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UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOAFACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

SECÇÃO AUTONOMA DE GEOTECNIA

A GEOLOGIA DE ENGENHARIANO PLANEAMENTO E PROJECTO

/

DE TUNEIS EM MACIÇOS ROCHOSOS

por

A.S. Costa Pereira

dissertação apresentada à universidadenova de lisboa. para obtenção do graude mestre em geologia de engenharia.

lisboa 1985

2

~It may well be said that, important as

geology is in all civil engineering work, th~

re is no branch of any engineering work in

which geology can be applied to better effect

than as absolute essential aid to tunnel cons

truction", LEGGET (1973)

J

RESUMO

E feita uma análise da contribuição da geolo

gia de engenharia para o planeamento e projecto de tuneis

em maciços rochosos, com enumeração das várias caracterís

ticas geológico-geotécnicas a investigar quer do maciço ro

choso quer do material que o compõe.

são apresentadas as técnicas de prospecção e

ensaios mais vulgarmente utilizadas no estudo de maciços

rochosos onde vão ser abertostuneis.

Apresentam-se e analisam-se, em seguida, alg~

mas das classificações de maciços rochosos apresentadas por

vários autores e utilizadas na caracterização geotécnica

para o dimensionamento de tuneis e aplicam-se essas classi

ficações a cinco maciços rochosos.

Finalmente, o autor faz uma análise critica

dos resultados da aplicação das classificações aos casos

concretos em estudo e apresenta correlações entre as diver

sas classificações utilizadas.

4

ABSTRACT

An analysis of the contribution of Engineering

Geology for the planning and design of tunnels in rock ma~

ses is made, attention being given to the different geolo

gical and geotechnical characteristics of both rock materi

aI and rock masses. The author reviews the most commonly

used exploration and testing methods and presents and dis

cusses some of the existings geotechnical classifications

of rock masses for tunneling purposes. Three of those elas

sifications have been used to classify five different rock

masses to be tunnelled. Based upon them so obtained results

the author presents some correlations between those elassi

fications.

5

tNDICE

1 - INTRODUÇÃO

1.1 - A Geologia de Engenharia e os tuneis 20

1.2 - Objectivos e metodologia da dissertação 22

2 - ~TODOS DE CÁLCULO DE ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS

2.1 - Introdução

2.2 - Métodos empíricos

2.3 - Métodos numéricos

2.4 - Métodos físicos

2.5 - Conclusão

25

26

27

28

28

3 - CARACTERtSTICAS GEOT~CNICAS DOS MACIÇOS COM

INCIDENCIA NO PLANEAMENTO E PROJECTO DE TUNEIS

3.1 - Introdução 30

3.2 - Geologia regional e local 30

3.2.1 - Lito10gia 31

3.2.2 - Tectónica 35

3.2.3 - Sismicidade 43

3.3 - Descontinuidades do maciço rochoso 46

3.3.1 - Introdução 46

3.3.2 - Propriedadffie métodos de estudo 47

3.4 - Características mecânicas e outras relativas

ao material rocha

3.4.1 - Resistência

3.4.2 - Alterabilidade

3.4.3 - Expansibilidade

64

64

67

68

3.5 - Características mecânicas relativas ao

maciço rochoso

3.5.1 - Características mecânicas dos

maciços

3.5.2 - Estado de tensão

6

69

69

72

4 - METODOS DE PROSPECÇÃO UTILIZADOS NO ESTUDO GEOLÚGICO

E GEOTECNICO DE MACIÇOS PARA ABERTURA DE TUNEIS

4.1 - Introdução

4.2 - Métodos geofísicos

4.3 Métodos mecânicos

4.4 - Ensaios "in situ"

4.5 - Ensaios de laboratório

5 - ZONAMENTO GEOTECNICO

5.1 - Introdução

5.2 - O zonamento geotécnico para tuneis

5.2.1 - Fase de planeamento

5.2.2 - Fase de projecto

75

75

79

89

91

99

99

100

103

123

124

6 - AS DIFERENTES CLASSIFICAÇÕES DE MACIÇOS ROCHOSOS

UTILIZADAS NO DIMENSIONAMENTO

6.1 - Introdução

6.2 - Classificação de TERZAGHI (1946)

6.3 - Classificação RSR para escolha de suportes

de obras subterrâneas (WICKHAM et aI., 1974) 125

7

6.4 - Classi~icação geomecânica de maciços

rochosos para tuneis (BIENIAWSKI, 1979) 138

6.5 - Dimensionamento empírico de suportes em

maciços rochosos (ROCHA, 1976) 146

7 - EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DAS DIFERENTES CLASSIFICAÇÕES 150

7.1 - Centro de distribuição da Guia-Macau

Reservatório subterrâneo de água tratada 151

7.2 - Abastecimento de água ao Sotavento Algarvio

Tunel de ligação Barragem de Beliche-Barra-

gem da Ga~a PM(O+OOO) a PM(2+500) 156

7.3 - Barragem de Odeleite-Galeria de Desvio e

Descarregador de cheias 162

7.4 - Re~orço do abastecimento de água à Região de

Lisboa

Tunel do Castelo do Bode 169

7.5 - Plano de Rega ao Alentejo

Tunel de ligação entre a Barragem de Álamos

e a Barragem de Algueva 175

7.6 - Comparação entre as classi~icações

utilizadas 181

8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES 193

8

1NDICE DE QUADROS

Pág.

QUADRO ).1 - Comparação das velocidades de avanço

em função do tipo litológico,em tuneis

para vias de comunicação (DESIO, 1959) _)2

QUADRO ).2 - Relação entre o preço de escavação e o

tipo litológico para um mesmo avanço e

uma mesma secção (DESIO, 1959) ))

QUADRO ).) - Classificação minerológica

(FRANKLIN, 1970)

QUADRO ).4 - Classificação dos principais tipos

de rocha )6

QUADRO ).5 - Classificação geotécnica de um maciço

quanto ao espaçamento das diaclases e

dos planos de estratificação (M.D.WATKINS,

1970, adaptado) 52

QUADRO ).6 - Abertura de descontinuidades 61

QUADRO 4.1 - Principais métodos geofísicos usados no

estudo de maciços rochosos para tuneis 76

9

QUADRO 4.2 - Relação dos principais tipos de informa

ção que se podem obter com a prospecção

geofísica (adaptado de RODRIGUES CARVALHO,

1981) 78

QUADRO 4.3 - Comparação entre o modulo de deformabili

dade do maciço e da rocha (ROCHA, 1974) 93

QUADRO 4.4 - Comparação entre resultados da resistência

ao corte de rochas e de diaclases,obtidas

no campo e em laboratório (ROCHA, 1973) 94

QUADRO 5.1 - Graus de alteração 105

QUADRO 5.2 - Estados de alteração de um maciço

rochoso (adaptado por OLIVEIRA,R.,1980) 106

QUADRO 5.3 - Estados de alteração de um maciço

rochoso (simplificado) (adaptado por

OLIVEIRA,R., 1980) 107

QUADRO 5.4 - Espaçamento entre fracturas 109

QUADRO 5.5 - Classificação dos maciços rochosos quanto

à permeabilidade (AFTES, 1981) 116

QUADRO 5.6 - Classificação dos maciços rochosos quanto

à carga hidraulica (AFTES, 1981) 118

10

QUADRO 5.7 - Classificação dos maciços rochosos

quanto à carga hidraulica (COSTA

PEREIRA, 1985) 119

QUADRO 6.1 - Classificação de maciços rochosos para

tuneis (TERZAGHI, 1946)

QUADRO 6.2 - Classificação de maciços rochosos para

tuneis (Cont.) (TERZAGHI, 1946)

QUADRO 6.) - Parâmetro A da c~assificação de WICKHAM

et aI. (1974)

QUADRO 6.4 - Parâmetro B da classificação de WICKHAM

et aI. (1974)

QUADRO 6.5 - Parâmetro C da classificação de WICKHAM

125

126

129

1)0

et aI. (1974) 1)1

QUADRO 6.6 - Relação entre W e RSR (adaptado der

WICKHAM et aI., 1974)

QUADRO 6.7 - Classificação geomecânica de maciços ro

1)4

chosos para tuneis (BIENIAWSKI, 1979) 140

QUADRO 6.8 - Guia para escavação e suporte de tuneis

(BIENIAWSKI, 1979)

Secção tipo = ferradura; Largura = 10m;

Tensão vertical < 25 MPa; Escavação com

explosivos

QUADRO 6.9 - Dimensionamento empírico de suportes:

apreciação do maciço rochoso

QUADRO 6.10- Classes do maciço e necessidades de su

porte (ROCHA, 1976)

11

144

147

148

QUADRO 7.1 - Relação tipo de suporte-classe do maciço 152

QUADRO 7.2 - Reservatório subterrâneo da Guia-Macau

Zonamento Geotécnico 155

QUADRO 7.) - Reservatório subterrâneo da Guia-Macau

Classificação segundo WICKHAM (1974) 157

QUADRO 7.4 - Reservatório subterrâneo da Guia-Ma~au

Classificação segundo BIENIAWSKI (1979) 158

QUADRO 7.5 - Reservatório subterrâneo da Guia-Macau

Classificação segundo ROCHA (1976)

QUADRO 7.6 - Tunel Beliche-Gafa

Zonamento Geotécnico

159

16)

12






Classificação segundo ROCHA (1976) 166

QUADRO 7.10- Tune1 de Desvio da Barragem de Ode1eite


QUADRO 7.11- Tunel de Desvio da Barragem de Ode1eite


QUADRO 7.12- Tunel de Desvio da Barragem de Ode1eite


QUADRO 7.13 -Tune1 de Desvio da Barragem de Odeleite


QUADRO 7.14- Tunel do Castelo do Bode


QUADRO 7.15- Tune1 do Castelo do Bode


13

QUADRO 7.16 - Tunel do Castelo do Bode

Classificação segundo BIENIAWSKI,(1979) 178

QUADRO 7.17 - Tunel do Castelo do Bode


QUADRO 7.18 - Tunel de ligação Alamos-Alqueva








14

íNDICE DE FIGURAS

Pág.

FIG. ).1 - Influência da estrutura geológica na

estabilidade dos tuneis

.. ,.FIG. ).2 - Mapa das intensidades s~sm~cas max~mas

observadas em Portugal durante o perío-

41

do de 1902 a 1972 (MENDES, 1971 e Atlas

do Ambiente, 1975) 45

FIG. ).) - Método de representação de descontinui-

dades (rede de Schmidt) 49

FIG. ).4 - Diagrama de projecção polar de igual

área das diaclases (hemisfério inferior) 50

FIG. ).5 - Histograma de espaçamento de fracturas

(ISRM, Doc. 4, 1977)

FIG. ).6 - Influência da rugosidade na resistência

ao corte (adoptado de ROUGHTON, 1975)

FIG. )·7 - Relação entre a tensão de corte e a ten-

são normal numa superfície rugosa (adop-

tado de ROUGHTON, 1975)

56

58

59

15

FIG. 3.8 - Sugestão para definição de abertura de des

continuidades abertas e da largura das des

continuidades preenchidas (ISRM, 1977)

FIG. 3.9 - Correlação entre a resistência à carga po~

tual e resistência à compressão uniaxial

(o deve ler-se ~ ) (Geologica1 Society ofc c

London, 1977)

FIG. 3.10- Correlação entre a dureza determinada com

o martelo de Schmidt e a resistência à com

pressão uniaxial éom o martelo em posição

63

65

vertical (DEERE e MILLER, 1966) 66

FIG. 3.11- Correlação entre o modulo de deformabi1id~

de obtido com o dilatómetro (Ed

) e as almo

fadas grandes (EA) (LNEC, 1983)

FIG. 4.1 - GRANITO DO ALTO LINDOSO - Variação de Vp

com a porosidade (n) em amostras saturadas

71

(RODRIGUES ,L. , 1979) 80

FIG. 4.2 - Comparação da velocidade de propagação da

onda P em rochas secas e saturadas (RODRI-

GUES,L., 1979) 81

FIG. 4.3 - Correlação entre a frequência da onda de

corte (f ) e o modulo de deformabilidades

estático (E t)es

(RODRIGUES ,L. , 1979 citado por RODRIGUES

CARVALHO, 1981)

FIG. 4.4 - Correlação entre V e espaçamento de fra~p

turas e RQD para rochas sãs, eruptivas e

metamórficas (SJ~GREEN et aI., 1979 cita-

do por RODRIGUES CARVALHO, 1981)

FIG. 4.5 - Carta de ripabilidades para "ripper" D8H-

- Performance Handbook - Edition 2

FIG. 4.6 - Correlação entre a resistência à compres-

são pontual (lo) e a resistência à compre~

são uniaxial (~ )c

(RODRIGUES CARVALHO, 1981)

FIG. 4.7 - Correlação entre ~ e I obtida para o mac s

terial rocha, no tunel de Castelo do Bode


FIG. 4.8 - Correlação entre a resistência à compres-

são uniaxial e espaçamento de fracturas e

resistência ao desmonte (FRANKLIN, 1971

citado por RODRIGUES CARVALHO, 1981)

16

82

83

84

95

96

96

17

FIG. 4.9 - Correlação entre velocidade de propagação

de ultrassons e resistência à compressão

uniaxial para o material rocha do tunel

do Alto Lindoso (LNEC, 1977 citado por RO

DRIGUES CARVALHO, 1981)

FIG. 4.10 - Correlação entre V e E para o materialp

rocha do tunel do Castelo do Bode (LNEC,

97

1977 citado por RODRIGUES CARVALHO, 1981) 97

FIG. 4.11 - Correlação entre V e I para o materialp s

rocha do tunel do Castelo do Bode (RODRI

GUES CARVALHO, 1981)

FIG. 4.12 - Correlação entre a porosidade e a resis-

tência à compressão uniaxial para rochas

calcárias (SMORODINOV et aI., 1970 cita-


FIG. 5.1 - Análise do espaçamento de fracturas 112

FIG. 5.2 Velocidade de propagação da onda P em di

versos tipos litológicos (Segundo GRANT,

F.S. and WEST,G.F., 1965, adaptado de RO

DRIGUES,L; FIALHO, 1979) 114

18

FIG. 5.) - Relações aproximadas entre diversas forma-

ções geológicas, estado de alteração e o

cociente Vl/Vt

e VI (adaptado de ESTEVES,J.

~10URA, 1969) 115

FIG. 6.1 - Relações entre RSR e índice RR 1)2

FIG. 6.2 - Relação RSR-suporte inicial para um tunel

com ),0 m de diâmetro (JACOBS ASSOCIATES,

1974)

FIG. 6.) - Relação RSR-suporte inicial para um tunel

com 7,5 m de diâmetro (JACOBS ASSOCIATES,

1974)

FIG. 6.4 - Ajustamento do RSR quando a escavação é

feita com FULLFACER (adaptado de JACOBS

ASSOCIATES, 1974)

FIG. 6.5 - Definição do período de estabilidade sem

1)5

1)6

1)7

revestimento (adaptado de BIENIAWSKI,1979) 142

FIG. 6.6 - Correlação entre MR e o valor de k

(ROCHA, 1976)

FIG. 6.7- Espessuras destacáveis (ROCHA, 1976)

144

19

FIG. 7.1 - Comparação entre as c1assi~icações RMR e

RSR para os casos estudados e recta de

RUTLEDGE 186

FIG. 7.2 - Comparação entre os valores de RSR, RMR

e MR para os 15 casos estudados 189

FIG. 7.3 - Comparação dos suportes recomendados por

WICKHAM (x), BIENIAWSKI (o) e ROCHA (+)

para as secções estudadas 191

20

1 - INTRODUÇÃO

1.1 - A Geologia de Engenharia e os tuneis

Desde tempos imemoriais o homem tem deparado

com a necessidade da construção de tuneis. Funcionando,de

início, como simples resguardos ou abrigos, eles seriam

posteriormente utilizados com fins estratégicos e, mais

tarde, para transporte de água.

A bibliografia refere a construção de tuneis

sob o rio Eufrates, perto da Babilónia, destinados a abas

tecimento de água, e ainda outros executados por Gregos e

Romanos também para abastecimento de água a algumas das

suas cidades.

Em todo o século XIX, com o advento dos cami

nhos de ferro, a construção de tuneis sofreu grande impu!

so sendo de destacar o Tunel de Monte Cenis, entre França

e Itália, com cerca de I) Km de comprimento (BEAVER, 1972

citado por ROCHA, 1975) e o Tunel sob o Tamisa em Londres.

Durante a execução deste último, que demorou 18 anos (HE

WETT e JOHANNESSOU, 1922), grandes dificuldades foram en

contradas, a maior parte delas causadas pelo facto de as

condições geológicas serem muito diferentes das previstas,

como resultado de informações geot6cnicasd.ficientes.

ISAMBAND BRUNEL, engenheiro encarregado da obra dizia, co

mentando os conselhos que outros técnicos lhe davam: "ln

every case they made the ground to suit the plan, not the

plan to suit the ground".

21

Sendo os maciços rochosos ou terrosos,o meio

em que se insere um tunel, o estudo desses maciços,e sem

dúvida o factor prioritário a ter em conta e é aí que a

geologia de engenharia desempenha papel fundamental, quer

no planeamento quer no projecto, quer ainda durante a cons

trução.

Na fase de planeamento, a geologia de engenh~

ria tem papel importante na escolha de várias opções de

traçado, face às características das formações geológicas

interessadas. Posteriormente, compete-lhe a elaboração do

programa de prospecção e ensaios, o acompanhamento da sua

execução e o tratamento dos dados obtidos, de molde a for

necer a informação necessária ao projecto da obra de aco~

do com as condições naturais do maciço. Muitas vezes, os

estudos podem ainda aconselhar a modificações do traçado

inicial, quer em planta quer em perfil. Na fase de obra é

indispensável o acompanhamento por especialistas em geol~

gia de engenharia, cartografando o maciço escavado, comp~

rando as condições encontradas com as previstas, colaboran

do com os demais técnicos da obra nas adaptações do proje~

to, que se afigurem convenientes, na execução de novos es

tudos e na instrumentação da obra.

Assim, o geólogo de engenharia é muitas ve-

zes o primeiro a chegar ao local para fazer o reconhecimen

to de superfície, cessando a sua actividade no subsolo,

quando da execução dos derradeiros trabalhos. Finalmente,

e depois da entrada em funcionamento da obra, o geólogo

22

de engenharia é ainda elemento relevante para a interpre

tação dos resultados da instrumentação instalada para con

tro1e do comportamento da obra.

1.2 - Objectivos e metodologia da dissertação

Durante a actividade profissional que o au

tor tem vindo a desenvolver ao longo de cerca de 15 anos,

sempre tem deparado com dificuldades na execução de pro

gramas de estudos para a elaboração de projectos de tuneis.

Este facto era referido por ROCHA (1976) ao afirmar: "Tal

como acontece sempre que se dá um rápido progresso das te~

rias e das técnicas, verifica-se presentemente um atraso

na assimilação de conhecimentos por parte dos técnicos e~

volvidos no projecto e construção de obras subterrâneas e,

por outro lado, dificuldade na aceitação das novas técni

cas, por força de hábitos e interesses criados". Por outro

lado factores como faltas de verba e de tempo, são contra

riedades que frequentemente se tem que enfrentar.

E sem dúvida este último o factor principal

que leva a que os projectos não disponham de informação

geotécnica adequada, o que dificulta a sua e1aboração,e a

que as condições encontradas durante a execução da obra,

sejam, por vezes, muito diferentes das previstas.

Os projectos são, em geral, encomendados com

prazos de execução muito curtos, não compatíveis com exe

cução de programas de prospecção compreendendo sondagens,

23

ensaios de laboratório e "in situ", que deveriam ser rea-

lizados faseadamente, afim de obter uma informação geoté~

nica adequada e com o menor dispêndio.

Partindo dos recentes processos de cálculo

mais usados no dimensionamento de tuneis, e da enumeração

das características geotécnicas utilizadas faz-se, nesta

dissertação, uma análise dos factores que afectam a esta-

bilidade de um tunel, apresentam-se os tipos de prospecção

e ensaios mais comuns, e expõem-se e comentam-se diversas

classificações geotécnicas de maciços propostos por

rios autores.

,va-

No dia a dia, o geólogo de engenharia, vê-se

por vezes na necessidade de estimar valores para a carac-

terização geotécnica das diferentes zonas em que se propõe

dividir o maciço, pelo que, considera o autor, como modo

de atenuar os erros que se cometem nestas estimativas, que

as diferentes zonas devem ser classificadas segundo vários

critérios empíricos procedendo-se em seguida a uma análi-

se critica e comparativa dos resultados obtidos.

Procurando tirar partido de centenas de casos

analisados por WICKHAM, BIENIAWSKI e ROCHA e tentar obter

correlações entre as várias classificações ou testar alg~

mas já existentes, o autor aplicou as três classificações

a 15 zonas geotécnicas e obtem diversas correlações.

Por fim, analisa-se o caracter mais ou menos

conservativo de uma classificação em relação a outras,pr~

curando assim optimizar o conhecimento e classificação

24

geotécnica dos maciços, visando a diminuição dos custos

das obras.

25

2 - MtTODOS DE CÁLCULO DE ESTRUTURAS SUBTERRÂNEAS

2.1 - Introdução

Os métodos de cálculo utilizados no âmbito

das estruturas subterrâneas têm vindo a proporcionar uma

importánte contribuição no seu projecto e interpretação

do comportamento a eles associado, apesar das numerosas in

determinações relativas à caracterização dos maciços rocho

sos que reproduzem, apenas, situações simplificadas, face

a uma realidade complexa (SOUSA, 1983).

Os métodos de cálculo mais utilizados são os

seguintes (CUNHA, 1981):

a) métodos empíricos - métodos baseados na utiliza

ção de classificações geotécnicas, a partir das

quais se podem estabelecer recomendações acerca

das características dos suportes julgados mais

adequados ou das solicitações aplicadas, para

as condições estimadas para o maciço rochoso.

b) métodos numéricos - métodos recorrendo ao uso

de mod~los numéricos, como seja métodos de equ!

1íbrio limite, modelos elásticos baseados na me

cânica dos meios descontínuos, modelos de ele

mentos finitos e de elementos de fronteira.

c) métodos experimentais - recorrem ao uso de mode

los experimentais, baseando-se em leis de seme

lhança geométrica e de natureza mecânica ou hi

drau1ica, entre modelo e protótipo.

26

2.2 - Métodos empíricos

Com a crescente necessidade de ocupação do

espaço subterrâneo, tem-se verificado nas duas ú1timas dé

cadas um rápido desenvo1vimento no estudo das estruturas

subterrâneas, principa1mente no que se refere ao conheci

mento dos fenomenos envo1vidos, aos meios de prospecção e

ensaios para caracterização mecânica dos maciços rochosos

interessados, e ao desenvo1vimento de métodos de cá1cu10.

Apesar de todo este progresso, verificam-se

inúmeras dificu1dades no projecto de obras subterrâneas,

quer pe1a escassez de e1ementos para caracterização mecâ

nica dos maciços (obras de grande desenvo1vimento 1inear),

quer pe1a dificu1dade de obter a1guns desses e1ementos,

(tais como tensão virgem, características hidrogeo1ógicas).

As dificu1dades apontadas 1evaram, nos ú1ti

mos anos, ao aparecimento de métodos de dimensionamento

segundo uma via empírica, tendo como base a experiência

dos autores, associada a considerações teóricas.

E o caso das c1assificações e respectivos su

portes recomendados, apresentadas por WICKHAM (1974), BIE

NIAWSKI (1979), ROCHA (1976), AFTES (1976), etc.

27

2.3 - Métodos numéricos

Os métodos numéricos de cálculo de estruturas

subterrâneas baseiam-se na criação de modelos numéricos.

Os modelos criados estão intimamente ligados

à aproximação utilizada, isto é, de meio continuo ou de

meio descontinuo.

Na aproximação de meio continuo, têm sido ut!

lizados modelos baseados em métodos diferenciais - o méto

do dos elementos finitos e o método das diferenças fini

tas - e em métodos integrais, ~stes 6ltimos em geral na

modalidade do método dos elementos de fronteira (SOUSA,

1983).

O cálculo de estruturas subterrâneas pelo mé

todo dos elementos finitos, tem vindo ultimamente a conhe

cer uma larga utilização, em virtude essencialmente da sua

versatilidade, permitindo atribuir aos maciços diferentes

reologias e estado de tensão inicial, bem como diferentes

sequências de construção.

Os modelos por elementos finitos, para uso

de meio descontinuo ou de meio continuo com inclusão de

falhas e outras descontinuidades relevantes, incluem ele

mentos finitos especiais, designados elementos de junta,

que permitem simular as superfícies de descontinuidade e

os interfaces entre maciço rochoso e suporte (GOODMAN e

ST. JOHN, 1977).

