano do tnel

Deslocamento radial atinge 1/3 do valor final na frente do tnel

Deslocamento radial inicia-se para alm da frente do tnel, a cerca de 0,5x o dimetro

Padro de deformao de um tnel em escavao

PROBLEMAS FUNDAMENTAIS EM MECNICA DAS ROCHAS- Contraste de comportamento mecnico entre o material rocha e os macios rochosos: - Papel fundamental das descontinuidades - Presena de zonas de baixa resistncia no macio - Alterao/degradao rpida de alguns tipos litolgicos - Tenses existentes nos macios e sua relaxao

Domnios de aplicao da Mecnica das Rochas Dom aplica- Anlise da estabilidade de vertentes (naturais): determinao da perigosidade (hazard) em estudos de risco, An determina (hazard) incluindo risco ssmico; anlise e projecto de medidas de preveno contra quedas de blocos s an preven - Anlise da estabilidade de taludes (artificiais): projecto de escavao e seleco de mtodos mais adequados An escava selec m (seguros e econmicos) de escavao; dimensionamento de suportes provisrios e/ou definitivos econ escava provis - Fundaes em macios rochosos (pontes, viadutos, edifcios de grande altura): caracterizao dos macios e Funda maci edif caracteriza maci dimensionamento de medidas contra o escorregamento de blocos - Barragens (de aterro, enrocamento, gravidade e arco), rgos e estruturas associadas (ensecadeiras, tneis de enrocamento, (ensecadeiras, t desvio, condutas foradas, centrais hidroelctricas subterrneas) Problemas de seleco de stios, fundaes, for hidroel selec s funda estabilidade e sustentao de escavaes, estabilidade das margens da albufeira, impermeabilizao do macio sustenta escava impermeabiliza maci - Tneis (rodovirios e ferrovirios): escolha de traado (localizao e orientao), dimensionamento da forma e (rodovi ferrovi tra (localiza orienta vos, mtodos de perfurao e sustentao m perfura sustenta - Cavidades subterrneas para instalaes industriais seleco de stios, projecto e seleco de mtodos de instala selec s selec m escavao, anlise de estabilidade e dimensionamento das cavidades e sua sustentao escava an sustenta - Cavidades subterrneas para armazenamento de resduos ( em especial de centrais nucleares) seleco de res selec stios, projecto e seleco de mtodos de escavao, anlise de estabilidade e dimensionamento das cavidades, selec m escava an problemas de dissipao de calor e estabilidade a longo prazo, circulao de gua e permeabilidade do macio dissipa circula maci

reas afins Mecnica das Rochas- Geologia Estrutural - Mecnica dos Solos - Geologia de Engenharia - Geofsica Geof - Engenharia Civil - Engenharia de Minas

ORIGEM E EVOLUO DA MECNICA DAS ROCHAS EVOLU- O estudo da Mecnica das Rochas iniciou-se nos anos 50, com fundamentos essencialmente fsicos (impulsionado pela construo de grandes aproveitamentos hidroelctricos e pelo desenvolvimento da explorao mineira a grandes profundidades) - Autonomizou-se como disciplina cientfica nos anos 60 - Em 1963 foi fundada a Sociedade Internacional de Mecnica das Rochas (ISRM)

- Anos 60: nfase nos estudos sobre o material rocha - Anos 70: predomnio dos estudos sobre descontinuidades e caracterizao de macios rochosos - Anos 80: Anlise numrica - Anos 90: propriedades dos materiais, ensaios em escala real, popularizao dos meios informticos, melhoria da aplicao dos princpios aos casos de obra

ORIGEM E EVOLUO DA MECNICA DAS ROCHAS EVOLUESTUDOS PRECURSORES 1776 - Coulomb 1884 - Canal do Panam (1908 - USACE) 1936 - Karl Terzaghi 1920 - 1958 - Josef Stini 1921 - Griffith (teoria de rotura de materiais) 1931 - Bucky (centrfuga para estudo de roturas em minas) DISCIPLINAS ENVOLVIDAS - Mecnica dos meios contnuos - Fotoelasticidade - Geologia estrutural