28

2.4 - Métodos físicos

Os métodos físicos baseiam-se em modelos em

que as características essenciais e relevantes são repro

duzidas, tão fielmente quanto possível, tendo em conta a

escala.

Estes modelos, chamados modelos geomecânicos,

simulam o maciço rochoso, não só no que se refere às pro

priedades do material rocha, mas igualmente das diferentes

superfícies de descontinuidades que o compartimentam.

Trata-se de modelos extremamente caros pelo

que, no geral, só se usam no âmbito da investigação em

obras subterrâneas, salvo no caso de grandes estruturas

subterrâneas, nomeadamente cavernas para centrais hidro

eléctricas, de armazenagem de produtos ou em instalações

mineiras subterrâneas.

2.5 - Conclusão

A análise do que atrás fica dito, mostra bem

a necessidade que existe do conhecimento das característi

cas geomecânicas do maciço, de modo a permitir o projecto

adequado da estrutura subterrânea a construir.

Sendo a geologia de engenharia, uma discipl~

na que apoia a engenharia civil, deve o especialista em

geologia de engenharia, logo desde o início do projecto,

conhecer as intenções do projectista quanto ao método de

29

cálculo que este vai utilizar, programar todo o estudo,de

modo que, no final, esteja em condições de fornecer os p~

râmetros necessários ao cálculo.

30

3 - CARACTERtSTICAS GEOTECNICAS DOS MACIÇOS COM INCIDENCIA

NO PLANEAMENTO E PROJECTO DE TUNEIS

3.1 - Introdução

Tendo em vista a obtenção dos elementos de

cálculo para o dimensionamento do tunel, compete ao espe

cialista em geologia de engenharia a caracterização geoté=

nica do maciço rochoso e das rochas que o constituem.

Os trabalhos deverão iniciar-se pela elabor~

ção da cartografia geológica do traçado e áreas adjacentes,

a escala conveniente, tendo em atenção a litologia e tec

tónica, a sismicidade, as características hidrogeológicas

e, após obtenção destes dados básicos, deverá orientar-se

o estudo no sentido da quantificação das variáveis a uti

lizar no cálculo.

3.2 - Geologia regional e local

A história geológica do maciço onde se inse

re a obra, deverá ser o primeiro dado a obter. Assim, o

trabalho deverá ser iniciado pela pesquisa de todos os

elementos de carácter geológico e geotécnico existentes

sobre a zona, pela observação da fotografia aérea, se po~

sível primeiro a uma escala regional e depois em pormenor,

seguindo-se um reconhecimento geológico de superfície que

leve à elaboração de uma carta geológica.

,a

..7

31

A carta geológica a executar, cuja escala va

ria com o comprimento do tunel, sendo vulgar a escala

1/2 000 para tuneis com mais de 1 Km e 1/1 000 a 1/500 p~

ra tuneis menores, deverá já ser orientada para o fim a

que se destina, melhor, deverá constituir já uma carta ge~

técnica preliminar de aptidão para tuneis, contemplando

para além da litologia das formações atravessadas, a pos~

ção do nível freático, a estrutura do maciço, o estado de

alteração. De referir que estes elementos são colhidos

superfície e extrapolados para a profundidade a que o tu-

nel vai atravessar o maciço, o que na maior parte das ve-

zes é susceptível de conduzir a erros ou imprecisões im-

portantes, principalmente em maciços muito dobrados.

3.2.1 - Litologia

A definição das diversas unidades litológicas

a atravessar por um tunel é um dos aspectos, senão essen

cial, pelo menos importante na elaboração do projecto.

Para além da observação macroscópica das amo~

tras, deverão ser executadas laminas delgadas para análi-

se micropetrográfica, devendo fazer parte do projecto uma

descrição qualitativa das unidades litológicas, tendo sem

pre em atenção o fim a que o relatório se destina.

Muitos autores, usando a classificação lito-

lógica, a ela associam características mecânicas, e usam

essa aproximação na avaliação do comportamento do maciço

32

a ser escavado. Como exemplo apresentam-se os QUADROS 3·1

e 3.2 (DESIO, citado por LETOURNER e MICHEL, 1971) em que

são comparados o tipo 1ito1ógico com a velocidade de avan

ço e com o custo da escavação.

QUADRO 3.1

COMPARAÇÃO DAS VELOCIDADES DE AVANÇO EM FUNÇÃO DO TIPO

LITOLOGICO, EM TUNEIS PARA VIAS DE COMUNICAÇÃO (DESIO,1959)

TIPO LITOLÚGICO METROS/DIA

Rochas brandas compactas (mo1assos, tufos) 7-10

Rochas medianamente duras (calcários pouco

fissurados, não aquíferos)

Rochas duras e compactas (grés, cong10mer~

dos e calcários compactos)

Rochas muito duras e compactas (granitos,

basaltos, anfibo1itos, gnaisses)

Rochas medianamente duras, muito fractura

das (micaxistos, gnaisses)

Rochas xistosas mais ou menos duras, frac

turadas

Rochas móveis não aquíferas

Rochas plásticas e rochas móveis aquíferas

6-8

5-7

4-6

3-4

2-3

0,5-1,5

0,2-0,5

))

QUADRO ).2

RELAÇÃO ENTRE O PREÇO DE ESCAVAÇÃO E O TIPO LITOLÓGICO

PARA UM MESMO AVANÇO E UMA MESMA SECÇÃO (DESIO, 1959)

Calcários e dolomitos 1 (referência)

Granitos, dioritos, gnaisses 1,2 - I,)

Xistos argilosos 2 - 8

Argilas 4 - 12

A análise do QUADRO ).1 mostra que o autor,

para além da unidade litológica, já ~em uma preocupação

de descrição geotécnica, referindo-se à coesão, dureza,

presença de água e estado de fracturação.

Outros autores como FRANKLIN (1970), tecem

considerações, a partir da composição mineralógica, sobre

a coesão e estado de tensão, como se pode ver no QUADRO

).).

A classificação litológica baseada na génese

dos materiais, sua composição minerológica e textura é,no

entanto, a mais utilizada.

Refere-se, como exemplo, a classificação pr~

posta pelo Geological Society Engineering Group Working

Party (1977), resultante de ligeiras alterações de uma

)4

QUADRO ).)

CLASSIFICAÇÃO MINERALÓGICA (FRANKLI~ 1970)

MINEROLOGIA CLASSIFICAÇÃO

Rocha quartzo-fe1dspática Normalmente dura e frágil.

Rochas eruptivas ácidas e

gnaisses.

Rocha básica Normalmente dura e frágil.

Rochas eruptivas básicas e

grauvaques.

Rocha pe1itica (argila) Viscosa, fraca e plástica.

Filitos,argilitos e shales.

Rocha pe1itica (mica) Fraca e plástica.

Xistos.

Rocha salina e carvões Viscosa, fraca e plástica.

Calcários.

classificação anteriormente proposta por DEARMAN em 1974.

Nesse trabalho a Geo1ogica1 Society reafirma

a necessidade da descrição petrográfica fazer parte da de~

crição de maciço rochosos,chamando no entanto A atenção p~

ra o facto de não deverem ser usadas descrições petrográ

ficas extensas.

35

o QUADRO 3.4 apresenta uma adaptação dessa

classificação segundo OLIVEIRA (1980).

3.2.2 - Tectónica

Se a litologia de um maciço rochoso é um dos

elementos importantes que deverá informar o projecto de

tuneis, as acções tectónicas a que o maciço esteve sujei

to, e que definiram a sua estrutura geológica, é essencial.

Igualmente importante é o estudo das acções sísmicas a que

o tunel pode vir a ser sujeito.

A atitude dos estratos, falhas, diaclases,

etc., têm uma grande importância na aptidão dos maciços p~

ra a abertura de tuneis e no dimensionamento dos suportes.

Trataremos neste capítulo os problemas apenas relacionados

com o modo de jazida das rochas e a presença de falhas,de!

xando para o cap. 3.3 a análise das diaclases.

Enquanto as rochas igneas apresentam, no ge

ral, uma boa capacidade para se manterem autoportantes,d~

pendendo apenas da fracturação do maciço, nas rochas estr~

tificadas, a capacidade autoportante é grandemente influ

enciada pela orientação do tunel em relação à atitude dos

estratos.

Uma zona de tectónica complexa, com grande

variação na orientação dos estratos, deverá apresentar mais

problemas à construção, do que uma zona em que haja uma

certa uniformidade na atitude das formações.

QUADRO 3.4

CLASSIFICAÇÃO DOS PRINCIPAIS TIPOS DE ROCHA*

/lor- lIAS

GI11jl'O

GEJ"f;TICO

1l0CIIAS SlmnIENTi\IH':S

DETHtTJCAS

nOClIAS

P Inoo,As

TICA::;

DE OllT(;~,\1

QUINTeA

OU

OHGÂNICA.

1l0CllAS

HF.Ti\NOllF 1CMi

llOC liAS

lGNEAS

II

perido

tito

serpent!

nito

piroxo

ni to c

l\linerais

l1;::::::lSLcas _,

to

basal1:0

doleri-

gubro

násicl\t!I

N1neraisclaros A

escuros

Naciça

ondesito

microdio

rito

Noutras

diorito

Pegmatito

Acidas

!'linerúis claros

microgr~

nito

riollto

granjto

anfibtli

to

quartzito

granulito

mnrmore

corneana

migmat,!

to

"'scuros

xisto

f'iládio

gnaisse

xisto

argiloso

"1ilon1.to

qtlnrtzo,

1"cldspAtus,

micas e

Com

minerais

.f'oliação

rochns

calcário

dolomito

cherte

carvoes

salinas

(halite

anidrite

gesso)

..gneaR

micro

) 50~:; griios

dt" rochas

brecllU

vulcânica

aglomera

do vulcâ

nico

'<lrnnulares

calci

rud i to

calca-

renito I tufo

---calei-

811titol tuf"o

cré I finocnlci-luli to

) 50%

grãos de

el\rbonato

"o+'....Eo

..<o"ti

G>

Olo

-.-4.....,U.-l.:o

Estruti1"icada

conglomerado.,o...,

'.-4 •E Ibrecha

F'"".l!;"1"ltto" de rochas

~raos de quartzo,

friJdspatos e minerais

nrgilosoe

i+--I

C (j)'Il'OS 1 ç li.o

t '" í l\ gros

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2,O(

(mm) Ir. arenitoo(iranuJ olHe

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dia ('jgrf\,n'aque

--"O,Or, ---(mm) III

" oGranltlom~

o .... siltito... ....tria

•~ t-' argilito.... ::l.,... r-t

1"ina bJ llrgilit:o xistoso... ::lcc o

ESTIHJT1.tn,\ HA1S

fJ1EQU~~:\TE I 1--------4 I I .------________+_ i I I

Gran\lJomc

ob",idlana taquilito

vidro vulcânico

. -adAptado por OLIVEIHA,R.(19Bo) de ""file description 01" Rock Masses for Engineering purposes" publicado no Bulletin 01' th" Internacional

Association 01" Engineering Geology nO 19 June/July 1979

w~

37

Aproveitando vários blocos diagramas aprese~

tados por BRINK (1980), analisa-se sumariamente a inf1uên

cia da estrutura na estabilidade dos tuneis (FIG. 3.1).

CASO 1

Formações horizontais ou subhorizontais com direc

ção paralela ao eixo do tune1 apresentam, no gera1,boa c~

pac idade autoportante, salvo casos em que na zona do tec~

to ocorram formações pouco resistentes que poderão dar

origem a sobreescavações.

Quando a direcção dos estratos é normal ao

eixo do tune1 e inclina 50 _10 0, poderão ocorrer alguns pr~

b1emas, principalmente quando os estratos inclinam para a

boca do tune1.

CASO 2

No caso de estratos verticais, e em que o eixo do

tune1 é normal à direcção das camadas, a situação é favo

rável, desenvolvendo-se sobre o suporte uma tensão unifo~

me, dependendo o suporte da espessura dos estratos, pode~

do no entanto ocorrer exsurgências de água preferencialme~

te em alguns estratos.

)8

CASO)

No caso do eixo do tunel ser paralelo à direcção

das formações a situação é desfavorável, havendo,para além

dos problemas com água, concentrações de tensões no supo~

te e sobreescavações no tecto.

CASO 4

Situação em que a direcção dos estratos é normal

ao eixo do tunel e os estratos são inclinados. Trata-se de

uma situação desfavorável, principalmente se os estratos

inclinam para a boca do tunel, mais acentuada se há alter

nância de estratos mais e menos resistentes e ainda pela

afluência de água ao tunel, caso estratos permeáveis sejam

cortados.

CASO 5

Situação análoga ao Caso) mas mais desfavorável,

dadD haver concentrações de tensões de um dos lados do su

porte e sobreescavações assimétricas. Também no que se re

fere à ocorrência de água ela também será assimétrica,oco~

rendo em maior quantidade num hasteaI que noutro.

CASO 6

Situação mais complexa, em que o eixo do tunel é

oblíquo em relação à direcção dos estratos e estes são in

39

clinados. Neste caso, gera-se sobre o suporte uma distri-

buição tridimensional das tensões e uma sobreescavação mu~

to irregular. No que se refere às condições hidrogeológi

cas trata-se de uma situação idêntica ao Caso 5.

CASO 7

Duas situações em que o tunel está instalado numa

dobra, cujo eixo é paralelo ao eixo do tunel.

São situações pouco frequentes, e no geral facilmen

te evitáveis o que, aliás, sempre convirá fazer,dado tra-

tar-se de zonas com concentrações de tensões re~iduais ou

de intensa fracturação, associadas no geral a ocorrência

de caudais importantes.

CASO 8

Analisa-se em seguida o caso em que o tunel inter-

secta uma falha nas três situações possíveis, isto é, fa-

lha normal, oblíqua ou paralela ao eixo do tunel. Em qua!

quer das situações os problemas são comuns. No entanto,

eles agravam-se quando a direcção da falha é paralela ao

eixo do tunel ou faz com este pequeno ângulo, pelo facto

de o tunel intersectar a falha e a sua zona de influência

ao longo de maiores extensões. Assim, os problemas mais

comuns referem-se à ocorrência de caudais importantes,,a

espessura da caixa de falha e natureza dos enchimentos.No

caso destes serem argilosos, poderão apresentar expansib~

40

lidade, se forem arenosos, e especialmente quando abaixo

do nível freático, poderão "escorrer" para o tunel.Falhas

antigas com enchimento constituido por materiais silicio

sos poderão dar origem a dificuldades no desmonte devido

à sua dureza.

CASO 9

Casos há em que embora o tunel não intersectando di

rectamente a falha, passa na sua proximidade, sofrendo as

sim a sua influência.

Se a falha está situada abaixo do tunel no geral

os problemas são de pouca importância, o mesmo não aconte

cendo se a falha está próxima do tecto. Neste caso poderão

ocorrer exsurgências importantes, concentrações de tensões

sobre o suporte e sobreescavações.

Embora em Portugal a importância seja reduzida, a

determinação da actividade da falha deverá ser considera

da.

Pelo que atrás fica dito, vê-se a importância

que a estrutura geológica tem para o planeamento, projec

to e abertura de um tunel, pelo que o seu reconhecimento

na fase de planeamento e a sua caracterização na fase de

projecto são de primordial importância, podendo mesmo le

var ao abandono de traçados em favor de outros.

Caso 1

Caso :3

Caso 5

Caso 7

Caso 2

Caso 4

Caso 6

41

FIG. :3.1 Influência da estrutura geológica na estabi1i-

dade dos tuneis

. .:....._._._._-=--:..-..:

Caso 8

42

Caso 9

FIG. 3·1 - Influência da estrutura.geológica na estabili-

dade dos tuneis (Cont.)

3.2.3 - Sismicidade

Apesar de ocorrerem no território português,

zonas de sismicidade elevada, talvez devido ao facto da

maior parte dos tuneis construidos, o serem em maciços ro

chosos, na generalidade dos projectos,a possibilidade da

ocorrência de sismos não foi considerada.

O mesmo não se verifica noutros países onde

o assunto vem sendo tratado com certo detalhe.

A experiência desses países (COOKE, 1971),mo~

tra que tuneis bem projectados em maciços rochosos de boa

qualidade, suportam bem os efeitos dinâmicos dos sismos,

tendo-se verificado apenas estragos em tuneis com pequeno

recobrimento, junto às entradas, quando a essas situações

estão associadas falhas activas e os epicentros se encon

tram próximos.

Aquele autor resume deste modo o efeito dos

sismos sobre tuneis:

a - A probabilidade de ocorrência de danos causados

por um sismo num tunel é pequena.

b - Por maior cuidado que haja na elaboração do pr~

jecto, são inevitáveis os danos causados pelo

movimento de uma falha que seja atravessada por

um tunel.

c - O movimento de uma falha é raro e só deverá ser

considerado no projecto quando se tratar de fa

lhas activas.

44

d - Em regiões em que o grau de intensidade' sísmi

ca é superior a VIII, na Escala de Mercalli mo

dificada (12 Termos), é de esperar a ocorrência

de acidentes em tuneisescavados em maciços r~

chosos de fraca qua1idade, e próximos da supe~

fície.

e - Não há notícias de acidentes em tuneis escava

dos em maciços rochosos de boa qua1idade.

f - As vibrações causadas pe10s sismos diminuem com

a profundidade e aumentam com o estado de a1te

ração.

g - Praticamente não existe risco de acidentes pr~

vocados por sismos, em tuneis escavados em ma

ciços rochosos de boa qua1idade (hard rock),

desde que não sejam atravessadas fa1has activas.

Em Portuga1, o Instituto Naciona1 de Meteor~

10gia e Geofísica tem pub1icada uma Carta de Intensidades

Sísmicas Máximas registadas entre 1902 e 1972, FIG. 3.2,

tendo OLIVEIRA, C.S. (1972) pub1icado, igua1mente para o

Continente, cartas de ve1ocidade, des1ocamento e ace1era

ção máximas previstas.

45

-VI-V-IV

.;.:.:.: -- X

::::::::::--II::::::::: - YIII{:}~:r -- \' II

VALeRES DA HiTElISI!l!.DE SIS~I(A

I [SCAll 1~'Ir.U[IOUll

Pllíc:o n:I-1Ç 7l

51,..' 'I'" .I ~ 1.-; , l!....... ...,....,

ZGHS CE 1);1E IiSIO~OE H~lIHA

42"----+---------+--I-----Y-

40 --+---------{.+~44g~~...:..:.::::V--'------__;_+-----_+---.,

38·--r-------+-.:9g4~=..:.....:~

.37

Ij

10· g"8 " " 5·7

FIG. 3.2 Mapa das intensidades sísmicas máximas observa

das em Portugal durante o periodo de 1902 a 1972

(MENDES ,. 1971 e Atlas do Ambiente, 1975)

46

3.3 - Descontinuidades do maciço rochoso

3.3.1 - Introdução

Assim como o material rocha não é mais que

uma associação de minerais, que possuem entre si uma cer~

ta coesão, determinando o conjunto as suas características

mecân~cas, um maciço rochoso pode ser considerado como um

volume de material-rocha (do mesmo tipo litológico ou não),

separados por planos de fraqueza, cuja coesão pode ser nu

la.

A esses planos de fraqueza chama-se descont!

nuidades, que embora de origem e forma diferentes, podem

ser divididos em dois grandes grupos:

- As falhas, que pela sua natureza e importância,

deverão ser tratadas individualmente (ver cap.

3.2.2)

As descontinuidades que ocorrem em grandes núme

ros, como as diaclases, e em certos casos planos

de separação de estratos,podem ser objecto de um

tratamento estatístico.

Trataremos neste capítulo este último grupo.

47

3.3.2 - Propriedad~ e métodos de estudo

Os parâmetros mais comumente usados para des

crição das descontinuidades são os seguintes:

1 - ATITUDE

Revela a posição da descontinuidade no espa

ço, através da direcção em relação ao Norte, de uma linha

de nível do plano da descontinuidade e da inclinação em

relação à horizontal ,da linha de maior declive.

A medição da atitude das descontinuidades p~

de ser feita, e é o mais comum, através da medição direc

ta, quando se possui acesso ao maciço, quer através de

afloramento, quer através de galerias. Quando as medições

são feitas em afloramentos, e no caso de tuneis a grandes

profundidades e em maciços sujeitos a intensa actividade

tectónica, os resultados podem ser falseados, dada a extra

polação não ser válida. Outros fenomenos, tais como deslo

camento de blocos e o arrepiamento de camadas, podem afec

tar significativamente as determinações efectuadas à supe~

fície.

Para o estudo da atitude, podem ainda utili

zar-se os tarolos das sondagens, quer através do recurso

a planos de referência bem definidos no maciço que permi

tam orientar os testemunhos, quer através de técnicas de

amostragem orientada que no caso de amostragem integral

(ROCHA, 1971) ,permite ainda estudar a abertura e enchimen

48

to. Outras técnicas poderão ser usadas embora pouco prec!

sas, como o uso de câmara de televisão e fotografias ao

longo de furos de sondagens, embora em Portugal sejam po~

co usuais.

Obtidas as medições, há que tratar os elemen

tos obtidos e apresentar os resultados.

A maneira mais simples e por vezes a que fo~

nece uma boa visão de conjunto da variação das atitudes

em obras lineares como são os tuneis, é a apresentação d~

recta, sobre a carta geológica, de símbolos representando

a direcção e a inclinação mais caracteristica, usando-se

símbolos diferentes para as diaclases, estratificação e a

xistosidade.

o outro método mais usado, refere-se ao tra

tamento estatístico das medições, e à sua apresentação em

projecção de igual área, numa rede de Schmidt.

A maneira de elaborar esta representação,vem

extensivamente descrita na bibliografia da especialidade,

apresentando-se, na FIG. 3.3, a base do método e, na FIG.

3.4, um exemplo de um diagrama obtido para o caso de um

tunel em formações calcárias.

Este processo de tratamento estatístico, pe~

mite o agrupamento das descontinuidades em famílias,bem

como avaliar a representatividade das diferentes famílias

no sistema de descontinuidades que compartimenta o maciço

rochoso.

Outros métodos de representação como os dia

gramas de roseta e os blocos diagrama tendem a ser cada

Hemisfério

InferiorDescontinuidade K

49

(c)

N

11-+---+-~--1!----+-~90 E ( b)

180

S

FIG. J.J - Método de representação de descontinuidades

(rede de Schmidt)

50N

10 s 10

• > 20%

I22J 15% a 20%

O 10% lq%.4>: "~4 a

o 5(11 a 9nl... /0 /0

O 1% a ql'I/0

FIG. ).4 - Diagrama de projecção polar

de igual área das diaclases

(Hemisfério inferior)

vez menos utilizados.

2 - ESPAÇAMENTO

Trata-se de uma das características geométr~

cas mais importantes, dado definir o tamanho dos blocos

intactos do material-rocha que constitui o maciço.

O espaçamento entre descontinuidades, associa

do a outras características, tem grande influência na de-

formabi1idade e na permeabilidade dos maciços rochosos.

Vários autores se têm debruçado sobre esta ca

racterística, como WATKINS (1970), que propõe a c1assifi-

cação que consta do QUADRO 3.5 e define, para o caso dos

tuneis, aquilo a que chama

Espaçamento relativo = Espaçamento médio

Diâmetro do tune1

DEERE (1967), propôs a utilização de um índi

ce de qualidade para maciços rochosos, conjugando o espa-

çamento e o estado de alteração do material-rocha, obtido

através do estudo de taro10s de sondagens, a que chamou

RQD (Rock Qua1ity Designation). Este índice, não é mais do

que uma percentagem de recuperação, considerando apenas os

taro10s de comprimentos superiores ou iguais a 10 cm, di

vidindo o somatório desses comprimentos pelo comprimento

total furado , apresentando-se o resultado em percentagem.

Este índice, que é calculado para cada manobra, levou aqu~

1e autor a classificar os maciços, em termos de qualidade,

do seguinte modo:

QUADRO 3.5

CLASSIFICAÇÃO GEOTECNICA DE UM MACIÇO QUANTO AO ESPAÇAMENTO

DAS DIACLASES E DOS PLANOS DE ESTRATIFICAÇÃO

(M.D. WATKINS, 1970, adaptado)

DIACLASAMENTO

ESTRATIFICAÇÃO

Muito Muito Muito

FragmentadoFragmentado Próximo Próximo Nédio Espaçado

Espaçado

Ii'inamente f.1ui to t-Iui to

laminada Laminada Delgada Delgada Nédia Espessa Espessa

0,6 2 6 20 60 200 cm

\JJ[\J

53

Qualidade do maciço RQD

Muito fraca O a 25%

Fraca 25 a 50%

Razoável 50 a 75%

Boa 75 a 90%

Excelente 90 a 100%

Este índice, embora muito utilizado nas diver

sas classificações para caracterização de maciços rochosos,

e na sua aptidão para tuneis, apresenta, na opinião do au

tor, diversos inconvenientes:

a - DEERE(1967)recomenda que apenas seja calculado

em sondagens com diâmetro NX, devendo apenas

ser consideradas as fracturas existentes no ter

reno. Este último requisito é difícil de obede

cer, dada a dificuldade de, numa sondagem, nem

sempre ser possível separar as fracturas natu

rais das produzidas pela própria operação de

furação.

b - Ser considerado um limite rigido para o tamanho

dos tarolos.

Suponha-se uma manobra de sondagem com um metro

de comprimento e recuperação de 100%. Se forem

recuperadas 11 peças de 9 cm, o RQD será de 0%

(maciço de fraca qualidade). Se, no entanto,f~

rem recuperadas 10 peças com 10 cm, o RQD será

de 100% (maciço de qualidade excelente).

54

BARTON (1974), propôs um método para determ!

nar o RQD que, para além de permitir um uso mais general!

zado (sondagens e afloramentos), resolve a limitação apo~

tada em b.

RQD = 115 - 3,3 Jv

em que Jv é o número de descontinuidades por metro.

A Comissão de Classificação das Rochas e Ma-

ciços Rochosos da Sociedade Internacional de Mecânica das

Rochas (ISRM, 1977), debruçou-se igualmente sobre a clas-

sificação das fracturas quanto ao espaçamento, tendo pro-

posto a seguinte classificação":

ESPAÇAMENTO ENTRE FRACTURAS

Intervalos(cm) Símbolos Designações

> 200 FI muito afastadas

Fl

_2

afastadas

60 a 200

20 a 60

6 a 20

< 6

F2

F4

F5

afastadas

medianamente

afastadas

próximas

muito próximas

medianamente

afastadas

próximas

55

Uma outra Comissão da ISRM, "The Commitee on

F'ield Tests" (1977), igualmente estudou o assunto,.e pro-

põe um método de avaliação bastante simples e adequado a

todos os maciços, seja qual for o acesso que o geólogo te

nha (afloramento, galeria ou sondagem), e que consiste no

seguinte:

1 - Utilizando uma fita métrica o operador começa

por medir o afastamento entre descontinuidades

e separadamente para cada família.

2 - Em seguida é elaborado um histograma como o in

dicado na FIG. 3.5, determinando-se assim o es

paçamento médio.

3 - E este espaçamento médio. ,~ra caracterizar

o maciço ou parte dele,quando se quer fazer,

por exemplo, um zonamento em profundidade.

3 - CONTINUIDADE

Define-se como a área da descontinuidade,ou

de uma maneira mais prática, como o comprimento da descon

tinuidade.

Também aqui as medições devem ser individua-

lizadas por famílias, e igualmente se deverá fazer um tra

tamento estatístico.

Com base nesse tratamento, cada família é ca. -racterizada, propondo a ISRM (1977) a seguinte classifica

ção:

56

I-

S modol =350 mm

~~ ~~ ~~'/ -,- .- ..-- I- 1--

~ ~~/

--I--- -r--' . -l;-;;.'

~ ~~V/' VVy

7' .. - 1-1-1---Vv

~ ~~1/

V 1/

4

3

6

8

7

9

10

l1JCI)

10lO-«I'>MCI)l1J.oO

CI)

'tl

OMCI)

e.::;jz

:20 :200 :2000 6000 mm

espaçada espaçadas

Muitissimo Muito

próximas próximasPróximas Médias Espaçadas

Muito Muitíssimo

FIG. 3.5 - Histograma de espaçamento de fracturas

(ISRM, Doc. 4, 1977)

Designação Comprimento

57

Muito pouco continua < 1 m

Pouco continua 1-3 m

Medianamente continua 3-10 m

Continua 10-20 m

Muito continua > 20 m

A continuidade é uma das características fí

sicas mais importantes a considerar, embora no projecto

de tuneis, não assuma a importância que tem no caso do pr~

jecto de barragens ou de taludes naturais ou de escavação,

onde se torna relevante para a avaliação da resist~ncia ao

corte dos maciços, salvo no caso de se verificar que a di

recção das diaclases com maior cóntinuidade coincide com

a direcção do tunel.

4 - RUGOSIDADE

A superfície que constitui as paredes das des

continuidades apresentam-se, no geral, irregulares a vá

rias escalas, sendo a medição dessas irregularidades bas

tante difícil.

A rugosidade tem grande influ~ncia na resis

t~ncia ao corte do maciço, FIGs. 3.6 e 3.7, principalmen

te no caso das descontinuidades se apresentarem não pree~

chidas. A ondulação, embora seja considerada em separado

por alguns autores como ROCHA (1973), é normalmente consi

derada como uma forma de rugosidade.

58

/

Iç'..

1FIG. ).6 - Influência da rugosidade na resis-

tência ao corte (adoptado de ROUGH-

TON, 1975)

DILATAÇÃO

• --III

J I

-R-II

1 II

/

//

59

CORTElo.

T :: C' ~ (çi + i.)

1- c:==J 1: :: c.. + C"' G...0~C-'J

i

TENSÃO NORl'1AL

FIG. 3.7 - Relação entre a tensão de corte e a

tensão normal numa superfície rugosa

(adoptado de-ROUGHTON, 1975)

60

Também a 18RM se debruçou sobre este assunto,

propondo nomenclatura e método para caracterizar a rugos!

dade. No entanto, trata-se de método bastante aleatório e

de difícil execução que, na prática, não é usado. Torna-se

preferível recorrer a ensaios em laboratório ou no campo,

para a determinação da resistência ao corte das desconti

nuidades, não separando assim a fracção intrínseca do fac

tor rugosidade ou ondulação.

5 - ABERTURA

A abertura é uma das características com gra~

de influência na deformabilidade, resistência ao corte e

permeabilidade dos maciços rochosos. ~ definida como adis

tância entre as paredes da descontinuidade e pode ser me

dida recorrendo a uma simples régua. Caso as paredes das

descontinuidades não se apresentem planas, situação mais

frequente, a medição apresenta alguns problemas, sendo di

fícil a sua quantificação rigorosa.

O modo de acesso ao maciço é também uma con

dicionante de medição desta característica. Assim, enqu~~

to que em afloramentos ou em galerias,a observação direc

ta permite uma leitura fácil, no caso das sondagens, tor

na-se difícil a sua medição, salvo quando se utilizam téc

nicas especiais de amostragem, como é o caso da amostragem

integral, e mesmo nestes casos, a medição correcta é pra

ticamente pontual, podendo a abertura variar significati

vamente a pequena distância da localização da sondagem.

61

A ISRM (1977) propôs que, em termos de aber

tura de descontinuidades, os maciços sejam descritos como

se apresenta no QUADRO 3.6, sendo cada família estudada

de per si e caracterizada pela média de aberturas após tra

tamento estatístico.

QUADRO 3.6

ABERTURA DE DESCONTINUIDADES

Abertura (mm) Descrição

< 0,1 Muito fechadas

0,1-0,25 Fechadas Fechadas

0,25-0,5 Parcialmente abertas

0,5 - 2,5 Abertas

2,5-10 Medianamente largas Entreabertas

) 10 Largas

10-100 Muito largas

100-1000 Extremamente largas Abertas

) 1000 Cavernosas

•

62

Outros autores como BIENIAWSKI (1976), numa

classificação especifica para tuneis, utiliza quatro graus:

Fechadas

Abertura

Abertas Abertura

Abertura

< 1 mm

1-5 mm

> 5 mm

Trata-se como se v@ de uma característica de

difícil quantificação, e dado estar associada intimamente

ao enchimento, deverá, em conjunto com este, caracterizar

o maciço.

A FIG. 3.8 mostra, embora de uma forma simpli~

ta, a terminologia proposta pela ISRM para a classificação

das descontinuidades quanto à abertura.

6 - ENCHIMENTO

Estreitamente relacionada com a característi

ca anterior, o enchimento de uma diaclase pode definir-se

como o tipo de material exis±ente entre as paredes de uma

diaclase, tal como calcite, argila, silte, milonito, etc.

Devido a esta grande variedade de tipos de

enchimento, assim o comportamento físico de uma diaclase

é variável, em particular no que se refere à resist@ncia

ao corte e à permeabilidade.

A ISRM, no seu documento n Q 4, de Outubro de

1977, recomenda que no estudo do enchimento devem ser to

madas em conta as seguintes características:

a

DESCONTINUIDADE FECHADA

b ABERTURA

-I I-r---~ _--_

DESCONTINUIDADE ABERTA

c

DESCONTINUIDADE PREENCHIDA

FIG. 3.8 - Sugestão para definição de abertura de desconti-

nuidades abertas e da largura das descontinuida-

des preenchidas (ISRM, 1977)

64

a - Mineralogia do material

b - Tamanho das partículas

c - Largura máxima e mínima

d - Grau de alteração

e - Resistência do material

f - Deslocamento

g - Teor em água e permeabilidade

3.4 - Características mecânicas e outras relativas ao

material rocha

3.4.1 - Resistência

Embora as características de resistência do

maciço rochoso sejam essencialmente dependentes das des-

continuidades, é de grande utilidade o conhecimento da re

sistência do material rocha, especialmente quando se tra-

ta de rochas de baixa resistência.

A determinação da resistência ao corte do ma

terial rocha, tal como a determinação de resistência à com

pressão uniaxial é, no geral, feita a partir de ensaios de

laboratório. A determinação do !ndice de Resistência,a

carga pontual (Is), da determinação da dureza com o marte

lo de Schmidt (R) e a determinação da velocidade de ultras

sons, podem levar, através de correlações como as aprese~

tadas nas FIGs. 3.9 e 3.10, à estimativa do valor da resis

tência à compressão uniaxial.

õü....co';;G>co

U.r:

'"ce.;;.~....

"O.E

65

length 01 loaded Ao;s d lmm)

FIG. ).9 - Correlação entre a resistência à carga pon-

tua1" e resistência à compressão uniaxia1

(oc

deve ler-se G" )c

(Geo1ogica1 Society of

London, 1977)

"°0 .s 10 loS 10 2.s JO J.s AO A.s .s0 .s.s 60Scnmidl Hardness. R Cl - Hltmmer)

FIG. 3.10 - Correlação entre a dureza determinada com o

66

martelo de Schmidt e a resistência à compre~

são uniaxial com o martelo em posição verti

cal (DEERE e MILLER, 1966)

67

3.4.2 - Alterabilidade

Pode definir-se alterabilidade como a maior

ou menor facilidade com que uma rocha se altera, no decor

rer da vida de uma dada obra.

A determinação da susceptibilidade que uma

dada rocha oferece à alteração pode, em princípio,ser fe!

ta mediante a caracterização do estado de alteração em

instantes diferentes, separados por um intervalo de tempo

(DELGADO RODRIGUES, 1975).

O conhecimento da composição mineralógica das

rochas é essencial para a previsão da alterabilidade.

Nos tuneis, e no caso particular de Portugal,

desconhece-se qualquer caso de estudo da alterabilidade,

feito na fase de projecto, por certo devido ao facto de as

obras construidas se referirem a maciços essencialmente

xisto-grauvacoides e graniticos, onde os fenomenos de al

teração, durante o período de vida das obras, são pouco

significativos.

Vários ensaios têm sido propostos para dete~

minação, embora indirecta, quer da alterabilidade quer da

previsão do comportamento das rochas. Citam-se-os ensaios

gelo-degelo, determinação da porosidade e do coeficiente

de saturação, reactividade água-rocha, ataque pelo etile

no-glicol seguido pelo ensaio. de desgaste em meio húmido.

Em termos práticos, pode resumir-se que a i~

portância do incremento do estado de alteração de uma ro-

68

cha, se revela na degradação das características mecânicas

dessa rocha.

3.4.~ - Expansibilidade

Define-se expansibilidade de uma rocha como

o seu aumento de volume, que no caso dos tuneis se manife~

ta nas imediações da abertura, como resultado de fenomenos

hidrodinâmicos.

A expansibilidade de uma rocha ou de um maci

ço rochoso está intimamente ligada à presença de minerais

argilosos, os quais são influenciados pela modificação do

estado de tensão e presença de água.

Como exemplo, cita-se as argilas que ao des

comprimirem-se devido a uma escavação, criam vazios que

acabam por ser preenchidos por água. Certos minerais arg!

losos, de que se destaca a montmorilonite, ao absorvê-la,

aumentam de volume, criando assim novas tensões (tensões

de expansão) sobre os suportes. Este aspecto demonstra bem

a importância do conhecimento da expansibilidade de uma ro

cha, no projecto de um tunel.

O estudo desta característica e a determina

ção da tensão de expansão é feita em laboratório através

de ensaios de expansibilidade.

69

3.5 - Características mecânicas relativas ao maciço rochoso

De uma maneira simplista pode dizer-se que a

caracterização de um maciço rochoso com vista à abertura

de um tunel visa definir as características do maciço no

que respeita à sua deformabilidade, resistência ao corte

e determinação do seu estado de tensão. Também a permeab!

lidade dos maciços rochosos é um elemento fundamental pa-

ra o projecto.

3.5.1 - Características mecânicas dos maciços

As características, deformabilidade e resis-

tência ao corte de um maciço dependem, essencialmente, da

litologia e dos estados de alteração e fracturação do ma-

ciço rochoso (incluindo-se aqui as características das

fracturas).

A obtenção do modulo de deformabilidade e da

resistência ao corte, é um problema delicado dada a hete-

rogeneidade e, muitas vezes, a forte anisotropia que os

maciços rochosos apresentam. Por outro lado, os ensaios

disponíveis para a determinação daqueles parâmetros são de

morados e dispendiosos, não compatíveis, por isso, com a

execução de um grande número de ensaios.

Para a caracterização de um maciço quanto,a

deformabilidade, ROCHA (1977) recomenda a seguinte metodo

logia:

70

- zonamento do maciço, a partir da informação geo

lógica e de ensaios com dilatómetro (BHD) , técni

ca desenvolvida por ROCHA et aI. (1970).

- determinação da deformabilidade de cada zona, me

diante o ensaio de volumes representativos, sen

do recomendável a técnica do ensaio pelo método

de almofadas grandes (LFJ), desenvolvida por RO

CHA et aI. (1970), sempre que há acesso ao inte

rior do maciço através de galerias ou poços.

- estabelecimento de correlação entre os resultados

dos ensaios de deformabilidade e um índice de qu~

lidade do maciço, em especial o fornecido por en

saio com dilatómetro, visando a redução do núme

ro de ensaios a executar.

Quer a técnica de execução dos ensaios com o

dilatómetro (BHD) , quer com as almofadas grandes (LFJ),

vêm largamente descritos na bibliografia da especialidade.

Na FIG. 3.11 apresentam-se algumas correla

ções apresentadas pelo LNEC para a deformabilidade, obti

dos com o dilatómetro (Ed) e com as almofadas grandes (EA).

Se para a determinação da deformabilidade dos

maciços se põe problemas quanto à representatividade e ao

preço dos ensaios, em relação à determinação da resistên

cia esse problema é tremendamente acrescido.

Dependendo a resistência do maciço rochoso,

quer da resistência da rocha, quer da geometria das descon

Ed(MF•• 103)

30 , •. S 5'"".0 BR.r..SIL

:2. ~ I. I c:: Ue"V. Po~lUGAL

3@.·Foc.nt BELGTCA

4X· .... run IRÃO

71

20

"

'0

.~'0 20 30 40 60

FIG. 3.11 - Correlação entre o modulo di1atométrico

obtido com o dilatómetro (Ed) e o modu-..

10 de deformabilidade obtido com as al-

mofadas grandes (EA) (LNEC, 1983)

72

tinuidades, torna-se na realidade muito difícil caracteri

zar globalmente esse valor, por exigir grandes dimensões

às peças a ensaiar, quer em laboratório, quer recorrendo

a ensaios "in situ".

As técnicas usadas para a determinação da r~

sistência ao corte do maciço no campo, obrigam à prepara

ção de blocos em galerias ou poços, tratando-se, como já

se disse, de ensaios muito demorados e dispendiosos. Tal

obriga à realização de apenas um número muito limitado des

tes, o que, à partida, coloca o problema de representati~

vidade dos resultados obtidos. Estes factos levam a que na

generalidade dos projectos de obras subterrâneas estes en

saios não sejam realizados, à excepção de grandes cavernas.

Opta-se assim, na maior parte dos casos, pe

la realização de ensaios em laboratório, ensaios triaxiais

e de deslisamento de diaclases, sobre amostras que se co~

sideram representativas, respectivamente da rocha e das

diaclases.

3.5.2 - Estado de tensão

A determinação do estado de tensão de um ma

ciço, é fundamental no projecto de um tunel, principalme~

te em situações de grande recobrimento, ou que interessem

zonas sujeitas a grandes esforços tectónicos.

Quando da abertura de um tunel, o estado de

tensão existente no maciço (virgem ou inicial), é pertur-

73

bado e, após a escavação, as tensões existentes tendem a

redistribuir-se à volta da superfície escavada. Desta re

distribuição das tensões, resulta um novo estado de tensão

para o maciço, na vizinhança da escavação, designado como

induzido ou secundário.

O cálculo do estado de tensão de um maciço,

quer virgem quer induzido, pode ser obtido quer à custa de

ensaios de campo, quer de uma maneira aproximada através

de cálculo.

Das técnicas usadas para a determinação do

estado de tensão, no campo, cita-se:

1 - nas paredes de galerias, mediante ensaios em

fendas, com aplicação de macacos planos de pe

queno diâmetro (SFJ).

2 - no interior de furos de sondagem através de de

formetros tridimensionais (STT).

Quer uma quer outra técnica, desenvolvidas

pelo LNEC, são de difícil execução e dispendiosas, sendo

os resultados obtidos, em geral, afectados de erros, mes

mo quando os ensaios são realizados em condições muito fa

voráveis, dado o pequeno volume de maciço envolvido.

Na maior parte dos projectos de tuneis reali

zados em Portugal o estado de tensão não vem sendo consi

derado quer pelo facto da sua determinação não ser feita,

quer no caso de ele ser conhecido, não ser tomado em con

ta no cálculo.

74

Assim, na generalidade dos casos, o estado

de tensão é obtido por cálculo, considerando-se a tensão

vertical (~v) igual ao peso do maciço acima do tunel,e a

tensão horizontal (~h) uma percentagem de tensão vertical,

o que nem sempre é correcto, " •••• grande número de maci-

ços rochosos não superficialmente descomprimidos, as ten-

sões horizontais, que se medem, apresentaram valores sig-

nificativos superiores aos das correspondentes tensões ver

ticais" (MELO MENDES, 1983).

Segundo ROCHA (1975), como a informação que

se dispõe sobre o estado de tensão inicial, especialmente

sobre a tensão horizontal, é em regra muito precária,

aconselhável considerar diversos valores de Vh, afim

averiguar a sensibilidade do sistema maciço-suporte.

,e

de

75

4 - METODOS DE PROSPECÇÃO UTILIZADOS NO ESTUDO GEOLÓGICO

E GEOTECNICO DE MACIÇOS PARA ABERTURA DE TUNEIS

.4.1 - Introdução

Para além do reconhecimento geológico de su

perfície, elemento essencial para o estudo de um maciço i~

teressado por um tunel, o conhecimento das características

geológico-geotécnicas em profundidade, nomeadamente às co

tas interessadas pela obra, é essencial.

Assim, recorre-se a vários métodos disponí

veis e que incluem a prospecção geofísica, a prospecção me

cânica, os ensaios "in situ" e em laboratório.

4.2 - Métodos geofísicos

De laria aplicação, hoje em dia, na engenha

ria civil, a introdução destes métodos indirectos de pro~

pecção, nos estudos de geologia de engenharia deve-se a

ROBERTSHAWe BROWN, 1955, (RODRIGUES CARVALHO, 1981).

O caracter expedito dos trabalhos e seu bai

xo custo, têm determinado a sua cada vez maior utilização

como meio de investigação do maciço.

Dentre os diversos métodos postos à disposi

ção para o estudo de tuneis, os mais usados são os métodos

sísmicos e os métodos eléctricos. No QUADRO 4.1 indicam-

76

QUADRO 4.1

PRINCIPAIS METODOS GEOFíSICOS USADOS NO ESTUDO

DE MACIÇOS ROCHOSOS PARA TUNEIS

METODO StSMICO DE REFRACÇÃO - Perfis sísmicos de refracção

• Diagrafias, .sonlcas

METODO StSMICO DIRECTO

METODO DE RESISTIVIDADE

ELECTRICA

• Medição da onda directa en-

tre furos de sondagem (cross

hole)

• Medição da onda directa en-

tre a superfície e galerias

• Perfis de resistividade apa-

rente

• Sondagens geoeléctricas

• Diagrafias eléctricas

77

-se os principais métodos geofísicos usados no estudo de

maciços rochosos com vista à abertura de tuneis.

Das diversas técnicas indicadas, a execução

de perfis sísmicos de refracção e de perfis de resistivi

dade e1éctrica aparente são, sem dúvida, os mais uti1iza-

dos.

De grande uti1idade nas zonas de emboqui1ha

mento, ambas as técnicas têm limitações quando se preten

de atingir grandes profundidades. Segundo OLIVEIRA, 1975:

"Os resu1tados obtidos mostram que, na maior parte das s!

tuações, quando essa profundidade u1trapassa a meia cente

na de metros o seu interesse é já muito reduzido".

Uma técnica hoje bastante usada, e que tem

revelado bons resu1tados, consiste na rea1ização de 2 a 3

perfis de resistividade e1éctrica aparente ao longo do tra

çado previsto, uti1izando diferentes comprimentos de linha

de emissão, permitindo assim localizar anomalias eléctri

cas do maciço e analisar a sua evolução, quer direcção,

quer espessura, em profundidade. Este método é extremame~

te útil para a localização prévia de descontinuidades im

portantes e análise da estrutura do maciço.

O conhecimento acumu1ado dos resu1tados obti

dos pe1a geofísica, permite t~rar partido da sua uti1iza

ção para a avaliação de certas características das rochas

e dos maciços rochosos, tal como se indica no QUADRO 4.2.

Vários autores como ONODERA (1963), DEERE

(1966), SJ~GREEN et a1. (1971) e RODRIGUES,L. (1979) têm

QUADRO 4.2

RELAÇÃO DOS PRINCIPAIS TIPOS DE INFORMAÇÃO QUE

SE PODEM OBTER COM A PROSPECÇÃO GEOF!SICA

(adaptado de RODRIGUES CARVALHO, 1981)

- Espessura de alteração e de descompressão de

maciços rochosos

- Estrutura geológica (estratos, filões, falhas,

contactos)

- Posição do nível freático

- Ripabilidade das formações

- Porosidade

- Correlação com características mecânicas dos

maciços

- Eficiência de tratamentos de consolidação de

maciços

Determinação de parâmetros mecânicos dinâmicos

- Modulo de elasticidade

- Coeficiente de Poisson

- Modulo de rigidez

78

79

aproveitado os parâmetros geofísicos para apresentarem co~

relações diversas tais como se exemplifica nas FIGs. 4.1,

4.2, 4.3, 4.4 e 4.5.

4.3 - Métodos mecânicos

Dos métodos de prospecção mecânica disponí

veis, são sem dúvida as sondagens os mais utilizados no e~

tudo de tuneis. Outros processos como as trincheiras, os

poços e as galerias são também utilizados, no entanto,com

muito menor frequência. No caso particular das galerias,e

pese embora o elevado benefício que poderiam proporcionar,

o custo, a possibilidade física de acesso às cotas de exe

cução dos tuneis e ainda no caso das galerias-piloto o

diâmetro do tunel a executar, condicionam a sua execução.

Como refere OLIVEIRA (1975), "A escolha do

tipo de trabalho de prospecção mecânica - sondagem, poço

ou galeria - a utilizar no estudo geotécnico de um maciço

interessado pelo atravessamento de um tunel, depende de

vários factores, nomeadamente do tipo de formação geológ!

ca, da fase do estudo em que tal prospecção se insere, da

espessura dos terrenos de cobertura e do tipo de ensaios

"in situ" que se pretenda realizar no maciço".

Embora muitos autores não prevejam a utiliza

ção de trincheiras, como método de prospecção para o est~

do de tuneis, a experiência do autor vem demonstrando que

a sua utilidade é, por vezes, grande nas zonas de pequeno

80

- 9.~ I •cW 8O<tOVl 7O •o:On. 6

5

6000 7000Vp (m/s)

••• .....

•, •• •• ••• • •• .. .:,1.000 500030002000

3

OL.- -L .L.- --'- .L- --'- .L-_

1000

2

FIG. 4.1 - GRANITO DO ALTO LINDOSO - Variação de V com ap

porosidade (n) em amostras saturadas

(RODRIGUES, L., 1979)

81

5000 6000

Vp (SATURADO), m/s

400030002000

L E G E H O A

1000

• _GR!,NITOS (ALTO lINDOSO)

o _CALCÁRIOS (ANÇÁ E MONTEMOR) •

/,000

•3000 • • •..

•••,2000 ••

• •

1000

o

...-ouwti)

- -5000a.

>

III 6000-E

FIG. 4.2 - Comparação da velocidade de propagação da onda

P em rochas secas e saturadas

(RODRIGUES, L., 1979)

"; 44000Q.%

iW 40000

3' 000

32000

21000

24000

20000

" 000

12000

.000

4000

& _ DADOS OE SCHNEIDER, S., 1967

O_DADOS OE BIENIAWSKI, Z. 1,1978

{

I._GALERIA '093, CAMÁRA CI_IISTOS

2._GALERIA '093, CAMÃRA C2_IISTOS• _ BARRAGEIo4 DE FRONHAS

3._GALERIA 'E 120, CAMlRA Cl-IISTOS

\-GALERIA 'E f20.CAMÃRA C2-IISTOS

{

5._GALERIAE, CAlo4lRA C2 _GRÉS MACiÇOS

'. _GALERIA E, CAMJ.RA C3 _GRÉS E SILTlTDS

• _ MINGTAN PROJECT 7. _GALERIA AMS1_SILJITOS

·.-GALERIA AMHt_GRÉS E SILTITOS

'._GALERIA AMPI-SILTlTDS

o

o

o

o

Eest =54,3 f s- 9550

r =0,97

82

o.....-----;IOO;;;-----"~;;---'300~--~40!::0:-----:50~O ----:-,0~O:----7,J0.,..O....:...--IOO.L---900I.----l.l000

fs (Hz)

FIG. 4.3 - Correlação entre a frequência da onda de corte

(f ) e o módulo de deformabi1idade estático (E t)s es

(RODRIGUES, L., 1979 citado por RODRIGUES CARVA-

LHO, 1981)

83

o 20

10

10

IS O104

)O +>Q)

E

40 104O

~p..

!lO 10 .lflO as0- Sa:

60 +>(J

as104

70 ~

5

ao

90

y100

O. 10 10 lO 40 !lO 60

Vp X 100 m/sec

FIG. 4.4 - Correlação entre V e espaçamento de fracturasp

e RQD para rochas sãs, eruptivas e metamórficas

(SJ~GREEN et al., 1979 citado por RODRIGUES CAR

VALHO, 1981)

1S1~

TIj !-, I

! I I I>~//','; ... /-.~ I

I I

I II

I

I

I, I

I

I !

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I:

o 1 2 3 4VElOCIDADE EM METROS POR SEGUNOOx1000 I I I , I I I I I

VELOCIDADE EM PÉS POR SEGU~;oO r 1000 O 1 2 3 ~ 5 6 7 8' 9 10 11 12 13; i

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I .!I. I i i I I I

i I i ~ I Ii . % ~,7' II q p itAi?2 : ~ : :

RIPÁVEL MARGINAl. 1'··/W0·;::~1 NAO RIPÃVEl. ! I

FIG. 4.5 - Carta de ripabilidades para "ripper" D8H - Performance Handbook - Edition 2 00,j:-

85

recobrimento e sobretudo próximo dos emboquilhamentos. Na

verdade, em algumas obras em que colaborou, verificou que

se tivessem sido executadas trincheiras nas zonas do embo

quilhamento do tunel, alguns problemas que ocorreram du

rante a construção, nomeadamente os provocados pela pre

sença de acidentes geológicos não detectados, teriam sido

evitados.

Os poços e galerias, utilizados essencialme~

te também nas zonas de emboquilhamento, permitem um aces

so directo ao maciço, facilitando assim a sua observação

directa detalhada e permitindo a execução de ensaios "in

situ", para determinação das características mecânicas do

maciço rochoso.

Nos tuneis de grande diâmetro, são por vezes

executadas galerias de avanço ao longo do alinhamento,que

são designadas como galerias-piloto.

Como se disse no início, são as sondagens de

rotação com recuperação de amostra, o processo mais vulg~

rizado para prospecção de tuneis. A execução de sondagens

permite:

1 A confirmação ou não da interpretação geológi

ca de superfície

2 - A observação dos tarolos para avaliação da li

tologia, estado de alteração e fracturação do

maciço

3 - Avaliar as condições hidrogeológicas do maciço

4 - Executar ensaios "in situ" e colher amostras

para execução de ensaios de laboratório.

86

"A possibilidade de realizar sondagens em

qualquer direcção (verticais, inclinadas, horizontais),

permite o reconhecimento do maciço ao longo de-'~±r~~~ões

bem definidas e as profundidades a que podem ser executa-

das são ilimitadas, tendo em conta as profundidades a que

normalmente se executam os trabalhos de engenharia civil",

RODRIGUES CARVALHO (1981).

Sendo o principal objectivo das sondagens o

conhecimento das características do material-rocha e de

fracturação do maciço, a boa qualidade da amostragem é es

sencial, e esta será traduzida por uma percentagem de re-

cuperação ~ão perto dos 100% quanto possível. Principalmen

te nos furos inclinados, a confirmação da sua orientação

é essencial, afim de que se torne possível a exacta loca-

lização dos acidentes geológicos que possam ocorrer.

Embora de uso pouco divulgado, o recurso ..a

técnica da amostragem integral desenvolvida pelo LNEC,pe~

mite a recuperação de zonas do maciço normalmente não re-

cuperadas pelas sondagens tradicionais (enchimento de dia

clases e de caixas de falha) e ainda a orientação dos ta-

rolos.

Para além da observação dos taro1os, as son-

dagens permitem ainda a inspecção das paredes por métodos

visuais, recorrendo quer a camaras de televisão, quer a f~

tografias, quer ainda a realização de ensaios "in situ".

O uso de métodos geofísicos aproveitando os

furos de sondagem (diagrafias) começa igualmente a ser uti

87

lizado, tais como:

- .SÓNICA Variações da litologia e

porosidade

• Modulos de elasticidade

dinâmica

• Correlações com o grau de

alteração e fracturação.

RESISTIVIDADE DE

UM SÓ ELECTRODO

POTENCIAL ESPONTÂNEO

RAIOS GAMA

- .- .

- .

Correlações litológicas

Permeabilidade (não quan

tificada)

Correlações litológicas

Embora não se tratando de um método geofísi

co, pode igualmente fazer-se uma diagrafia dos diâmetros

dos furos e, através da variação do diâmetro do furo,a de

tecção de zonas de pior qualidade geotécnica.

No que se refere à densidade de sondagens,p~

ra investigação de um tunel, não há regras fixas e depen

dem do comprimento e diâmetro do tunel, do recobrimento e

do tipo de formações a estudar.

DEERE (1969), citado por RODRIGUES CARVALHO

(1981) diz "Os tuneis devem ter, pelo menos cinco sonda

gens, duas no emboquilhamento e três ao longo do tunel.P~

ra tuneis em que o recobrimento é da ordem dos 100 m, o

espaçamento entre sondagens deverá variar de 30-150 mj p~

88

ra um recobrimento de 100 a 250 m o espaçamento deverá ser

de 150 a )00 mj no caso de recobrimento superior a 250 m

o espaçamento deverá variar de )00 a 750 m".

OLIVEIRA,R.·(1975), sugere que o espaçamento

deverá variar, e no caso de estruturas geológicas simples,

de 50 a 500 mi conforme o comprimento do tunel.

Em trabalho mais recente, este autor, valori

za a distribuição das sondagens pelo maciço e o valor do

seu comprimento total, sobretudo no caso de sondagens não

destrutivas, indicando como ordem de grandeza, para tuneis

não demasiado extensos, um comprimento total de furação da

ordem de metade do comprimento total do tunel (OLIVEIRA,

1985) •

Na opinião do autor, o número de sondagens d~

verá depender do comprimento do tunel, dos tipos litológ~

coa presentes, da tectónica do maciço e ainda do recobri

mento. Sendo as zonas de emboquilhamento, uma das partes

mais sensiveis na construção de tuneis, estas zonas deve

rão necessariamente ser cobertas com sondagens, recomenda~

do-se em cada emboquilhamento, a realização de pelo menos

duas sondagens. Igualmente nas zonas de menor recobrimen

to, se recomenda a realização de sondagens e em casos em

que se suspeite da existência de tensões virgens no maci

ço, igualmente se deverão executar algumas sondagens nas

zonas de maior recobrimento, afim de permitir a execução

de ensaios "in situ".

Para além destas zonas particulares do traça

do, O estudo de um maciço interessado pela abertura de um

tunel, visa obter um número de resultados que o permita

caracterizar estatisticamente, pelo que o número de sonda

gens, deverá ser de molde a obter uma população de resul-

tados que nos mereça confiança.

4.4 - Ensaios "in situ"

Visando a determinação de algumas caracterís

ticas geotécnicas dos maciços rochosos onde se vão abrir

tuneis , recorre-se, cada vezc.om maior frequência, ..a rea-

lização de ensaios "in situ". Estes são, sobretudo, util!

zados na determinação das características de permeabilid~

de, da deformabilidade e do estado de tensão virgem do ma

ciço.

Para determinação das características de pe~

meabilidade é já vulgar a execução de ensaios de absorção

de água tipo "Lugeon". Embora não constituindo em si um en

saio, a leitura da posição do nível freático ao longo do

tempo, é igualmente um dos elementos importantes na dete~

minação das condições hidrogeológicas do maciço rochoso.

o estudo da deformabilidade do maciço rocho-

so quer através da medição directa do modulo de deformab!

lidade quer indirectamente, pode ser feito através de dois

tipos de ensaios. O mais usado é, sem dúvida, o ensaio com

dilatómetro (BHD) em furos de sondagem, quer pela rapidez

90

de execução quer pelo seu baixo custo, em comparação com

o outro método, que consiste na utilização de macacos pl~

nos de grande área, usado no geral em poços ou galerias

de prospecção.

O estado de tensão, principa1mente quando se

trata de estudar tuneis a grande profundidade, é um dos

e1ementos importantes a fornecer ao projectista. Segundo

LOUREIRO-PINTO,J. e CHARRUA-GRAÇA,J.G. (1983), "A importâ~

cia do conhecimento do estado de tensão existente nos ma

ciços rochosos em que se vão executar obras, está sobeja

mente evidenciado na 1iteratura da especia1idade. No entan

to, só recentemente as diversas entidades responsáveis por

essas obras têm mostrado compreender a sua importância a

ponto de se preocuparem com a determinação dessas tensões".

Em Portugal, o LNEC tem desenv01vido técnicas

para medição do estado de tensão, quer por meio de abertu

ra de rasgos (SFJ), quer por reperfuração (STT).

Ensaios para determinação da coesão e ângulo

de atrito, quer da rocha quer de diaclases, são de reduzi

do uso em tuneis, sendo no entanto mais vu1gares para pr~

jectos de cavernas.

Na maior parte das obras subterrâneas estud~

das em Portuga1, as 1imitações atrás enunciadas, 1evam a

que, na fase de projecto, apenas um reduzido número de en

saios "in situ" sejam realizados, 1imitando-se geralmente

à execução de ensaios de absorção de água e ensaios, com di

1atómetro, já que aproveitam os furos das sondagens.

91

o autor considera, e baseado na sua experiê~

cia, que na fase de projecto, à excepção dos ensaios de

absorção de água, o número de ensaios "in situ" deverá ser

muito reduzido ou até nem terem lugar, já que são excessi

vamente caros para os resultados que fornecem, o que log!

camente encarece o estudo e aumenta o tempo de execução.

Assim, considera-se que em detrimento dos e~

saios "in situ" deverão ser executados ensaios em labora

tório.

4.5 - Ensaios em Laboratório

Para além da análise micropetrográfica do m~

terial rochoso, o recurso a resultados de ensaios de labo

ratório para obtenção de elementos de cálculo para o pro

jecto de tuneis, era até recentemente muito diminuto. O

facto deve-se, essencialmente, a que quando da elaboração

do projecto, a prospecção se encontra orientada para a c~

racterização do maciço rochoso e como dizia ROCHA,M.(197J),

" •••• em regra não é possível realizar essa caracterização

mediante ensaios de laboratório, por não ser viável colher

e ensaiar amostras com dimensões suficientemente grandes

para serem representativas do maciço no respeitante à he

terogeneidade, ao diaclasamento e a outras fracturas ••• ".

Pelo seu baixo preço e pela rapidez de execu

ção, hoje em dia cada vez mais se vão utilizando os ensa

ios de laboratório, visando a caracterização do material

• Triaxiais

• Deslizamento

92

rocha e, a partir de correlações, a caracterização do ma

ciço (QUADROS 4.3 e 4.4), no entanto os resultados obtidos

não são concludentes, verificando-se a possibilidade de

obter algumas correlações entre ·formações iguais e no mes

mo local.

Os ensaios de 1aboratório mais vulgarmente

usados no caso de tuneis são:

• Compressão uniaxial - Visa a determina~ão do mo

dulo de deformabilidade,co~

ficiente de Poisson e re

sistência à compressão sim

pIes.

Realizado quer na própria

rocha, quer ao longo de de!

continuidades, visa a deter

minação da coesão (efecti

va e aparente) e do angulo

de atrito (residual e de p!

co) •

- Determinação do modulo de

deformabi1idade, coeficie~

te de Poisson, coesão efe~

tiva e angulo de atrito.

• Resistência à tracção - Determinação da tensão

de ruptura à tracção.

QUADRO 4.3

COMPARAÇÃO ENTRE MODULO DE DEFORMABILIDADE

DO MACIÇO E DA ROCHA (ROCHA, 1974)

TipoMódulo de elasticidade

(10' Rg/cm2 ) Ede Local ---'!!

Rocha Maciço Erocha

rE E

r DI

Granit.o AlvArenga 520 490 1/1,1

Granit.o Alt.o Rabagão 26 9 1/2,9

Granit.o Alt.o Lindollo 320 60 1/5~3

Granit.o Vilarinho das Furna. 430 15 1/29

Gnaisse Cabora-Bassa 800 650 1/1,2

Xist.o a) Cedilho (+) 900 400 1/2,2

::isto a) Cedilho (++) 650 120 1/5,4

Xisto a) Alcan'tara (+) 1400 50 1/28

Conglomerado b) Av1aki 600 60 l/lO

Grés Cambambe 650 86 1/7,6

5iltito b) Avlald 150 15 l/lO

Argilito c) Karun 11,5 70 1/1,6

Marga c) Karun 470 430 1/1,1

Calcário c) Karun 700 600 1/1,2

Calcário c) Karun 500 75 1/67

Quartzito Alvit.o 430 It 1/108

Quart=i'to Alvito JJO 70 1/4,7

(+) Parnlelamen'te à xis'tosidade

(++> Perpend~cularmen'te à xis'todidade

a) Espanha

b) Grécia

c) irAo.

93

QUADRO 4.4

COMPARAÇÃO ENTRE RESULTADOS DA RESISTENCIA AO CORTE DE RO

CHAS E DE DIACLASES OBTIDAS NO CAMPO E EM LABORATORIO (RO-

CHA, 1973)

Resistência ao corte de rochas

Tipo Laboratório Campo

de~ ~c c

2 (0) (Kgf/cm2 ) (o)rocha (Kgf/cm )

Xisto li! 44 66 12 53

Granito 44 71 10 58

Gnaisse 32 37 40 56

Granito 37 61 24 56

li! Corte normal à xistosidade e paralelos à xistosidade

Resistência ao corte de diac1ases

Tipo Laboratório Campo

de c ~ 0c2 (o) (Kgf/cm2 ) (o)rocha (Kgf/cm )

Xisto argiloso li! 2,2 38 3,1 36

Granito 1 ~.7 36 3,0 34

Gnaisse 3,4 38 3,5 33

li! Paralela à xistosidade

95

Para além destes ensaios, que permitem a ca-

racterização mecânica do material que constitui o maciço

e ainda das diaclases, outros ensaios são realizados que

por correlações existentes permitem opinar sobre a defor-

mabilidade, estado de alteração, previsão de comportamen-

to, etc.

Dentre esses destaca-se:

- Velocidade ultrasónica

- índice de carga pontual (Point Load Test)

- Martelo de Schmidt

- Desgaste em meio húmido (slake durability test)

- Porosidade

As FIGs. 4.6 a 4.12 mostram algumas dessas

correlações propostas por diversos autores.

2S..!..!.

"•..~••"~ 20

.r:.

•"~..•i

a • : ".1,"=\04 +O.17tJ

20 30 ..O 50l."9!foof 1...ó.tI •• il ti (n".)

60 7'0.

FIG. 4.6 - Correlação entre a resistência à compressão pon

tual (lo) e a resistência à compressão uniaxial (~c)


96

I

7l>D.50 J...!-I

• 18-•

s•Ao I~ 4. •

3

2

•

O 20 40 60 lO lOO 120

(7 • 1M'.)

FIG. 4.7 - Correlação entre ~ e I obtida para o materialc s

rocha, no tunel do Castelo do Bode


200

60

20

u

to

u>

VL.03 .1

Vl

.3

,

Ripável

VH I3 10

I I I

EH

Desmontável

a

Fogo

o r (MP.)

FIG. 4:.8 - Correlação entre a resistência .à compressão unia-

xial e espaçamento de fracturas e resistência ao

desmonte (FRANKLIN, 1971 citado por RODRIGUES CAR

VALHO, 1981 , adaptado)

97

o •I •

• I•• I

• I• ,.•.. • I •~

I •t)

lO •

60

40

20

OoS U 2 2.5 J :u 4 4~ S

..... (x 10 3 ",' ••c)

FIG. 4.9 - Correlação entre velocidade de propagação de ul-

trassons e resistência à compressão uniaxial pa-

ra o material rocha do tunel do Alto Lindoso

(LNEC, 1977 citado por RODRIGUES CARVALHO, 1981)

• •7

a 5L

2

••

••

o ,2 :I 4 S

vp (. 10:1 ",' ..c)

FIG. 4.10 - Correlação entre V e E para o material rochap

do tunel do Castelo do Bode (LNEC, 1977 cita-


98

• •-fi 2

l>O.s o 1.= -10.2 .25.10 vp

5

" ~•

"" DIP-~ 3 o::E......: • •

2 ••

•o

•O

l5 2 2..5 3 3.5 4.5

Vp (xlo3m/.ec)

FIG. 4.11 - Correlação entre V e I para o material rochap s

do tunel do Castelo do Bode (RODRIGUES CARVA-

LHO, 1981)

350

300

100'.

50

u ~.

I:;) 150 .:

1250 ~"

.\- .\~200 .. \.~ :.- ! ~ ..

o 5 10 15 20 25 30 35 40

n(');,) ---

FIG. 4.12 - Correlação entre a porosidade e a resistência à

compressão uniaxial para rochas calcárias

(SMORODINOV, et aI., 1970 citado por RODRIGUES

CARVALHO, 1981)

~9

5 - ZONAMENTO GEOTECNICO

5.1 - Introdução

o zonamento geotécnico do maciço rochoso e a

caracterização adequada, em termos físicos e mecânicos de

cada zona, é, quanto a nós, a finalidade última de todo o

estudo geológico-geotécnico.

Entende-se como zonamento geotécnico, a div!

são do maciço rochoso em várias unidades de volume, apre

sentando cada uma delas uma certa homogeneidade e indivi

dualidade quanto aos factores que caracterizam, sob o po~

to de vista geotécnico, o maciço. A prática demonstra que

o zonamento de um maciço em três ou quatro unidades é em

regra satisfatório.

5.2 - O zonamento geotécnico para tuneis

No caso dos tuneis, tratando-se de obras li

neares e executadas em profundidade, poderá considerar-se

a necessidade de dois tipos de zonamento, dependendo da

fase de estudo.

No geral, apenas duas fases de estudo são con

sideradas, uma correspondendo à fase de planeamento e ou

tra à fase de projecto para concurso.

100

5.2.1 - Fase de planeamento

Na fase de planeamento, o zonamento será pr~

liminar e do tipo misto, isto é, em extensão e em profun

didade, tendo grande interesse factores como a litologia,

tectónica, estado de alteração e a fracturação, até porque

nesta fase a informação disponível limita-se, normalmente,

à proveniente de um reconhecimento geológico de superfície,

podendo ainda para o zonamento em profundidade ser consi

derados elementos como a carga hidraulica sobre o tunel

(posição do nível freático) e recobrimento.

Em casos, em que já nesta fase, tiveram lugar

alguns trabalhos de prospecção geofísica, as velocidades

de propagação de ondas sísmicas longitudinais e/ou as re

sistividades eléctrica aparentes, são elementos importan

tes a considerar para o zonamento.

No nosso país, dada a frequente falta de ve~

bas e de tempo para a execução dos estudos, como atrás se

disse, muitas vezes a fase de planeamento quase não exis

te, ou os elementos disponíveis são muito escassos, limi

tando-se praticamente ao reconhecimento geológico de supe~

fície, tendo em conta duas ou três alternativas de traça

do.

Assim, atendendo a esta realidade, o zoname~

to preliminar baseia-se, em regra, em características tais

como:

101

- Lito1ogia

- Estrutura geológica

- Características hidrogeológicas

- Recobrimento

Como exemplo do que atrás ficou dito, cita-se

o estudo prévio realizado para a implantação do tunel do

Castelo do Bode, HIDROPROJECTO-COBA (1975), que interessa

va um maciço gnaisso-migmatitico. Por razões de ordem hi

draulica e económica, propunham-se inicialmente três alter

nativas, todas elas com o início num ponto fixo situado na

albufeira da barragem do Castelo do Bode, no rio Zézere.

SOLUÇÃO A - Abertura de um tunel com 9 Km de com

primento e 3 m de diâmetro, com inicio

à cota 40 e final à cota 70. Este tu

nel terminaria por um poço com cerca de

50 m de profundidade.

SOLUÇÃO B - Previa a execução de um tunel com 4,5

Km de comprimento e praticamente de ni

vel, terminando com um poço com 80 m

de profundidade e um traçado em planta,

coincidente com a solução A.

SOLUÇÃO C - Tunel com 2,5 Km de comprimento, termi

nando à cota 70, a que se seguiria um

poço com cerca de 60 m. Este traçado

fazia com o das soluções anteriores um

ângulo de cerca

102

Interessando uma área que abrangia cerca de

100 m para cada lado do traçado, foi realizado um reconhe

cimento geológico de superfície, incidindo essencialmente

sobre a litologia das formações, as descontinuidades do

maciço (falhas, gnaissosidade e diaclases), posição do n!vel freático e recobrimento do tunel, precedido da obser

vação cuidadosa da fotografia aérea da região.

Os resultados obtidos mostraram que a solução

A poderia apresentar algumas dificuldades na execução, no

meadamente na travessia do rio Nabão, que teria de ser

efectuada a céu aberto, e num trecho de cerca de 2 Km em

que o recobrimento era inferior a 20 m.

As duas soluções restantes mostravam-se, sob

o ponto de vista geotécnico, semelhantes, recomendando-se

no entanto a solução B, já que se apresentava, em planta,

quase normal às principais descontinuidades do maciço (fa

lhas e gnaissosidade), permitindo ainda a abertura de duas

frentes de ataque a partir do meio do traçado. O recobri

mento era idêntico, nas duas soluções, à excepção do pon

to em que na solução B, se previa a abertura das novas

frentes de ataque.

Neste projecto, em que o autor colaborou, a

escolha da solução B parece na verdade a mais acertada p~

las razões apontadas, e ainda pelo facto de todos os tra

balhos poderem ser feitos praticamente sem recorrer à re

moção de escombro por poço, solução mais morosa e conse

quentemente mais cara, já que a abertura de uma frente a

103

meio do traçado reduzia de maneira significativa a distâ~

cia de transporte e facilitava a remoção de escombro.

5.2.2 - Fase de projecto

Quando se inicia a fase de projecto, poder-

-se-à já dizer que os traçados em planta e perfil estão de

finidos, salvo pequenos ajustamentos que se poderão veri-

ficar durante os trabalhos de prospecção, essencialmente

no que se refere à cota de atravessamento do maciço pelo

tunel.

Assim, nesta fase deverá estabelecer-se um z~

namento em profundidade, o qual deverá ser função das ca-

racterísticas a utilizar na classificação do maciço e os

parâmetros de cálculo para o dimensionamento do suporte.

Caso, ao longo do traçado do tunel, ocorram

formações litológicas diferentes e em extensões apreciá-

veis, um primeiro zonamento deverá ter em conta as respe~

tivas características litológicas.

Assim, na opinião do autor, o zonamento geo-

técnico deverá considerar:

a) Alteração

A determinação do estado de alteração de um

maciço rochoso ou de uma rocha, pode fazer-se de uma mane!

ra quantitativa, recorrendo à medição de parâmetros como a

resistência da rocha, a velocidade de propagação de ultras

104

sons ou outros. Neste capítulo quando se fala em zonamen-

to com base na alteração refere-se à descrição qualitati-

va e essa é feita, recorrendo à observação de afloramentos,

das paredes de galerias, caso existam, e de sondagens.

São sem dúvida as sondagens o processo mais

vulgar e frequente de acesso ao maciço em profundidade, e

é portanto na observação dos tarolos das sondagens que nos

devemos basear para zonar o maciço rochoso sob este aspe~

to.

Autores como BIENIAWSKI (197), DEARMAN (1976),

VALLEGO (1985) procuraram estabelecer critérios para ades

crição qualitativa do estado de alteração.

A SOCIEDADE GEOLÓGICA DE LONDRES (1977) pro-

pôs uma divisão em 7 graus de alteração (QUADRO 5.1).

A SOCIEDADE INTERNACIONAL DE MECANICA DE RO-

CHAS (1980) propôs que os graus de alteração a considerar

fossem 5 (QUADRO 5.2), no entanto, considera a possibili-

dade da utilização de uma versão simplificada com ) termos

(QUADRO 5.).

A experiência que se possui de classificação

de maciços rochosos e da observação de milhares de metros

de amostras de sondagens, mostra-nos que a utilização

uma classificação com mais de três graus de alteração

de,e

bastante difícil e normalmente sem interesse para o fim em

vista.

Assim, recomenda-se o uso da classificação

proposta no QUADRO 5.).

105

QUADRO 5.1

GRAUS DE ALTERAÇÃO

(Adaptado de "Report by Geological Society oí London Eng!

neering Group Working PartY",1977)

Designação Descrição ~ndice

São Material rocha sem vestigios de

alteraçãoIA

Ligeiramente Vestigios de alteração nas paredes

alterado das principais descontinuidades. IB

Material rocha são.

Pouco Vestigios de alteração no material IIalterado rocha que se apresenta descolorido

:Medianamente Menos de metade do material rocha

alterado apresenta-se friável III

Muito Mais de metade do material rocha

alterado apresenta-se friávelIV

Todo o material rocha se apresenta

Decomposto friável, mantendo-se no entanto Vpraticamente intacta a estrutura

original (do material).

Todo material rocha,

friável,o e

Solo não existindo vestigios de estrutu

residual ra original. Apesar de haver varia VI-ção no volume ainda não houve trans-porte significativo.

QUADRO 5.2

ESTADOS DE ALTERAÇÃO DE UM MACIÇO ROCHOSO

(adaptado por OLIVEIRA,R., 1980)

106

Símbolos Designações Descrição

Wl São Sem quaisquer sinais de altera-

ção

W2 Pouco Sinais de alteração apenas nas

alterado imediações das descontinuidades

W.3 Medianamente Alteração visível em todo o ma-

alterado ciço rochoso rocha não,

mas a e

f'riável

W4 Muito Alteração visível em todo o ma-

alterado ciço rocha,

parcialmentee a e

f'riável

W5

Decomposto O maciço apresenta-se completa-

mente f'riável, praticamente com

comportamento de solo

QUADRO 5.J

ESTADOS DE ALTERAÇÃO DE UM MACIÇO ROCHOSO

(Adaptado por OLIVEIRA,R., 1980)

107

Símbolos Designações Descrição

WI _2 São a pouco Sem sinais de alteração e/ou

alterado Com sinais junto,

pequenos as

descontinuidades

WJ Medianamente Alteração visÍvel em todo o ma-alterado ciço, rocha não

,friá-mas a e

vel

W4

_5

Muito altera- Alteração visível em todo o ma-do a decompo~ ciço, apresentando-se por ve-

to zes a rocha friável

Com base na análise de cada sondagem, procu

rar-se-à zonar o maciço, tendo em atenção que no caso de

sondagens muito espaçadas, haverá que extrapolar o resul

tado das observações, sendo vulgar a adopção do critério

de que, sendo a alteração motivada pela meteorização das

formações, as superfícies de separação entre os diferentes

graus de alteração são sensivelmente paralelas à superfí

cie do terreno.

No caso de ocorrerem acidentes tectónicos im

portantes, admite-se que nas suas imediações a alteração

atinja maior profundidade.

b) Fracturação

Também aqui são as sondagens com recuperação,

o instrumento mais frequente para a avaliação da fractura

ção do maciço. Vários autores se têm debruçado sobre a ma

neira de medir o espaçamento entre fracturas, sempre cha

mando à atenção para que a medição seja feita entre frac

turas da mesma família.

Como se sabe, a medição da atitude de uma

fractura no tarolo de sondagem, obriga a que estes ~stejam

orientados, situação só possível recorrendo a métodos so~

fisticados de prospecção, que para além do facto de serem

dispendiosos, são morosos na sua execução, como é o caso

da amostragem integral (ROCHA, 1972).

109

Embora alguns autores, considerem o número

de famílias (ROCHA, 1976) e a atitude das fracturas (BIE

NIAWSKI, 1973), um factor muito importante na classifica-

ção geotécnica de um maciço rochoso, com vista à abertura

de um tunel, esse factor é tomado no sentido da estrutura

geral do maciço e, quanto a nós, deve ser determinado a

partir da observação de afloramentos e/ou galerias de

prospecção, reservando-se as sondagens de rotação para um

estudo estatístico do espaçamento entre fracturas.

Assim, sugere-se a adopção do critério de clas

sificação proposto pela SOCIEDADE INTERNACIONAL DE MECANI

CA DE ROCHAS (ISRM, 1980) (versão simplificada) e que

constitui o QUADRO 5.4.

QUADRO 5.4

ESPAÇAMENTO ENTRE FRACTURAS

INTERVALOS SíMBOLOS DESIGNAÇÕES(cm)

> 60 Fl

_2 Afastadas

20 a 60 F Medianamente afastadas3

< 20 F4_5

Próximas

110

Como metodologia de trabalho propõe-se que:

1 - Após criteriosa escolha da orientação das son

dagens, devendo estas interseptar todas as fa

mílias de diaclases principais, deverá procede~

-se à medição ao longo do eixo do tarolo, da

distância entre fracturas consecutivas, despr~

zando as fracturas produzidas pelas operações

de furação.

2 - Com base nos valores obtidos é determinado o

RQD (se possível) e o número de fracturas por

metro. Da análise desses valores é feito o zo

namento da sondagem.

J - Para cada uma das zonas consideradas, é calcu

lada a frequência da ocorrência de tarolos com

os diversos comprimentos e seguidamente a per

centagem de ocorrência em relação ao comprime~

to total da zona considerada.

4 - Seguidamente, traça-se um gráfico em papel se

milogaritmico da curva cumulativa de frequên

cia, por zona, e calcula-se o comprimento do t~

rolo correspondente à frequêncía de 50% (Media

na).

O comprimento desse tarolo caracterizará o es

paçamento de fracturas dessa zona.

111

Na FIG. 5.1 apresenta-se as curvas cumulati

vas correspondentes a três zonas em que foi dividida uma

sondagem executada no traçado do tunel de ligação da Bar

ragem de Beliche à Barragem de Gafa no Algarve.

O método atrás descrito, para além de permi

tir calcular de uma maneira estatisticamente mais correc

ta o espaçamento de fracturas em determinada zona do maci

ço, permite ainda tirar algumas conclusões, pela observa

ção das curvas cumulativas:

Assim:

1 - Na parte superficial (até 6,80 m) o maciço

apresenta-se muito fragmentado, em que a perce~

tagem de tarolos de comprimento inferior a lcm

ou não recuperados é de cerca de 94%. Na zona

seguinte (6,80-21,40 m) essa percentagem é já

da ordem dos 12%, enquanto que na parte mais

profunda (21,40-75,00 m) é da ordem de 1%.

2 - No que se refere ao RQD, na zona superficial é

da ordem dos 2%, na zona intermédia é de 62% e

na mais profunda é de 91%.

J - Poder-se-ia ainda tecer considerações quanto à

extensão da variação de comprimento de tarolos,

através da análise da inClinação da curva ou

ainda da determinação dos Quartis.

(\I

"'"'"'"'

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·roir-f,lU~«"'"' .lI'\

(!lHri.

113

c) Velocidade de propagação de ondas sísmicas

longitudinais (VL)

Como atrás se disse (cap. 4), o método de

prospecção sísmica é dos mais baratos e expeditos que se

podem usar no estudo de maciços rochosos e, quando usado

criteriosamente, fornece resultados muito satisfatórios,

já que permite a análise do maciço não só em extensão (ao

longo do eixo do tunel), como em profundidade.

Assim, recomenda-se a utilização da variação

do valor da velocidade de propagação de ondas, .

s~sm~cas

longitudinais (VL), no zonamento de maciços rochosos para

tuneis, principalmente nas zonas de emboquilhamentoe poços

de acesso. Ao longo do traçado esta técnica poderá ~gual-

mente ser usada desde que o recobrimento não ultrapasse

os 30-40 m, já que para recobrimentos superiores, obriga-

ria à execução de perfis sísmicos com comprimento superior

à centena e meia de metros, que no geral não é possível

executar, quer devido ao acidentado do terreno, quer dev!

do à grande intensidade de impacto que seria necessário

produzir, para obter ondas sísmicas com amplitude signif!

cativa.

Também aqui a litologia da formação interes-

sada deverá ditar a escolha dos limites dos intervalos que

caracterizarão cada zona geotécnica, uma vez que a difere~

tes tipos litológicos correspondem diferentes velocidades,

FIG. 5.2.

11'4

ROCHAS SALINAS

GRANITOS E ROCHAS ME1 AMÓRFICAS~.E'.~~~~~~:::.::;:;::t~~

CALCÃQIOS E DO~O~IAS":1,.:::'~:~~;::1'7'::;~~':"'~~

'GRÉS E ARGILITOS

ALUVIÃO E ARGILAr.,,·.,. ·::::;::t~::~

o 2000 4000 6000 6000

VL (m/s)

FIG. 5.2 ~ Velocidades de propagação da onda P em diversos

tipos litológicos.(Segundo GRANT, F.S. and WEST,

G.F. 1965, adaptado de RODRIGUES,L. FIALHO,l979)

A FIG. 5.3 mostra ainda a relação entre dive~

sas formações geológicas, estado de alteração e o quocie~

te VL/VT das velocidades longitudinais VL e transversais

VT e a grandeza da velocidade longitudinal VL •

d) Condições hidrogeológicas

Aproveitando a realização de sondagens, como

se viu no cap. 4, é procedimento habitual a execução de

ensaios de absorção de água sob pressão, tipo "Lugeon",e~

pecialmente na zona do maciço interessado pela obra. Estes

ensaios não só caracterizam o maciço sobre o ponto de vi~

ta de permeabilidade, como ainda dão informações valiosas

sobre o estado de fracturação, abertura e preenchimento de

,descontinuidades.

/J/ltJ

IJOO !

I

Ii

115

I \I \J /zfAI:! LJ{ \

I ,fllé/-'.4 j.i \

I \Ir--- __ L --------f ~ Ft/{lAl"((.4!J .4,feftJf4 /r't/,f

I FlfAlt Df f'O- \ AlÁLA-f"f/Y7E A!MIÁIl .71l ;V/~I é#.i "(f;~Ef"!ZU \ YE.- 7,{JE.4Í"/C!l

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I _ \I \ FO",?AM(,4{/

Ir------\\ Á,?fILO.!/ ilLf.\V. CON7Ir?IAfliJ":I t'E"c'CJ//'"O." 17E Áf'EI4 "\ ./t/W.l Z;O IV/: \

I (J{/ JElÁú, JECIlJ \ ytf 7.fE,Últ/J \

I \

FIG. 5.3 - Relações aproximadas entre diversas formações

geológicas, estado de alteração e o cociente

VI!VT e VL (adaptado de ESTEVES,J.MOlTRA, 1969)

1:18

Vários autores e várias classificações, WICK-

HAM et aI. (1974), BARTON (1974), ROCHA (1976) e BIENIAW~

KI (1979), têm tomado em conta a presença de água no maci

ço, no entanto, as suas classificações referem-se no geral

à estimativa de caudais afluentes aquando da escavação,r!:

presentando assim uma dificuldade ao responsável pelo es-

tudo.

O Grupo de Trabalho nQ 1 da AFTES (198l),pr~

põe o zonamento do maciço em termos de permeabilidade, s~

gerindo para o efeito a classificação cons~ante no QUADRO

QUADRO 5.5

CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS QUANTO A PERMEABILIDADE

(AFTES, 1981)

Classe Permeabilidade Descrição

k (m/s)

K1 < 10-8 Muito baixa a baixa

K2 10-8 a 10-6 Baixa a média

K3 10-6 a 10-4 Média a elevada

K4 > 10-4 Elevada a-muito

elevada

117

Esta classificação, apresenta na opinião do

autor o m~rito de possibilitar o zonamento atrav~s d~ en-

saios de vulgar utilização. No entanto, ao relacionar ca-

da classe com o coeficiente de permeabilidade, limita-o,

dado só se poder calcular esse valor em regime de escoamen

to laminar, condição que nem sempre se verifica,para além

de se considerar os intervalos sugeridos como pouco sign!

ficativos.

A experiência leva o autor a propor que o z~

namento seja baseado nos resultados dos ensaios de absor-

ção, expressos em Unidades de Absorção (U.A.) em que

-4 / ('1 U.A. <> 10 Lugeon <> 10 cm s so em regime

laminar)

recomendando-se, também aqui, que o zonamento seja feito

recorrendo a três valores

Zona A - Absorção > 1 U.A.

Zona B - Absorção 1 <> 0,1 U.A.

Zona C - Absorção < 0,1 U.A.

A experiência em vários estudos realizados p~

10 autor, vem demonstrando que é frequente não haver cor-

relação entre a absorção e os outros factores de zonamen-

to, tendo-se nesses casos optado por uma outra caracterís

tica que é a carga hidraulica.

Também o Grupo de Trabalho n Q 1 da AFTES

(1981), se debruçou sobre este aspecto e propôs o zonamen

to de acordo com o QUADRO 5.6.

118

QUADRO 5.6

CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS

QUANTO A CARGA HIDRAULICA (AFTES, 1981)

Carga hidrau1ica em

Classe m acima do eixo do Descrição

tune1

H1 < 10 Fraca

H2 10 a 100 Média

H3 ) 100 Forte

Na opinião do autor, um zonamento conforme

indicado no QUADRO 5.7 parece mais indicado, devendo ser

tomado em conta a variação do nível freático ao longo do

ano.

QUADRO 5.7

CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS

QUANTO A CARGA HIDRAULICA

(COSTA PEREIRA, 1985)

Carga hidraulica em

Classe m acima do eixo do Descrição

tunel

Hl < 10 Fraca

H2 10 a 50 Média

HJ 50 a 100 Forte

MuitoH4 > 100

Forte

119

120

e) Outras características

Como se disse no cap. 4, deverá aproveitar

-se a realização das sondagens, para a execução de deter

minados ensaios "in situ" e para colheita de amostras pa

ra ensaios em laboratório.

Pela facilidade de execução e ainda pelo seu

baixo custo, os ensaios em laboratório para caracteriza

ção, quer do material rocha quer das descontinuidades, de

verão ser feitos sistematicamente, já que muitas vezes são

eles os únicos dados de carácter quantitativo que vão aj~

dar na caracterização do maciço. Cita-se, como exemplo, o

zonamento recorrendo a ensaios com o dilatómetro (avalia

ção de deformabilidade do maciço), compressão uniaxial(d~

formabilidade e resistência da rocha), deslizamento de di~

clases (ângulo de atrito e coesão aparente) e velocidade

de propagação de ultrassons (estado de alteração e fractu

ração) •

Um ensaio que não tem sido usado para tu-

neis, que no entanto é citado por OJlMA,L.M. (1982), refe

re-se ao ensaio de desgaste em meio húmido (slake durabi

lity test, GAMBLE, 1971, ISRM, 1979). Aquele autor reali

zou de um modo sistemático este ensaio sobre rochas ocor

rentes durante a escavação do tunel Sado-Morgavel, tendo

chegado às seguintes conclusões:

rocha sã - perda < 3%

rocha medianamente alterada - perda de 3% a 24%

rocha muito alterada - perda> 24%

121

Considera-se que este ensaio, pela sua faci

lidade de execução e baixo custo, é bastante promissor e

representa um bom método de caracterizar o material rocha

sobre o ponto de vista de alteração, principalmente porque

permite caracterizar rochas de má qualidade, já que nesses

casos o tamanho dos taro los obtidos pelas sondagens não

permite a execução de outros ensaios tais como a compres

são uniaxial.

o zonamento geotécnico com base nos valores

obtidos com a realização de ensaios quer "in situ" quer em

laboratório é, como já se disse, extremamente importante.

No entanto, dada a grande variação, em termos quantitati

vos, dos resultados em função da litologia, torna-se impo~

sível apresentar delimitações rigidas de valores para as

diferentes zonas.

Assim, recomenda-se que o zonamento geotécn!

co do maciço rochoso seja, numa primeira fase do projecto,

realizado com base nas características indicadas nos pon

tos a, b, c e d, anteriormente descritos, e só depois de

verão ser escolhidas dentro de cada zona, amostras ou zo

nas do maciço, onde alguns dos ensaios preconizados em ~

serão executados. Procurar-se-A assim quantificar as ca

racterísticas geotécnicas de cada zona.

Casos há, em que não se encontra correlação

entre as características obtidas por estes ensaios e as di

ferentes zonas geotécnicas, podendo isto dever-se à extr~

ma anisotropia do maciço, deficiente escolha dos ensaios

122

realizados ou, inclusivamente, ao deficiente zonamento ela

borado na la fase.

Nestes casos, deverá proceder-8e à reanálise

dos dados obtidos.

12)

6 - AS DIFERENTES CLASSIFICAÇÕES DE MACIÇOS ROCHOSOS UTI

LIZADAS NO DIMENSIONAMENTO

6.1 - Introdução

A partir do início da segunda metade do nos

so século, assiste-se em todo o mundo e principalmente nos

países mais industrializados à necessidade crescente de

utilização do espaço subterrâneo.

No início ~oram as vias de comunicação, rodo

viárias e ~erroviárias, que obrigaram à construção de in~

meros tuneis, mais tarde os aproveitamentos hidrau1icos,

tendo já surgido cavernas para instalação de centrais e1é~

tricas e já nos nossos dias surge o armazenamento subter

râneo (rock store), as instalações militares, o urbanismo,

etc.

Com o advento do nÚMero de construções sub

terrâneas não se veri~ica um tão rápido progresso nos mé

todos de cálculo e nas técnicas de caracterização dos ma

ciços, o que leva ao aparecimento de métodos de dimensio

namento de tuneis, baseados em c1assi~icações geotécnicas

de maciços, c1assi~icações essas de carácter empirico.

Segundo OJlMA (1982), "basicamente,uma c1as

si~icação geotécnica para tuneis ~az uma avaliação de qu~

1idade do maciço, situando-o numa classe conforme a pert!

nência de determinadas características geotécnicas,que pe~

mitem fazer previsões quanto ao comportamento do maciço,e

124

fazer recomendações quanto ao suporte julgado mais adequa

do para as condições verificadas".

A primeira classificação geotécnica com esse

fim, de que se tem conhecimento, foi elaborada por TERZA

GHI (1946) tendo-se assistido, a partir da década de 70,

ao aparecimento de inúmeras classificações das quais se

destacam as de WICKHAM (1974), BIENIAWSKI (1974, 1976 e

1979), BARTON (1974), ROCHA (1976) e Association Françai

se des Travaux en Souterrain (AFTES) (1976).

Apresenta-se a seguir uma síntese de algumas

destas classificações, bem como considerações quanto à sua

aplicação, baseadas na experiência do autor.

6.2 - Classificação de TERZAGHI (1946)

Na sua classificação, que se apresenta nos

QUADROS 6.1 e 6.2, TERZAGHI descreve os maciços rochosos

tendo em conta o modo de jazida e estado de fracturação,

não fazendo qualquer referência ao tipo litológico que con

sidera irrelevante.

Uma análise crítica desta classificação sug~

re-nos que de positivo ela apresenta:

- Uma preocupação da determinação de tensões sobre

os suportes

- A indicação de um determinado tipo de suporte

(cambotas) bem como da frequência da sua utiliza

ção

- Preocupação quanto à fracturação do maciço.

125

QUADRO 6.1

CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS PARA TUNEIS

(TERZAGHI,1946)

TIPO DESCRIÇÃO

1 INTACTO - Não se apresenta diaclasado. Após sujeito

a Iogo (explosivos), podem desprender-se lascas do

tecto, horas ou dias após o desmonte. Quando sujeito

a estados de tensão virgem elevados pode dar origem

a "explosões" da rocha (rock brust).

2 ESTRATIFICADO - Constituido por estratos individuais

com coesão nula ou muito pequena, podendo apresenta~

-se Iracturado. Neste tipo de rochas o lasqueamento

é muito comum.

3 MODERADAMENTE FRACTURADO - Diaclasado e microIractu

rado; no entanto os blocos permanecem solidários ou

interligados, não necessitando os hasteais de supo~

te. O lasqueamento e explosão de rocha podem ocorrer.

4 COMPARTIMENTADO - Diaclasado, apresentando-se os

blocos separados. Os hasteais necessitam de suporte.

5 FRAGMENTADO - Constituido por rocha sã; no entanto

apresenta-se intensamente diaclasado por vezes esm~

gado. Quando abaixo do nível Ireático apresenta um

comportamento semelhante à areia nas mesmas condições.

6 LIGEIRAMENTE EXPANSIVO - Após abertura do tunel veri

Iica-se uma ligeira convergência das paredes, devido

à presença na rocha de minerais argilosos com carac

terísticas expansivas embora ligeiras.

7 EXPANSIVO - Após abertura do tunel veriIica-se uma

convergência acentuada das paredes.

126

QUADRO 6.2

CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS PARA TUNEIS (CONT.)

(TERZAGHI,1946)

TIPO Hp (*) OBSERVAÇÕES

1 O Necessita suporte ligeiro de blocos

desprender-se devido,

que possam a

libertação de tensões virgens (ex-

plosões)

2 O a 0,5 B Suporte ligeiro

3 O a 0,25 B Tensão varia de ponto para ponto

a 0,25B a 0,35(B+H) Não se verificam pressões laterais**

4

b (O,35 aI, 1) (B+H) Podem verificar-se pequenas pres-

** sões laterais

5 1,1 (B+H) ** Considerável pressão lateral. Re-

quer suporte continuo de cambotas.

a 1,1 a 2,1 (B+H)

** Pressão lateral elevada. Recomenda6

cambotas circularesb 2,1 a 4,5 (B+H)

,UE

7 Independente do Cambotas circulares. Em casos extre-valor de (B+H) mos usar suportes flexíveis

Solicitação da rocha no tecto = Hp x peso especifico da rocha

(*) Valores em "pés" para uma profundidade superior a 1,5 (B+H)

sendo B a largura e H a altura do tunel

{**)Se o tecto do tunel se encontrar sempre acima do nível

freático os valores são reduzidos de 50%

127

Como factores negativos indica-se:

- Os maciços são classificados em "tipos", sem pre2

cupações de carácter litológico

- As fronteiras entre os diferentes tipos são mui

to diluidas o que dificulta por vezes o enquadr~

mento do maciço em estudo

- A tensão da rocha (rock load) é calculada por

TERZAGHI independentemente das dimensões do tunel,

dependendo apenas do "tipo" de rocha. Como se sa

be o estado actual de conhecimentos leva a ter em

conta não só as dimensões do tunel, mas igualme~

te o estado de tensão inicial do maciço.

- A classificação indica como método de suporte ap~

nas os perfis metálicos (cambotas), não fazendo

referência a outros tipos como ancoragens, preg~

gens ou betão projectado.

6.3 - Classificação RSR para escolha de suportes de obras

subterrâneas (WICKHAM et aI., 1974)

Os autores apresentam aquilo a que chamam M2

delo para Previsão do Suporte do Terreno (Ground Support

Prediction Model), visando o estabelecimento de um método

para avaliar e determinar numericamente, a "qualidade" de

um maciço rochoso, na sua aptidão para abertura de tuneis.

O modelo foi estabelecido, com base no estu

do de 53 tuneis e ao índice obtido chamam os autores R.S.

128

R. (Rock Structure Rating).

° valor do R.S.R. é obtido pela soma dos va-

lores de J parâmetros, sendo o parâmetro A referente ..as

características ge01ógicas do maciço, o parâmetro B à frac

turação do maciço e à orientação da escavação em re1ação

à estrutura ge01ógica e o parâmetro C referente às condi-

ções hidroge01ógicas.

Nos QUADROS 6.3, 6.4 e 6.5 indica-se o méto-

do para obtenção daque1es va10res.

Visando a corre1ação do valor de R.S.R. com

um suporte, criaram os autores o conceito de RR (Rib Ratio).

Este conceito foi obtido a partir do estudo

de cerca de duas centenas de secções de tuneis construidos,

onde o suporte inicia1 uti1izado era constituido por cam-

botas metá1icas.

Assim, para cada secção, foi ea1cu1ado o es-

paçamento teórico para cada tipo de perfi1 de cambota (for

mu1a de TERZAGHI) e medido o espaçamento rea1 uti1izado.

Ao quociente entre o espa~amento rea1 e o es

paçamento teórico, mu1tip1icado por 100, deram os autores

a designação de RR.

Corre1acionando o va10r de R. S'.·R. com o va10r

de RR para cada secção estudada, (FIG. 6.1), chegaram os

autores à re1ação empirica

(RR + 80) (RSR + 30) = 8800

QUADRO 6.3

PARÂMETRO A DA CLASSIFICAÇÃO DE WICKHAM et aI. (1974)

Farâmetro A Yalor

Carac~eristicas geoló.sicas seraismáximo

10

Tipo de rochaEstruturas geológicas

• b c d

19nea 1 2 ) " Pouco do ~Iediana Intensa!llen

~:e~.mór!'ica 1 2 ) " :-Iaciça brada ou men~e 'te dobrada

í'ractura dobrada ou íractu-Sedimen~a:", 2 ) " " da ou írac r~da

turada

Tipo 1 )0 I 22 I lS 9

Tipo 2 27 20 1) 8

Tipo ) 2% 18 12 7

Tipo .. 19 15 10 6

a E dura; b E média; C = mole; d = decomposta

129

QUADRO 6.4

PARAMETRO B DA CLASSIFICAÇÃO DE WICKHAM et aI. (1974)

130

Parâmetro B Valor

CZ:J-acteristicas da fracturação chimo

Ori entaçáo da e!'cavação lt5

Direcção normal ao eixoDir .. cção paralela

ao eixo

Ori entllçáo da e:ocavação I Ori cnt. da escayaçãc

a b c a

E:opaçllmento entre Inclinação das fracturas I Jnc:linação

fracturas (CI1l)1 2 I 3 2 3 I 1 I 2 I )

) 9 11 I 1) I 10 12 9I

9 I 7

)-151

13I

16 I 19 I 15 17 I llt 14 I 11

15-28 2) 2" 28 I 19 22 I 2) 2) I 19,2B-54

130

IJ2 36 I .,- 28 I 30 28 I 24-:>

54-1081

361

)8 lto I 33 J5 I 36 I )4 I 28

108 I~O ~3 ~5 37 I lto I ~O )8 I J4

a = inclinação para e contra II e!'cavnçáo; b = contra a esr.avação;

c = para a escavação

131

QUADRO 6.5

PARAMETRO C DA CLASSIFICAÇÃO DE WICKHAM et aI. (1974)

Parâmetro C ValorCondições de

,agua ,

maximoCaracterísticas das fracturas 25

Soma dos parâmetros A + B

Caudal13 - 44 45 - 75

litros por

min./300 m Características das fracturas ME

1 2 3 1 2 3

nulo 22 18 12 25 22 18

pequeno19 15 9 23 19 14

« 760)

médio15 11 7 21 16 12

(760-3800)

elevado 10 8 6 18 14 10(> 3800)

ME - 1 - fechadas ou cimentadas;

3 - muito alteradas ou abertas

2 - pouco alteradas

RSR

80 -----,II

"-I.,. (RR+80) (RSR+30) = 88000

60 '\... "-"-

'/"'- .........

"-40 "-

.........

......... --'- -............ -.......... -20 .......... -- -

132

20 40 60 80 100 RR

FIG. 6.1 - Relação entre RSR e indice RR

133

Uma vez que o valor de RR é relacionável com

a tensão no suporte, igualmente se obtem uma relação en-

tre R.S.R e a tensão no suporte (Wr) tal como se apresen-

ta no QUADRO 6.6.

Os autores desenvolveram ainda correlações

entre o R.S.R. e diversos tipos de suporte, como o betão

projectado e as ancoragens.

Nas FIGs. 6.2 e 6.3 apresentam-se essas cor-

relações, para tuneis com J e 7,5 metros de diâmetro.

Face ao número cada vez maior de tuneis aber,tos com máquina de furação continua (Fullfacer), propõem

os autores que seja feito um ajustamento no valor do R.S.

R. para o caso do tunel ser aberto por aquele processo.Na

FIG. 6.4 apresenta-se a curva de ajustamento proposta.

Uma análise da classificação de WICKHAM et

aI. sugere ao autor os seguintes comentários:

- Desvantagens

• Para a determinação do parâmetro A a clas-

sificação litológica não é precisa e torna

por vezes difícil enquadrar o maciço nos

tipos propostos

• No caso do parâmetro B, o espaçamento entre

fracturas está fora das normas propostas p~

la Sociedade Internacional de Mecânica das

Rochas, (na verdade a classificação de

WICKHAM é anterior), o que, no entanto,por

vezes torna difícil o cálculo, quando os

trabalhos de prospecção (sondagens) v3m

descritas por aquele critério.

1)4

QUADRO 6.6

RELAÇÃO ENTRE W E RSR (adaptado de WICKHAM et aI., 1974),r

,.. \r.,SÍ"/cm2) (Solicitação exercida pelo maciço)Diâme- r

tro do 0.2310.30 0.75 11 ,00 11.50 1 2 ,00 2.30 13, 00 3;50 4,00 4.30 3,00

tunel

(III) Valor cOTre~pónden\e de RSR

62.3 ~9.9 40.2 132 •7 21,6 13,8 I I ~

3,0

3.5 165. O 33.7 ~4.7 37.5 26,6 118 •7 I I4.5 66.9 56,6 48.3 41.4 30,8 122 •9 16,8

1 1", I

5,0 1 68 •3 59,01 51 ,21 44 ., 34.4 26,6 120 •4 15.51

5.5 69.5 61,0 .53.7 1 47 ,6\37,6 2"9.9 23,8 118 •31 I

6,0 70." 62.5 55.7 49.9 40,2 132 •7 26,6 121 ,6 17,4 I6.5 71.3 63.9 57.5 51.9 142 •7 135 • 3 29.3 24.3 20,1 16.4 I7.5 1 72 • 0165, O 59.01 53 •7 ~4,7 37.5 131 ,5 26.6 22,3 18,7 I8,0 72.6 66,1 60.3 35.3 46.7 39.6 33.8 28.8 24,6 20,9 17.7

8.5 73. O \66.9 61.5 ,56,6 48.3 41.~ 35.7 )0,8 26,6 22,9 19.7 16,8

9,0 \73,4 67.7\62.4 57,8 49,8 143.1 137,4 \32,6 128.4 24.7 21.5 1 8.6

20

8

~~--IIII

t-- Pracllcal Um" For, Rlb And Boll Spa,ln;J,I

7

,..-'1I',., 4'1 1.1-----

654J

-i- Clame'e,.

Rod Balll

•• j-9 s..W,.

--- .\ -------,

0.5

30

..-~

-,,-,,-~_:.:;l:.:;O~_$ _...:li::

O

1.5 ~-J

:li::O

2.0 Oa:

C)

z~

<a:wa:::>~o 410::>a:~U)

:li:: 30OOa:

RIS SPACING (Ft.)SOlT SPACING (FI.»: Ft)

SHOTCRETE THICKNESS (ln.)

FIG. 6.2 - Relação RSR-suporte inicial para um tunel com

3,0 m de diâmetro (JACOBS ASSOCIATES, 1974)

1J6

I ..cl,~I ,0'1'<-I _.;..-.IIIIII~P'ocllcoJ L1mlt ForI Rlb And BoI! Spacln;III

...... I....... I

...................... 1

--------~p~~~------------~--------(F\ib Ralio-IOO) IIII

0.5

1.0

60 1.5

C)

Z -:.... i:<t 0-e: (/)

w ......:..-::e:'

=> C.... <tu O=> 40 ..Je:.... ~(/) U~ :i OU ~O e:O

60e:

7.0

10.0 2 4

RIB SPACING (FI.)SOLT SPACING (Ft.lI. FI'>

SHOTCRETE THICKNESS (ln'>

6 7 s

FIG. 6.) - Relação RSR-suporte inicial para um tunel com

7,5 m de diâmetro (JACOBS ASSOCIATES, 1974)

137·

Diâmetro

do Tune1 (m)

4

6

8

10

1,0 1,05 1,10 1,15 1,20

Factor de ajustamento do RSR

FIG. 6.4 - Ajustamento do RSR quando a escavação é feita

com FULLFACER (adaptado de JACOBS ASSOCIATES,

1974)

• Para o parâmetro c, o facto de se fazer de

pender o seu valor das afluências de água

ao futuro tunel, torna-o profundamente sub

jectivo.

• Não toma em conta a profundidade a que se

desenvolve a obra

• Não considera a posição do nível freático.

- Vantagens

• Como principal vantagem indica-se o facto

de os autores terem testado o método em

quase duas centenas de secções e apresent~

rem correlações entre o R.S.R. e os vários

tipos de suporte modernamente utilizados

• Toma em conta o processo construtivo.

6.4 - Classificação geomecânica de maciços rochosos para

tuneis (BIENIAWSKI, 1979)

Esta classificação, talvez a mais divulgada

em Portugal, propõe a análise do maciço rochoso tomando em

conta cinco factores, que na opinião do seu autor, definem

quer as características do material rocha, quer do maciço

rochoso.

Esses factores são:

- resistência à compressão uniaxia1

- RQD (Rock Qua1ity Designation)

139

_ espaçamento entre descontinuidades (diaclases e

estratificação)

características geométricas e mecânicas das des

continuidades

- condições hidrogeológicas.

Para além dos cinco factores atrás indicados,

é incluido um sexto, que se refere à orientação das des

continuidades em relação à direcção e sentido de abertura

do tunel.

A cada um dos seis factores são atribuidos p~

sos tendo em conta a importância relativa de cada um deles

e à soma dos pesos atribuidos, chamou aquele autor RMR

(Rock Mass Rating), valor que pode variar de ° a 100,cor

respondendo os valores mais altos a maciço de melhor qua

lidade.

Considera BIENIAWSKI que os maciços podem ser

divididos em 5 classes, balizando essas classes com dife

rentes valores de RMR, o que permite assim enquadrar o ma

ciço em estudo numa das classes (QUADRO 6.7).

De notar que esta classificação evoluiu des

de o seu aparecimento em 1974 até 1980, quer pela adapta

ção a novos casos estudados, quer pelo seu ajustamento às

classificações propostas pela Sociedade Internacional de

Mecânica das Rochas.

Do cálculo do valor do RMR para tuneis já

construidos e da análise da realidade de construção, BIE

NIAWSKI elaborou um abaco (FIG. 6.5), que define, em fun~

QUADRO 6.7

CLASSIFICAÇÃO GEOMECANICA DE MACIÇOS ROCHOSOS PARA TUNEIS

(BIENIAWSKI, 1979)

1-2 til'"Ilesl!'lêncintndice de comprcs~no

ponluhl> 10 Hl'n 1'1-10 tU'" :l-'. NPn luI i li 7." I' f! 119 n 10"

CO InIl·\lninxlnl

p,"('enchimentomo 1 C! ) 5 'nll'

oU nb'!I·tur") ~ mm.Frncluroscontilluas

5-25 1-5 < 1

til'" HP" NP"

2 ·1 O

25-)

--< 50 mm

-510

5u"'!"c1ci!!!'c"tl'indn!'oU I,,·ecllch.< jlllll' OU

n br'r ll.lrnl-~ II1IU.

Frnc lUI'n5cOllt1nun1l.

2025

S"(lerf1clcs 15U(lel'flcle~pouco rugo- pouco ruso-

!',,!O. Sl'pnr!:! I""'" Srpnr~ç~o < 1 ",nl. ~fin ( 1 Rl1".1'1l1'f!dc1I du- I'nl'IHlell mo·r"" lns

JO

511pc,·rlr.ie9IIIui t.o "1Ig:0!'n ~. r-;.10coniln",,".Fechn,ln" .1'"r .. de!O dur,,;

< 25mll'n IIOO-25 0Hl'n rO-lOO.~IJ'" 125-50111'"

I 15 I 12

~I "

50~75 II 90-1110 I 75-')0 25-50

! '-

20 I 17 I 1) ~Jm I 1- Jln 10,)-lm ~O-JOOlnn.

I'ello relativo

llelli!Olêllcla t'In compre~

!ono uni"xin1

IlQO ~:

re1'o re1nll v o

Condiçõe!o t.Inl'l frnctllrns

de

rocl'A

illtncl"

I 1:1'I'Açnml'llto de frAclurns

) I Peso rel"l!vo

1

"

P .. so .... lntlvo 25 20 12 6 01

"1(unJ II r i 11 r n ç 11 o e.n 10m de t UII e 1 _", nrlllnllnn < 25 1/,"1111 25-1251/mln I > 125 l/minou 'u OU

....,p-O

0,5

Problr.mQ!IgraveI! de

ôgua

OU

0,2-0,5

1\~U03 "obprrs!ono mo

d'!rndn

t>u

0,0-0,2

lIumidndo

ou

O

Complrtnm!!1I1n secoCOlldiç~e5 gerais

I'rC!!O!lJo de 'su" 11ft

n.. 1nç~0: rr~~Trn!'no prlnc!pn1

mnximft

n.." I - -tu !

t .. rr;'

!lub-

~

Io'.710L Pe!oo l'elnUVo

I I I I I

QUADRO 6.7

CLASSIFICAÇÃO GEOMECANICA DE 'MACIÇOS ROCHOSOS PARA TUNEIS (CONT.)

(BIENIAWSKI, 1979)Ajuste pnra orientaçno das descontinuidades

- t-Iuito fnvo-Direcçõo e inclinação rável

FnvorÍlvel Ace ltnvcl Desfavorúvr.l t-Iuito Dosfnvoróvcl

PE'!'o relativo O I - 2 - 5 - 10 - 12

Classe!! dos maciços

ela!!sl! nO I II III I IV V

Vescriçno Huito bom Bom Regular Pobre Huito Pobre

Soma do!' pesos relativo!l 100-61 60-61 60-'11 '10-21 20

Significados das clnsses

eln!!se nO I II III IV V

Tempo médio de 10 allOS pa 6 mllses p!! 1 !Iemann 5 horas parn 10 minuto!. paroTa võo de- ra vão de pnra vüo võo de 1,5 m

~uto-!Iustentaçõo 5 m q m de ) m vão de 0,5 m

Coe.no )00 KPn 200-)00Krn 150-200KPallOO-150 KPa < 100 KPn

An~"lo de ~trito > Q5° '10_Q5° )5_'100 )0_)50 < )00I-'~

I-'

4

2

8

50

o

1 Ano

Va10r de RMR

1 Mês

a

•

•

•

______J L L L _10 102 103 104 105

Periodo autoportante (Horas)

1 Hora 1 Dia-)- -------------l=- --------- --Ã-~(-----7~----

.,,/.,,/

/"/'

/"/'

-//

//

/10

15

50

20

30

40

......e-ril 5 --P::>H...:l

o1<>

FIG. 6.5 - Definição do período de estabi1idade sem revesti

mento (adaptado de BIENIAWSKI, 1979)

143

ção do valor do RMR e do diâmetro do tunel, o periodo de

estabilidade sem revestimento (periodo autoportante). As

sim, é dentro desse espaço de tempo que o suporte inicial

deverá ser instalado. Ainda para cada classe de maciço, é

sugerido um valor para a coesão e ângulo de atrito do ma-

ciço.

Por último, e ainda baseado na aplicação pr~

tica da sua classificação a tuneis construidos, aquele a~

tor propõe (QUADRO 6.8) para um tunel de 10 m de diâmetro,

secção em ferradura, e tensão vertical inferior a 25 MPa,

sendo a escavação feita com explosivos, diversas alterna

tivas de suporte in~cial.

BIENIAWSKI apresentou ainda uma correlação

que permite avaliar o valor do modulo de deformabilidade

"in'situ" a partir do valor do RMR

EM = 2 RMR - 100

RUTLEDGE (1978) baseado em experiências pes

soais na Nova Zelândia, correlacionou a classificação de

BIENIAWSKI com a de WICKHAM e BARTON, tendo obtido as se~

guintes relações:

RMR = 13,5 Log Q + 43

RSR = 0,77 RMR + 12,4

A análise da classificação geomecânica de

BIENIAW5KI, sugere os seguintes comentários:

QUADRO 6.8

GUIA PARA ESCAVAÇÃO E SUPORTE DE TUNEIS (BIENIAWSKI, 1979)

Secção tipo. Cerradura; Largura. 10 m; Tensão vertical < 25 "Wa; EscavaçAo com explosivos

Classe do S,",porte

maciço Escavação

Ancoragens Concreto projectado Cambotas

"'uito Boa SecçAo total Geralmente nlo requer suporteI

n,.ut .. 81-100 J ID de avanço com ft excepção de ancoragens ocasionais

Secção total Ancoragens de J m de comp.

Boa 1,0 a 1,5 nl de avanço espaçadas de 2.5m, ocasi!! 50 mm no tecto

II IIlUporte completo nalmente c/malha quando necessário nenhwoa em certas

n,,1.{l . 61-80 20 m da Crente zonas do tecto •

Secçllo parcial (Crente e Ancoragens sistemáticas

Regular rebaixo) • Avanço l,'-J m. com 4 18 de co.np. , espaça-

III Inicio do apó .. das de 2 paredes 50-100 DIJII no tecsuporte m nas e -Rtom. 41-60 cada fogo. Suporte com malha no tec- to nenhum.. comp1~ tectos,

to a ·10 m. to. JO mm nas paredes

Secçllo parcial (Crente e Ancoragens sistemáticas,.Iá rebaixo) • Avanço 1,0-1,' DI. "-5 m de Cambotascom cornp. , esp!IV Instalação do çadas de 1-1,5 100-150 DIJII no tec leves essuporte con- m com ma- - -

RMIl . 21-40 comitantemente lha tecto paredes. to paçadascom a el!lca- no e

vação. 100 mm na parede de 1,'18 .CaD.botas

"lu! to ,.Já Secções nlúl t i pIas. Avanço Ancoragens sistemáticas m&dias a

0,'-1,' m. Instalação do com 5-6 m de comp. , eSp! 100·.150 DDD no tec pesadasV suporte concomitantemente çadas de l-I,' m com ma- to espaçadas

nr-tR ( 20 c/a escavação. Concreto lha no tecto e paredes. 100 mm na parede de 0,75 m.projectado logo após o C2 Ancoragem na soleira. Fechan.ento

1go. da soleira

I-'~~

- Desvantagens

• Não toma em conta a litologia

• A utilização do RQD na classificação, para

além do facto de aquele índice ter, em nos

sa opinião, pouco sentido, limita a aplic~

ção da classificação, já que não se poderá

aplicar a maciços xistosos ou a tuneis em

que não haja sondagens, a não ser por esti

mativa

• Não faz referência ao número de famílias

de fracturas que afectam o maciço

• A abertura das fracturas e a análise das

condições hidrogeológicas são de difícil

avaliação

• Não é muitas vezes possível, na fase de

projecto, prever qual o sentido de abertu

ra do tunel

• Não toma em conta o recobrimento de obra

nem a carga hidraulica

• Não toma em conta o processo construtivo.

- Vantagens

.' Toma em conta os principais factores que

definem a aptidão de um maciço para a ins

talação de um tunel

• Baseia-se numa experiência bastante vasta

• Está dentro dos critérios de zonamento de

maciços rochosos propostos pela Sociedade

Internacional de Mecânica das Rochas.

146

6.5 - Dimensionamento empirico de suportes em maciços ro

chosos (ROCHA, 1976)

Considerando factores como (QUADRO 6."9):

- espaçamento qe fracturas (Pe)

- sistema de fracturas (Ps)

- resistência ao corte (Pr)

- percolação de água (pp)

ROCHA apreciou os maciços rochosos atribuindo pesos a ca

da um desses factores e chegando, mediante o seu somatório

a um índice de qualidade do maciço que designou por MR.

MR = Pe + Ps + Pr + Pp

Assim, os maciços são agrupados em 5 classes

(QUADRO 6.10) segundo o valor obtido para MR.

A partir de um abaco proposto é determinado

um factor k (FIG. 6.6) que permite calcular através de fo~

mulas propostas pelo autor, o volume envolvente de tunel

susceptível de carregar o suporte, definido pela espessu

ra no coroamento (hc) e nas nascenças (hn), conforme se in

dica na FIG. 6.7.

O peso deste volume envolvente constituirá a

solicitação sobre o suporte, pelo que este poderá assim

ser dimensionado pelos métodos numéricos tradicionais,quer

se trate de cambotas, ancoragens ou betão projectado.

QUADRO 6.9

DIMENSIONAMENTO EMP!RICO DE SUPORTES: APRECIAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO

ESrAçMll!:NTO UE FHACTUItAS

-1------,, 25

100 200I I

I I I I15 20

25 50I • L L....I I IO 5 10

2, 5_~ 10I

(den'>

I'e

SISTI!:HAS UE fllACTI.JItAS

QUI.' 1.1'0 ou nlf:li s Três falll1lias Duas f8'1\1l1as Uma fOlll1lia Sem fracturasfam{liol' e t"roeturas n frocturos 1'r3s faml1Las e frocturas e frac turas ou fracturas

aleatórios nleatórialS esparsas esparsas espnrsosi...-

I I I I IIlo .~ .~ n~ ~.-

l!I

ItESlSTENCIA AO COHTE

Ellchimentosnr'lI: i losol'! com

Enchimentos argilOSoRllpo~toSiOU superftcies c/mi

contlnuos moles lIera1s de bai:xo iingulo de

atrito

Supci'f~ciesplonas e enchilIIentos sillo-sos ou silto--arellosos

SuperfIcieslisos o planos e pnredessilsj ou superficios ásperose paredes pouco alteradas.

SuperfIciesásperos e

plonns,e paredes

sÃs

Supcrflci os Ó.pct'ns e irrcp;ilures, ou ondilotlas, ou dos:contInuas e 1'8redes slls. -

~ (o) ~ r17_'5 -

Pr O

]5

I7

I I I I22 , 5 30 37,5 ) 115

I I I I14 21 28 J5

l'EIlCOLAÇÃO DE AGUA

Euchimclllos Enchimentos Enchimcnt.os fracturas Fracturas ~Iaciço illlpcr-erodiveis

2 erodlveis erodiveis2 não el'odiveis !não erodIveis lIIeúvel ou nível

pressão >lOI<g/cln I're 8!1fio ~,5 presoiio lKg/clII iPressão>lüKg/cm pres~50 5Kg/ froútico abaixo)<g/cm /cm2 da soloira

I T r

p 9 5....~

-....J

148

QUADRO 6.10

CLASSES DO MACIÇO E NECESSIDADES DE SUPORTE

(ROCHA, 1976)

Classe MR k Necessidades de suporte

I 80 a 100 O a 0,05 Esporádico no tecto

II 60 a 80 0,05 a 0,3 Sistemático no tecto

Sistemático no tectoIII 50 a 60 0,3 a 0,6 Esporádico pés-direitosnos

IV 30 a 50 0,6 a 0,9 Sistemático tectono

V O 30 0,9 1e pés-direitosa a

Uma análise desta classificação mostra:

- Desvantagens

• Não toma em conta a litologia do maciço

• Não toma em conta o recobrimento da obra

• E de difícil determinação o valor dos pesos

relativos à resistência ao corte (Pr)

percolação de água (pp).

- Vantagens

..e a

• Trata-se de uma classificação baseada num

pequeno número de características, que po-

de ser elaborada só a partir de um reconhe

cimento geológico de superfície e por isso

de grande utilidade numa fase preliminar

de estudo.

k

'.0 ---

0.8 ._-_ .. ----

C.6--- - -- .

o./" -- ---

O) ----- - -- ---

oO 10 10 30

-- -- -'-1---

LO 50 60 70 80 90 '00 IJ,R

FIG. 6.6 - Correlação entre MR e o valor de k (ROCHA, 1976)

I...... -~-

", "" ',Arco l'1E'VlJdo" \~ \/ 1 \ Arco abalido

/ /--- 1- ....... , \

/ 1 \--- --- I ----

FIG. 6.7 - Espessuras destacáveis (ROCHA, 1976)

150

7 - EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DAS DIFERENTES CLASSIFICAÇÕES

Durante a sua vida profissional tem o autor

aplicado as classificações atrás descritas a 'diversos tu

neis, essencialmente tuneis de diâmetro inferior a 5 m,

destinados à adução de água e a orgãos de segurança de bar

ragens.

Em todos os casos estudados o recobrimento

era inferior a 100 m e na maior parte deles era mesmo in

ferior a 50 m.

Em alguns dos casos foi tentada pelo autor a

aplicação da "Classificação geotécnica de maciços rochosos

para o projecto de suportes de tuneis" (BARTON, 1974). No

entanto, dada a sua complexidade, deixou de a usar, uma

vez que se torna de muito difícil aplicação dada a grande

subjectividade dos parâmetros utilizados. Tal resulta em

fraca fiabilidade dos resultados obtidos.

Os exemplos de aplicação que a seguir se apr~

sentam, e que constituem alguns dos projectos em que o a~

tor colaborou nos últimos dez anos, correspondem a cinco

tuneis para cada um dos quais se estudaram em cada três

secções, correspondendo cada uma delas a uma zona geotéc

nica do maciço.

Após o zonamento geotécnico do maciço, as zo

nas são analisadas segundo as classificações propostas por

WICKHAM,G., BIENIAWSKI,Z.T. e ROCHA,M. sendo cada zona en

quadrada nas diferentes classes propostas pelos autores e

considerado o tipo de suporte para cada caso.

Para facilidade de comparação das classifica

ções optou-se por agrupar os suportes em cinco categorias,

atribuindo.a cada uma um determinado intervalo dentro de

cada classificação (QUADRO 7.1).

7.1 - Centro de distribuição da Guia-Macau

Reservatório subterrâneo de água tratada

Integrado no Centro de Distribuição da Guia,

do Sistema de Abastecimento de Agua do Território de Macau,

prevê-se a execução de um reservatório subterrâneo com uma

capacidade da ordem dos 100 000 m3 , a construir no Morro

da Guia, constituido por três tuneis paralelos, ligados

por tuneis transversais.

Este reservatório deverá ser constituido por

um conjunto de celas, com uma largura de cerca de 5 m e

uma altura de cerca de 10 m, e com um formato de U inver

tido.

A cota prevista para a soleira do tunel,é de

cerca de 40,0 m, ficando assim o tecto à cota 50,0 m.O re

cobrimento médio do reservatório é de cerca de 30 m.

O reconhecimento geológico de superfície mos

trou que todo o Morro da Guia é constituido por uma form!

ção granitica, de grão médio a grosseiro, com feldspatos

de tom róseo,e biotítico. Nalgumas zonas o granito aprese~

ta-se porfiróide.

QUADRO 7.1

RELAÇÃO TIPO DE SUPORTE-CLASSE DO MACIÇO

SOMA DOS PESOS

TIPO DE SUPORTE

RSR RMR ~m

Muito pesado < 20 20< < JO

Pesado 21-JO 21-40 Jo-60

Médio Jl-60 41-60 61-80

Ligeiro 61-80 61-80 81-90

Muito ligeiro> 80 > 80 > 90ou nulo

152

153

As formações graniticas encontram-se, no ge-

ral, à superfície muito alteradas a decompostas, evidenc!

ando a alteração típica destas formações em países tropi-

cais, em que a espessura dos saibros atinge valores supe-

riores à dezena de metros, ocorrendo no entanto em algumas

zonas afloramentos de rocha medianamente alterada a pouco

alterada.

Em algumas zonas foi possível detectar a ocor

rência de filões de quartzo com espessuras inferiores

dezena de centímetros.

,a

A análise estatística das fracturas detecta-

das evidencia que, apesar de haver uma certa dispersão,c~

mo aliás seria de esperar atendendo sobretudo à distância

entre os afloramentos medidos, possivelmente separados por

acidentes geológicos, é possível considerar em todo o ma-

ciço rochoso quatro famílias de diaclases, sendo uma das

famílias bem representada, outras duas de representação

média e uma última pouco representada.

A análise pormenorizada da fotograffa aérea

disponível mostrou a ocorrência de vários alinhamentos de

fracturas.

As formações interessadas pela execução da

obra são caracterizadas por aquíferos, que correspondem a

zonas superficiais de permeabilidade em pequeno, resulta~

tes de meteorização das formações respectivas. Poderão ai~

da ocorrer zonas de permeabilidade em grande, corresponde~

do à percolação da água em descontinuidades do maciço ro

choso (falhas e diaclases).

lS~

Dada a exiguidade em tempo para a execução

duma campanha de prospecção adequada, de modo a reconhecer

geotecnicamente o maciço interessado pela abertura da obra,

optou-se nesta fase apenas pela realização de duas sonda

gens de rotação, com recuperação continua de amostra,aco~

panhadas da execução de ensaios de permeabilidade tipo

"Lugeon".

Como complemento destes trabalhos foram colh!

das cerca de uma dezena de amostras em cada uma das sonda

gens e em zonas consideradas características das diferen

tes zonas geotécnicas do maciço, afim de sobre elas reali

zar ensaios de laboratório para caracterização mecânica

do material rocha.

Com base nos resultados obtidos, quer "in si

tu" quer em laboratório, bem como na observação dos taro

los das sondagens, essencialmente estado de alteração e

fracturação das formações geológicas, procedeu-se ao zona

mento geotécnico do maciço interessado pela abertura do

reservatório, que constitui o QUADRO 7.2.

Tendo em atenção os valores médios obtidos

para as características geotécnicas (número de famílias

de fracturas, atitude das fracturas. espaçamento das frac

turas, características das fracturas, ~QD, tensão de rup

tura da rocha em compressão uniaxial e percolação de água

no maciço) em cada sondagem, nas diferentes zonas geotéc

nicas em que o maciço rochoso foi dividido,procurou clas

sificar-se este segundo os critérios propostos por ROCHA,

QUADRO 7.2

RESERVATÓRIO SUBTERRÂNEO DA GUIA-MACAU


TENSÃO DE ANGULO DEMODULO DE COEFICIENTE RUPTURA A TENS.(O DE

ATRITO DASALTERAÇ~O FRACTURAÇÃO RQD PERHEABILIDADE DEFORMABILIDADE DE POISSON COHPRESSÃO RUPTURA A FRACTURAS

(W) (F) C,. ) (11m x min) (MPa) UNIAXIAL TRACÇÃO (graus)

(MPa) (MPa)

ZGI W4

_5

F4

_5

Inferior a - Inferior a 100 - 10 C.) - 20°(.)

25

ZG2 WJF

J_

4 25 a 50 Superior a 1 2000 a 10000 0,05 a 0,16 10 1,5 a 4 JOo(.)

°ZG3 w

2_

3F

3_

4 Superior a Inferior a 5000 a 10000 0,05 a 0,15 15 a 20 1,5 a 4 35 C.)50 50

C.) Valor estimado

I-'\J1\J1

M., BIENIAWSKI,Z.T. e WICKHAM,G. et aI •• Nos QUADROS 7.3,

7.4 e 7.5 indica-se os resultados obtidos.

7.2 - Abastecimento de Agua ao Sotavento Algarvio

Tunel de ligação Barragem de Beliche-Barragem da Ga

fa PM (0+000) a PM (2+500)

Tendo como objectivo o abastecimento de água

ao Sotavento do Algarve, está projectada a execução de um

sistema de barragens na região da "Serra", nomeadamente

nas ribeiras de Beliche e de Ode1eite.

A região a beneficiar, estende-se desde Vila

Real de Santo António até à Ribeira da Quarteira, origina~

do assim uma extensão de adução'de água de mais de 70 Km.

Integrado nesse sistema, prevê-se a abertura

de um tunel com uma extensão de 9,6 Kms entre a albufeira

da barragem de Beliche e a Ribeira da Gafa.

Dentro do enquadramento descrito, o presente

estudo refere-se a um troço de 2,5 Kms do referido tune1,

com um diâmetro útil de 3,10 m e respectivo emboqui1hame~

to junto à Ribeira de Beliche e ainda de um poço situado

a cerca de 75 m do emboqui1hamento.

No que se relaciona com os aspectos 1ito1óg~

cos, ocorrem de forma sistemática alternâncias de bancadas

de xistos argilosos e leitos grauvacoides ("f1ysh"). Não

sendo possível cartografar todas estas diferenças 1ito1ó

gicas pelo aparecimento cícliCO, mas ao mesmo tempo a1ea-

QUADRO 7.)

RESERVATÚRIO SUBTERRANEO DE GUIA-MACAU

Classificação segundo WICK}~M (1974)

TIPO DEpt\/lMllnno f\ 1't\I1MIEl/lO o 1't\I1MIETIIO c /lsn

SUI'OIl TI:

ICnrtll: ler 1sticall n"chn i~nr.n dt'c "nll'''!!' ln ElIpnl;Rnlcnt" J-15cm, Frnctura!' fechndn!!

"d"r tndn !! mediannmente Cr"c tu.ondn c"lIlrn !I I'!lCRVIIt;;;"e Ie pequeno caudal

incllnnd"!1 50°_90"

ZGl '.8 Nédio

I'e II "!' lO 1~ 19

;="rac tl'r l~liclI!! 1I0c"" l"n"" n,éd 1" E",pn<;nrncnl" 15-20cm Frnc tu.o,,!! "bt'.-lnll

"d"rtndnll medinnnmente fracturndn c"nlrn n I!!lcn\"nl;n" e c pClJucn" cnudnl

inc lin"",]" 50"-900 IZG2

I50 Nédio II'e!' ... ,. 1) 21) 9 I

_"r/lctl'rL!ltic"!I ""c"n JS"'!n dur" E!lI'ot;"mrnl" IS-20crn r,o"c turn II Cechndn ..

"d"pl"d"!1 ml'dinnnmento Crnclurndo c"nlrn " ~"e'·vnçõ", ., cl\udol nul ..lncllllnnd" 50"-90°

7.GJ 65 . Ligeir"t'n!'l"!' 15 20 22

~

\J1""-I

QUADRO 7.4

RESERVATÚRIO SUBTERRÂNEO DA GUIA-MACAU

Classificação segundo BIENIAWSKI (1979)

TENSÃO DE

RUPTUIlA E~I ESPAÇMtE;\TO CAHACTERI STICAS PERCOLAÇÃO bRIE:-lTAÇÃO SO~IA DOS CLASSIFICAÇ.\O TIPO DE

CONl'tlESSÃO nQD DE DYACL,\SF.S FIs 'CAS DAS DE DAS PESOS DOS DO ~IACIÇO

UNIA..XIAL (cm) FRACTURAS AGUA FH.-\CTURAS PAltANETROS HOCHOSO SUPORTE

c' (Kgf/cm2 ) <'0 (nUld (1/min/l0 m) (RSR)

ENCHHIENTOS... VALOR< < 50 <.25 < 5 cm < 5 25-125 FAVOtlAVELU PesadoI-l ADOPTADO ESPAÇA~'ENTOS

...: Zz u 5O "l

aN f-o 21 IV

Ol:l Nuito Pesado~ PESOS 1 3 5 10 4 - 2

~I

VALORP.-\tlEIJES llUGOSAS

< 25-125u 50-250 5-50 6-60 cu SEPARAÇÃO FAVORÁVEL PeseloI-l

...: z ADOPTAVa 5z uo "l 37 IVN !-'

aO!:l PESOS 2 8 9 15 4 - 2 Nédio~

n

< VALORHUGOSA

rU 50-250 50-75 6-60 cm SEPAtlAÇÃO 10 FAVORÁVELH

...: Z AlJOJ'TADO~Iédio

z U 1O "lN !-' 57 III a

o::I~ PESOS 2 1) 9 2", 10 - 2 Ligeiro

....\Jl(Xl ,

QUADRO 7.5

RESERVATORIO SUBTERRÂNEO DA GUIA-MACAU


SOloIA DOS CLASSIF ICAç.~O

ESPAÇAHENTO SISTEMAS DE RESISTENCIA PERCOLAÇÃO PESOS DOS DO l-IACIÇO TIPO DE

DE FRACTURAS FRACTURAS AO CORTE DE AGUA PARAMETROS ROCHOSO SUPORTE

(Pe) (Ps) (Pr) (pp) (MR)

VALOR ADOPTADO < 6 cm Três famílias f6 = 200 Enchimentos

e 1 aleatória não erodíveis Muito

ZGl 21 V PesadoPESO O 5 10 6

VALOR ADOPTADO 25 cm Três famílias f6 = 300 Fracturas Pesado

e 1 aleatória não erodíveisZG2 53 III a

PESO 15 5 21 12 Nédio

VALOR ADOPTADO 25 cm Três famílias~ = 35

0 lolaciço

ZG3e 1 aleatória impermeável 6) II Médio

PESO 15 5 28 15

....\J1'\D

160

tório das mesmas, e com espessura não representável.opto~

-se pela designação englobante de alternância de xisto e

grauvaque. Na zona agora em estudo as formações são pred~

minantemente grauvacoides.

A análise da fotografia aérea mostrou a ocor

rência de duas orientações preferenciais para alinhamentos

de fracturas na zona de influência da obra. Uma delas va

riando entre NJ5 0 E e N800E e outra variando entre NS e

N25°W. Foram ainda detectadas na parte final duas falhas

de direcção N65°W.

No que se relaciona com os dobramentos,a ati

tude das camadas e da xistosidade das formações deixa ver

a existência de dobras, quer a escalas centimétricas quer

à escala regional.

Várias determinações de atitude da estratifi

cação e da xistosidade, efectuadas durante o reconhecimen

to geológico de superfície, mostram direcções oscilando

entre N-S e N400w e inclinações variando entre 200 e 400 NE.

Ocorrem ainda duas famílias principais de

diaclases de atitude média:

N(400 _700 )E; 75 0 NW _ 800 SE

N(J50 -450 )W; 75°NE _ 700SW

A direcção do tunel é aproximadamente NJ5 0 E

pelo que este intersectará a grande maioria dos "aciden

tes" registados segundo ângulos favoráveis.

161

Do ponto de vista hidrogeológico pode consi

derar-se, na zona em estudo, a existência de dois tipos

de aquíferos. Um subsuperficial correspondente aos solos

resultantes da alteração das rochas e aos depósitos alu

vionares, outro relacionado com as descontinuidades e a

rede filoniana, mais profundo e potencialmente mais prod~

tivo.

t de prever que algumas das falhas, zonas de

esmagamento ou filões a intersectar pela obra constituam

aquíferos importantes, confinados inferiormente pelo mac!

ço impermeável e que originem, aquando da sua intersecção

pela escavação, a afluência de caudais de água apreciáveis.

Ao longo do traçado do trecho do tunel agora

em estudo, foram realizadas 6 sondagens acompanhadas de

ensaios de absorção tipo "Lugeon". Na zona de emboquilha

mento foram ainda executados 6 perfis sísmicos de refrac-

ção.

A exiguidade em tempo para apresentação do

projecto, não permitiu a execução de quaisquer ensaios em

laboratório ou "in situ", para caracterização mecânica da

rocha ou do maciço.

Os parâmetros-base disponíveis tidos em con

ta para o zonamento geotécnico foram:

- Litologia

- Estado de alteração

- Fracturação

- RQD

162

- Permeabilidade

- Velocidade de propagação de ondas sís-

micas longitudinais

Para cada uma das zonas, e baseado em exper~

ência que se possui de maciços idênticos onde foram reali

zados ensaios de caracterização mecânica, estimaram-se v~

lores para o modulo de deformabilidade, resistência à com

pressão uniaxial e ângulo de atrito das fracturas.

Apesar das dificuldades expostas, considero~

-se razoável dividir o maciço nas três zonas geotécnicas

indicadas no QUADRO 7.6.

Com base nos valores médios dos diferentes

parâmetros considerados para cada uma das zonas geotécni

cas, procurou aplicar-se a cada uma destas, as classific~

ções propostas por WICKHAM, BIENIAWSKI e ROCHA.

Nos QUADROS 7.7, 7.8 e 7.9 vai indicada essa

classificação, bem com~ os suportes propostos por aqueles

autores.

7.3 - Barragem de Odeleite - Galeria de desvio e descarre

gador de cheias

Prevê-se que o desvio provisório para a cons

trução da futura barragem de Odeleite, localizada na ribei

ra do mesmo nome, se faça através de um tunel a escavar

na margem esquerda do vale. Esta estrutura virá, posterio~

mente, a servir como descarga de fundo da barragem.

QUADRO 7.6

TUNEL BELICHE-GAFA


VELOCIDADE MODULO DE TENSÃO DE· ANGULO DE

ALTERAÇÃO FRACTURAÇÃO RQD PERMEABILIDADE PROPAGAÇÃO RUPTURA A ATRITO DAS

ONDAS SlSl-tICAS DEFORl-~BILIDADE· COHPRESSÃO FRACTURAS·

(w) (F) (%) (11m x min) (m/s) (MPa) UNIAXIAL- (graus)

(MPa)

ZG1 W4

_5

F5

0-25 ( 2000 ( 5000 < 10 200

> 10

ZG2 WJ 25-75 2000 5000-20000 10-50 JOo

F4ZGJ W

l_

2 75-90 ( 10 > 4000 > 20000 :> 50 J5°

(.) Valores estimados

....0'\\o)

QUADRO 7.7

TUNEL BELICHE-GAFA

Classificação segundo WICKHAM (1974)

E~lIlVll'll'\ C,\II.\C TEI! 1 S [1 C.\ Sc.\Il,\CTElllSTlCAS

F!SIC,\5 Ufl5 FIlAC ru 50;,11\ ''0S TIPO UEGEOI,(,,; I C.\ 110 Gcmll'; /Il1 C,\ S 11.\ 511.\5 E I'I':IICOL\I;,\UN,\CrçO F11.\CTlIll.\S

OE .\t:f:.\PESUS SUPURTE

( ,\ ) (B) (C) (HSIl )

C.. rncterlsticns ll~choll metassedim~n- ~Iaciç~ intensamente Frocturns mlJit~ 81-

od~l't.adas t"r~s d~hrodas e in- froctl.lrod~ c~m [alUí terados ~u aherta",

ten~nl1lpnte frocturn- 1ins de fracturas Perc ..... lDçfi .... : 50 l/lIIin ~Jéd i o

lias ",ubverticnis para JUOm de tunel a

ZG1

I)fl Pesad~

Pcs~ fl li' ?

Cill'ne trr r.st icas Il~cltns IIIctnsscdimen- ~Iac i ç ~ '"U i t ~ fractu Frnc turas nletl inlla-

ad~l'tauas tnrcs d~IJI'nuns e u~ c~m famílias de mcnte alterndas.

fracturadas frncturns sub\'erti- Pcrc~lnçii~:)OU l/lIIin

cais para JUOm de tl.lll~l

ZG2 '1" Nédio

Pr.s .... 11 20 I 1)

Cnrncterlsticas linchas 1II~t:ns"'edimen- ~Iociç~ ,,~uc~ frnct.u fracturas fecha .... a!!'

nd"'ptntlns tnr~~ II ... ht~adi'!iI p. I·nd .... c .... ," fil/lIllins e (l~UC~ AltelAncioR.

frnctllrod<ls de fr<lc llll"OS sub\"~r Pe.·c ~ 1açii~: i'OO 1/111111' N':;dl~

ticnis parn )UUIII de tune1 aZGJ 56 Lis;e il"-

Peso 12 25 l~

H0'\.;:-

QUADRO 7.8

TUNEL BELICHE-GAFA

C1assi~icação segundo BIENIAWSKI (1979)

nESISTr.NCIA CAríACTEnlSTJCAS ('EnCOLAçÃO ORIENTAÇÃO SONA DOS

A COHI'IlESSJíO IlQD ESPAÇAl>IENTO FISICAS DAS DE DAS I'I~SOS CLASSI~ DO TIPO OE

UNI AXIAL ()IACLASES FRACTunAS AGUA FRACTunAS nHIl t-lACIÇO SUPORTE

Hl'n

VALOU,5-25 < 25 < 60 mm Li8n8 o conl Águn in- D08fnvornve1

ADOI'TAno enchimento ter"tici",l l>luitoZGl 17 V

POl'lnd,oT'F.SOS 2 ) .5 10 7 - 10

VAI.On I 2,5-5(1 2,5-75 60-200 Ligoirnmonto Agua c/prtl"- D08favoráve1ADOPTADO rugo8n.!l .!Ião modorndn I'el'lndo l!I

I 7.G2 )6 IV,

l>lódioI'ESOS

"la 8 20 " - 10

VALOII50-100 75-90 60-200 Ligeirnmnnto Agua c!pro8- Uoefl!lvor8vIll I

ADOPTADO rugol'ln8 "lIo modorada

IZGJ '16 III Módio

PESOS 7 17 8 20 'I - 10

....0'\\11

QUADRO 7.9

TUNEL BELICHE-GAFA


ESpAÇMIENTO SISTEl-1A RESISTENCIA pERCOLAÇÃO SOHA DOS

DAS DE AO DE PESOSCLASSE DO TIPO DE

FRACTURAS FRACTURAS CORTE .AGUARl-Ul

HACIÇO SUPOHTE

(Pe) (Ps) (Pr) (Pp)

Três fllmtlias e EnchimentosVALOR < 6 cm fracturas alea- 200 erodtveis

ADOPTADO tórias p=2.5Kgf/cm2Nuito

ZGl 18 VPOllado

PESOS O 5 10 J

Três famtlias e"ALOR 6-20 fracturas alea- )00 Frncturas

ADOPTADO tórias não crodi.veie

7.G2 't't IV Pesado

PESOS 10 5 21 8

Três fami.1ias eVALOR

6-20 fracturas alea- J5°fracturos

ADOPTADOtórias nao erodi.veis

Pesado II

7.(\ ) 52 IIIMédio

PESOS 12 S 2S 10 l-'0'\0'\

167

Trata-se de um tunel em ferradura, com um com

primento de cerca de 370 m, tendo o círculo de base 7,0 m

de diâmetro e cerca de 9 m de altura, em que o recobrimen

to, aumentando gradualmente entre as zonas de emboquilha-

mento e a parte média do traçado atinge, nesta zona, 60 m

a 65 m.

o maciço rochoso a atravessar pelo tunel,e

constituido essencialmente por xistos e grauvaques em sé-

ries alternantes (IIflysh ll ), pertencentes à grande mancha

carbónica que ocupa praticamente todo o Baixo Alentejo. A

superfície, o maciço exibe estados de alteração variando

entre medianamente alterado a muito alterado, por vezes

mesmo decomposto, revelando-se já pouco alterado a são a

partir dos 8-12 m de profundidade.

Pode dizer-se que a orientação geral das fo!

mações geológicas presentes na área do estudo segue, IIgro~

so-modo" a orientação que lhes é conhecida regionalmente,

isto é, NW-SE, sensivelmente normais ao tunel e inclinan-

do para NE. As várias determinações de atitude efectuadas

forneceram para a xistosidade direcções entre N{60o _70o )W

e inclinações entre (25 0 -55 0 )N.

A superfície do maciço as diaclases apresen-

tam-se, em geral, próximas (F4) a muito próximas (F5). As

determinações efectuadas levaram a considerar, como mais

importantes, as famílias com as seguintes atitudes:

168

N53°E; V

N23 OE; V

N43°W; v

N18°W; 450S

N58°W; 24°s

Para além das mencionadas, ocorre uma ~amília,

que é a dominante, associada à xistosidade.

Dada a sua natureza litológica, a permeabil!

dade do material rochoso que compõe o maciço é baixa. Em

termos gerais, a percolação processa-se através da rede

de descontinuidades existentes, o que con~ere ao maciço

características de permeabilidade "em grande". Mesmo assim,

a percolação tem lugar até pro~undidades relativamente r~

duzidas não ultrapassando, normalmente, as duas dezenas

de metros.

As redes de ~ilonetes quartzosos em geral e~

magados, que é vulgar encontrar cortando o maciço, const!

tuem vias pre~erenciais para a percolação que pode, deste

modo, processar-se até maiores pro~undidades. O mesmo se

passa relativamente a acidentes tectónicos importantes (~a

lhas, esmagamentos) que possam ocorrer. A intersecção da

queles ~ilonetes ou destes acidentes por parte da escava

ção, pode ~azer a~luir ao tunel caudais apreciáveis.

Visando o reconhecimento geotécnico do maci

ço rochoso em pro~undidade, ~oi programada e executada uma

campanha de prospecção constituida por perfis sísmicos de

169

refracção, sondagens de f~ação à rotação e ensaios de

absorção de água sob pressão.

Como complemento desses trabalhos foram co

lhidas amostras dos tarolos das sondagens sendo executados,

em laboratório, ensaios para caracterização mecânica, no

meadamente, ensaios de resistência à compressão uniaxial.

A partir da informação obtidà:~atravésdos e~

tudos geológicos e geotécnicos realizados, foi elaborado

um zonamento geotécnico do maciço. Estabeleceram-se,em pr~

fundidade, três zonas geotécnicas, para as quais foram

adoptadas as características indicadas no QUADRO 7.10.

Para cada uma das zonas geotécnicas conside

radas no maciço, e com base nos elern~ntos disponíveis, fo

ram elaboradas as classificações geotécnicas segundo os

critérios propostos por WICKHAM et aI. (1974), BIENIAWSKI

(1979) e ROCHA (1976). Os valores utilizados para cada c~

so e os resultados obtidos são apresentados respectivame~

te nos QUADROS 7.11, 7.12 e 7.13.

7.4 - Reforço do Abastecimento de Agua à Região de Lisboa

Tunel do Castelo do Bode

Integrado no programa de abastecimento de

água à Região de Lisboa, a partir da albufeira do Castelo

do Bode, previa-se, na sua parte inicial, junto à barragem

do Castelo do Bode, a execução de um trecho em tunel, com

QUADRO 7.10

TUNEL DO DESVIO DA BARRAGEM DEODELEITE


RESISTENCIA ANGULO DE

ALTERAÇAol-IÚDULO DE A COHPRESSÃOFRACTURAÇÃO RQD PERMEABILIDADE ATRITO DAS

DEFORMABILlDADE UNIAXIAL FRACTURAS·

(W) (F) (%) (l/min.m) OIPa) OlPa) (graus)

ZGl W4

_5

F4

_5

< 25 < 10000 < 25 20°

> 10

ZG2 W F4

_5 25-75 10000-50000 25-50 30°

J

F3

ZGJ Wl

_2 ) 75 < 10 > 50000 > 50 35°

Fl

_2

c.> Valores estimados

....'!'o.Io

QUADRO 7.11

TUNEL DE DESVIO DA BARRAGEM DE ODELEITE

Classificação segundo WICKHAM (1974)

ESTIlUTlnU CARACTEntSTICASCAIlACTERtSTICAS

GEOLOGICA DOFtSlCAS DAS FIlAC SO~IA DOS TIPO IIE

GEmlETRICAS DASTURA.S E PEnCOl,A- PESOS SlJPORTE

MACIÇO FRACTlIIlAS

(A) (B) ç1io DE AGUA (IlSIl)(C)

Rochas metassedimen ~Iac iço intensamente Fracturas muito al-aracteristicas tarea dobradaa e in fracturado c/familias teradas ou abertas

adoptadaa tei.aamente fractura de fracturas subver Percolnc;lIo: 50 1/111:111 HédI0

das tIcais para )00 m de tunel aZGl )11

PesadoPeso 8 17 9

flochaa metassedimen Hac iço muito fractu

Caracteristicas tares dobradas rado familias Fracturas mediana-e Com

mui to fracturadas de fracturas subver mente alteradas.adoptadas l'ercolac;lIo: )OOI/minticais

para )00 m de tunel

ZG2Ijlj H'dio

Peao 11 20 I)

Rochaa metaaaedimen Haciço pouco fractu Fracturas fechadas e

Caracteriaticaa tares dobradas e rado com familias POtlCO alteradas.

pouco fracturadaa de fracturas subver Percolac;ão:7 0 0 l/minadoptadas

ticais para )00 m de tunel.

66 LigeiroZG)

Peao 22 25 19

I-'"'II-'

QUADRO 7.12


Classificação segundo BIENIASWKI (1979)

nESISTENCIA ESPAÇAHENTO CAIlACTEntsTICAS PERCOLAÇ/i.O ORIENTAÇÃO SO~lA DOS CLASSE TIPO

" C01-lI'nJ~SSÃO RQD DAS FISICAS DAS DE llAS pF.sas DO DE

UNIAX[AL DIACLASES F'nACTUllAS AGUA F'IlACTUIlAS Il 1-m HACIÇO SUI'OIlTE

HI'II (cm)

VAl.On Enchiltlontos Soco II

ADOPTAVO < 25 < 25 < 6 < 5 mm húmido F'llvornvol

ZGl 28 IV Pe"odo

pr,SO 2 , 5 10 10 - 2

Lip;oiromente AguaVAI.on 25-50 50-75 6-20 rup;o/On ..

Favorl,velAIlOI'TAOO Aborturn intorsti-

< 1 mm cinl

ZG2 /'5 III Hédio

PI~SO /. 1) 8 15 7 - 2

Agun com

Ilugosns profl"fio m2VAI,OIl > 50 75-90 20-200 dcrndn II Favorávele

AOOPTADO Cech"dns intersti-

cilllLigeiro

7.G' 62 II II

PESO 7 17 12 2' 5 - 2 1-1édio...........l\J

QUADRO 7.13


C1assificação segundo ROCHA (1976)

ESPAÇAHENTO SISTEt-1A RESISTtNCIA PERCOLAÇÁO SOMA DOS CLASSE TIPO

DAS DE AO DE PESOS DO DE

FRACTURAS FRACTURAS CORTE AGUA RMR MACIÇO SUPORTE

(Pe) (Ps) (Pr> (Pp)

VALOR < 6 cmTrês fami1ias e ti = 20

0 Enchimentos

ADOPTADO uma aleatória erodiveis Muito

ZG1 24 V Pesado

PESO :3 5 10 6

Três familias eFracturas

VALOR6-20 uma aleatória ti = 30

0 nloADOPTADO erodiveis

ZG2 48 IV Pesado

PESO 10 5 21 12

Três fami1ias eFracturas

VALOR 20-200 ti = 350 não

uma aleatória PesadoADOPTADO erodiveis

ZG359 III a

PESO 17 5 25 12t-Iédio

J-I--J\.N

174

cerca de 4500 m de comprimento e 4,0 m de diâmetro de es

cavação, sendo ° recobrimento máximo de cerca de 100 m.

O reconhecimento geológico de superfície,ev!

denciou a ocorrência de formações gnaisso-migmatiticas,de

tom acinzentado que se encontram, nos poucos afloramentos

que foi possível detectar, medianamente alteradas a muito

alteradas. O maciço rochoso encontra-se cortado por inúme

ros filões e filonetes de pegmatito, aplito e quartzo,com

uma possança máxima da ordem da dezena de centíme±ros,que

não só foi possível observar "in situ", como igualmente

através dos inúmeros calhaus de quartzo que nalgumas zo

nas se encontram disseminados à superfície.

A análise estatística das fracturas mostra a

ocorrência de quatro famílias principais de atitude:

N(100 -40o)w; 200 E a subvertical (gnaissosidade)

N(500_ 1200 )E; 500 N a 500 S

N(20o- 1000 )E; (15 0 -75 0 )SW

Sub-horizontal

As formações interessadas pela abertura do tu

nel são caracterizadas por aquíferos, que correspondem a

zonas superficiais de permeabilidade em pequeno, resulta~

tes de meteorização das formações respectivas, que pouco

irão influenciar a abertura do tunel, à excepção dos lo

cais em que este passa mais próximo da superfície,e a zo

nas de permeabilidade em grande, correspondendo à percol!

ção de água em descontinuidades (falhas e diaclases) do

maciço rochoso.

175

Para avaliar as condições geológicas do maci

ço rochoso, que serão de esperar às cotas de atravessame~

to pelo tunel, bem como as condições geotécnicas a consi

derar na elaboração do projecto da obra, foi programada a

realização de uma campanha de prospecção geofísica, cons

tando de alguns perfis sísmicos e de uma campanha de pro~

pecção mecânica constituida por sondagens de rotação,e de

ensaios, quer- "in situ" quer de laboratório.

Com base nos resultados obtidos procedeu-se

ao zonamento geotécnico do maciço, tendo em atenção o es

tado de alteração e fracturação, a velocidade de propaga

ção de ondas sísmicas longitudinais, o RQD, a resistência

à compressão uniaxial da rocha, o modulo dilatométrico do

maciço, e ainda a permeabilidade, o qual vai indicado no

QUADRO 7.14.

Após o zonamento geotécnico e a partir das

características atribuidas a cada uma da~ zonas, procede~

-se à sua classificação segundo os critérios propostos por

WICKHAM (1974), BIENIAWSKI (1979) e ROCHA (1976). O resul

tado obtido vai nos QUADROS 7.15, 7.16 e 7.17.

7.5 - Plano de Rega do Alentejo

Tunel de ligação entre a barragem de Alamos e a

barragem de Algueva

Com a finalidade de fazer a ligação entre as

albufeiras das barragens de Alqueva e Álamos, prevê-se a

QUADRO 7.14

TUNEL DO CASTELO DO BODE


VELOCIDADE HACIÇO RESISTENCIA A.

ALTERAÇÃO FRACTURAÇÃO RQD PROPAGAÇÁO CONPRESSÃO

ONDAS S1SMICAS Hódulo dila Permeabilidade UNIAXIAL

(W) (F) (%) (mIl')·tométrico (MPa)

(HPa) (11m x min)

ZGl W4

_5

F5 < 25 < 1500 < 2000 > 10 < 10

ZG2 WJ FJ

_4 50-75 1500-)000 2000-5000 5-10 10-)0

ZGJ Wl

_2

F2

_J 75-90 ) )000 ) 5000 > 5 > )0

I-'-.....J0'\

QUADRO 7.15


C1assificação segundo WICKHAM (1974)

ESTRUTURA CARACTERíSTICAS CARACTERíSTICAS SOMA DOS TIPO

GEOLOGICA GEO~TRICAS DAS FíSICAS DAS FRACTURAS DE

DO MACIÇO FRACTURAS E PERCOLAÇÃO DE AGUA PESOS SUPORTE

(A) (B) (C)(RSR)

Rochas metamórficas Maciço muito frac- Fracturas alteradasCaracteristicas brandas intensamen- turado com fractu- ou abertas; percol~

Hédioadoptadas te falhadas ou do- ras subverticais ção de água entre

bradas 900 e 4500 l/mino )6 a

ZG Pesado

Pesos i' 17 12

"aracteristicasRochas metamórficas Maciço moderadame~ Fracturas medianamen-

medianamente duras, te fracturado, com te alteradas; percol~

adoptadas moderadamente falha fracturas subverti ção de água inferior

das ou dobradas cais a 900 l/min 50 Hédio

ZG2

Pesos I) 22 15

Rochas metamórficas Maciço moderadame~ Fracturas medianamen-aracteristicas duras, pouco falha- te a pouco fractu- te alteradas; percol~

adoptadas das ou dobradas rado com fracturas ção de água inferior

subverticais a 900 l/mino69 Ligeiro

ZG)

Pesos 22 28 19 ,..."'I"'I

QUADRO 7.16



TENSÃO DE PERCENTZGEN ESPAÇAHENTO CARACTERISTICAS PERCOLAÇÃO ORIENTAÇÃO smlA DOS CLASSIFICAÇÃO TIPOROTURA E~l DE RECUPERAÇÃO DE FISICAS DAS DE DAS PESOS DOS DO ~IACIÇO

O~IPRESSÃO DE~IODIFICADA DIACLASES FRACTUltAs AGUA FRACTURAS PARANETROS ROCHOSO

UNIA.:UAL SUPORTE(NPa) RQD

or

Enchimento

< 5 mmVALOR )-10 < 25~~ < 5 cm Abertura <25 l/min/lOm Razoável

ADOPTADO 1-5 mm Muito

Continuas 17 VPesado

ZGl

peSOS 1 ) 5 6 7 - 5

Abertura

< 1 mm 2.5-125VALOR 10-25 50";-75% 5-)0 cm superfícies Razoável

ADOPTADO l/min/l0mrugosas e

brandas)6 IV Pesado

ZG2

PESOS ~ I) 10 12 4 - 5

AberturaVALOI! < 1 mm

ADOPTADO 25-50 75~~-90% )Ocm-lcm Superfícies 2.5-125 RazoávelMédio

rugosBs e l/nlin/l0m

duras60

aIII

ZG) Ligeiro

PESOS 4 17 20 20 4 - 5

....~

00

QUADRO 7.17



ESPAÇAMENTO SISTEHA RESISTENCIA PERCOLAÇÃO SOMA DOS CLASSIFICAÇÃO TIPÕ

DE DE AO DE PESOS DOS DO DE

FRACTURAS FRACTURAS CORTE AGUA PARA1-fETROS MACIÇO SUPORTE

(Pe) (Ps) (Pr) (Pp) o-m) ROCHOSO

Três f'ami1ias EnchimentosVALOR < 15 cm ~ = 200 erodiveise f'racturas

ADOPTAD(aleatórias pressão

1 Kg/cm21-fuito

ZGl 25 V Pesado

PESOS J 5 11 6

Enchimentos

VALOR o erodiveis10 cm Três f'ami1ias ~ = 30

t-Iédiopressão

ADOPTADO1 Kg/cm2 a

ZG2 45 IV Pesado

PESO 10 10 21 4

~ = 350

FracturasVALOR > 25 Cm Três Camilias nAo erodiveis t-Iédio

ADOPTADO Pressão

1 Kg/cm2 a

ZGJ 60 III Ligeiro

PESO 17 10 24 9

...."'-J\.O

180

execução de um tunel com cerca de 1 Km de comprimento e

um diâmetro de aproximadamente 4 m.

As formações interessadas são, na sua parte

inicia1, junto à a1bufeira de Â1amos, constituidas por r~

chas verdes do comp1exo crista1ofi1ino e no restante tra

çado por fi1ádios acinzentados a averme1hados.

As formações apresentam uma xistosidade de

atitude média N40ow;(J5 0 _500 )NE tendo sido determinadas

por estudo estatístico três famí1ias de diaclases de ati

tude:

N-S; Verte

N800 E; Verte

N40 o E; 65 0 NW

Visando o estudo do maciço rochoso às cotas

de atravessamento, previu-se na fase de estudo prévio a

execução de três sondagens ao 10ngo do traçado, acompanh~

das de ensaios de absorção do tipo "Lugeon" e de uma ga1~

ria junto ao emboquilhamento de jusante.

Apesar de nesta fase de estudos os e1ementos

disponíveis serem muito escassos, procurou zonar-se geote~

nicamente o maciço, tendo em conta não só os resu1tados ob

tidos com os traba1hos executados, mas igua1mente o conh~

cimento que se possui dê trabalhos de prospecção e ensaios

rea1izados em maciços idênticos.

Os parâmetros-base disponíveis e tidos em

conta para o zonamento geotécnico foram:

181

- Estado de alteração

- Fracturação

- Permeabilidade

Embora o tipo litológico do maciço não seja

especialmente adequado à utilização do índice RQD, visan

do a aplicação da classi~icação de BIENIAWSKI, ele ~oi es

timado. Igualmente se procedeu à estimativa do valor de

tensão de ruptura em compressão uniaxial do material rocha.

O QUADRO 7.18 mostra o zonamento geotécnico

adoptado e os QUADROS 7.19, 7.20 e 7.21 a· classi~icação

das di~erentes zonas geotécnicas segundo as classi~icações

propostas por WICKHAM (1974), BIENIAWSKI (1979) e ROCHA

(1976).

7.6 - Comparação entre as classi~icações utilizadas

A partir das classi~icações atribuidas às zo

nas geotécnicas dos cinco casos estudados, procurou obter

-se correlações entre as di~erentes classi~icações e tipos

de suporte.

Começou por comparar-se as classi~icações ob

tidas pelo método proposto por BIENIASWKI(RMR) com as ob

tidas pelo método de WICKHAM (RSR). A análise mostra que

existe uma boa correlação (FIG. 7.1) sendo esta de~inida

pela seguinte equação:

RSR = 0,699 RMR + 2),471

QUADRO 7.18

TUNEL DE LIGAÇÃO ÂLANOS-ALQUEVA


R . t" . li!esl.S enCl.a

_ _ * . . à compressãoAlteraçao Fracturaçao RQD Permeabl.ll.dade

unirocial

(w) (F) (%) (l/mxmin) (HPa)

ZGl W4 _5

F4 _5

20 > 10 < 25

ZG2 WJ FJ

40 2 - 10 25 a 50

ZGJ Wl F 2 _J

60 < 2 50 a 100

* Valor estimado

.,.:..o:>I.\J

QUADRO 7.19

TUNEL DE LIGAÇÃO ALAMOS-ALQUEVA

C1assi~icação segundo WICKHAM (1974)

TIPO UEPARAHETRO A PAIlMIETIlO B PARUIETRO C RSR

SUPORTE

Rocha metamórfica decom Espaçamento entre 1"rac Fracturas abertas e

Caracterfsticas posta e muito 1"ractura- turas 3 a 15cm, escava pequeno caudal

da ção contra a xistosida Pesadoadoptadas

de e inclinando 550

aZeil 34

HédioPesos 6 19 9

Ilocha metamórCica média Espaçamento (15 a 2Bch') Fracturas abertas e

Caracteristicas medianamente frac turada escavação contra a xis pequeno caudal

adoptadas tosidade e inclinando

55 050 Hédio

ZG2

Pesos I) 28 9

Ilocha metamórfica dura Espaçamento (28 a 5ltcm) Fracturas fechadas e

Caracterlsticas medianamente fractura- escavação contra a xis caudal nulo

adoptadas da tosidade e ine li l1a ndo

55 076 Ligeiro

ZG).

Peso" 15 36 25

1-'.CXlW

QUADRO 7.20

TUNEL DE LIGAÇÃO ÁLAMOS-ALQUEVA


TENSÃO DE ESPAÇAJIIENTO ABERTURA S01-IA CLASSE TIPOIRUPTURA EM ENTRE E

CONDIÇÕES DOS DO DECOMPRESSÃO RQD FRACTURAS ENCHHIENTO HIDROGEOLOGICAS AJUSTAMENTO PESOS P-IACIÇO SUPORTE

UNIAXIAL (mm)(MPa)

-VALOR < 2.5 < 2.5 < 60 .Zona Razo&vel P-Iuito

SecoADOPTADO esmagada Pesado

ZGl 20 V a

PESOS 2 , .5 O 1.5 - .5Pesado

VALOR Rugosas

ADOPTADO 2.5-.50 2.5-.50 60-200 paredes Húmido Razolive1 Médio am.a1terad

4.5 III PesadoZG2

PESOS 4 8 8 20 10 - .5

VALOR Rugosa

ADOPTADO .50-100 .50-7.5 200-600 Parede Seco Razoável Ligeirop.a1terad

ZG3 6.5 II a

PESOS 7 13 10P-Iédio

2.5 1.5 - .5

I-"CPoj::-

QUADRO 7.21

TUNEL DE LIGAÇÃO ALAMOS-ALQUEVA


ESPAÇAHENTO SISTE~I'\ IlESlSTENCIA I'EHCOLAÇÃO '>OHA DOS CLASSE TIPO

UAS UE AO UE PESOSUO DE

rnACTlIllAS rnACTlJnAS conTE AGUA ~IACIÇO SUPOHTE

(Pel (PsI (Prl (Pp) ~m

VALon < 6 cm T.-ês Cemi1iasEnchimentos Erodiveis

AUOI'TADO argilosas 1'=1 kg/cm 2 Huito

ZG1 25 IV pesado

a

PESO " 10 7 6 Pesado

Hugosas eVALOll 6-20 cm Trê" Cornl1ias paredes m.

Erod t '-e i s .,AUOPIAUO alteradas

p=2.5kg/cm~

ZG2 lO IV Pesado

PESO lO ln 20 J

VALOUnllgosas e

AUOPTAUO 20-60 cm Trê .. t"n'1\1110s paredes p. 111,permeável

alteradas7,(1 J 67 II ~Iédio

PESO 17 10 25 15

....CD\J1

RSR

186

100 NOVA RECTA (RSR = 0,699 RMR +23,471)

80

60

40

20

•

•

•

•

(RSR = 0,77 aMR + 12,4)

20 40 60 80 100 RMR

FIG. 7.1 - Comparação entre os valores de RMR e RSR

para os casos estudados e recta de RUTLEDGE

sendo o coeficiente de determinação de 0,8055 e o desvio

padrão da estimativa de 5,936.

Uma correlação deste tipo, não indicando no

entanto o autor qual o coeficiente de determinação, havia

já sido encontrada por RUTLEDGE (1978), baseada em exper!

ência pessoal de tuneis na Nova Zelandia. No entanto, a

recta obtida por este autor é definida pela equação (FIG.

7.1):

RSR = 0,77 RMR + 12,4

A análise da FIG. 7.1 mostra que apesar de di

ferentes, as duas rectas apresentam cer~as semelhanças:: e

pena é não se dispor do coeficiente de determinação obti

do por RUTLEDGE, para assim se ver qual a que melhor se

adapta.

Procurou-se a seguir obter correlações entre

as classificações de BIENIAWSKI e ROCHA para os casos es

tudados, tendo-se igualmente obtido uma recta de correla

ção com a seguinte equação:

MR = 0,947 RMR + 5,4)

com um coeficiente de determinação de 0,9225 e um desvio

padrão da estimativa de 4,742.

Uma correlação deste tipo que se pensa não

ter sido anteriormente tentada, mostra bem a boa correla-

ção entre as duas classificações.

Na FIG. 7.2 comparam-se as várias classifica

ções usadas e a sua análise sugere-nos:

- A classificação de WICKHAM é menos conservativa

para maciços de fraca qualidade, é idêntica,as

classificações de BIENIAWSKI e ROCHA para maciços

de média e boa qualidade, e mais conservativa,e~

bora com pouco significado, para maciços de mui-

to boa qualidade.

- As classificações propostas por BIENIAWSKI e RO-

CHA são idênticas, embora a de ROCHA seja menos

conservativa para maciços de qualidade muito fra

ca.

Procurou-se a seguir fazer uma outra compar~

ção, através dos tipos de suporte recomendados pelos três

autores, para as três zonas geotécnicas em que se dividi-

ram os maciços, e tendo como base o QUADRO 7.1.

a) Zona Geotécnica 1

Para as cinco secções classificadas, WICKHAM

considera necessário que o suporte a utilizar seja Médio

a Pesado, enquanto que BIENIAWSKI considera que em dois ca

sos deverá ser Muito Pesado e em três casos Pesado.Por sua

vez ROCHA considera que o suporte deverá ser Muito Pesado

nos cinco casos.

100

80

40

20

189

20 40 60 80 100 RMR

FIG. 7.2 - Comparação dos valores de RMR com RSR e MR

para os 15 casos estudados

190

b) Zona Geotécnica 2

Para esta zona WICKHAM considera que nos cin

co casos o suporte deverá ser Médio, BIENIAWSKI recomenda

em três situações suporte Médio a Pesado, em uma um supo~

te Médio e noutra um suporte Pesado, ROCHA considera que

em quatro secções o suporte recomendado é Pesado e numa

Médio a Pesado.

c) Zona Geotécnica 3

WICKHAM recomenda para as secções estudadas,

suporte Médio a Ligeiro em um dos casos e suporte Ligeiro

em quatro casos. Por sua vez BIENIAWSKI recomenda em qua

tro casos suporte Médio a Ligeiro e em um dos casos supo~

te Ligeiro. ROCHA considera que em dois casos o suporte

deverá ser Pesado a Médio, em dois casos deverá ser Médio

e no caso restante Médio a Ligeiro.

Essa análise levou à elaboração da FIG. 7.3

que justifica os seguintes comentários:

- As divisões propostas pelos diferentes autores

para as diferentes classes de maciços e os respe~

tivos suportes, leva a que as considerações qua~

to ao caracter conservativo relativa das classi

ficações sejam ligeiramente diferentes para as

três classificações e para as secções estudadas,

MUITO00+++++

PESADO

PESADO 000 ++++0

~ xxxxx 000+ ++E-4~O MEDIOo.. XXXXXo ++::Jrt.l

~Xoooo

Cl

rt.l LIGEIR xxxxo+Oo..HE-4

MUITO

LIGEIR

1 2 .3

ZONAS GEOT:E:CNICAS

FIG. 7.3 - Comparação dos suportes recomendados por

WICKHAM (x), BIENIAWSKI (o) e ROCHA (+)

para as secções estudadas

191

192

quer se considere os pesos ou os suportes.

Assim, para maciços de qualidade muito má a má,

os suportes propostos por ROCHA são os mais con

servativos, seguindo-se os de BIENIAWSKI que no

entanto em alguns casos são idênticos aos de RO

CHA. Os suportes propostos por WICKHAM são em to

dos os casos menos pesados.

Para maciços de qualidade média e boa os suportes

aconselhados pelos três autores aproximam-se ch~

gando a ser idênticos, no entanto os suportes

propostos por ROCHA são sempre mais conservativos

que os propostos por BIENIAWSKI que por sua vez

são mais conservativos que os propostos por WICK

HAM.

Para maciços de muito boa qualidade as classifi

cações ainda se deverão aproximar mais e como na

maior parte dos casos, nesses maciços não são ne

cessários suportes a comparação é irrelevante.

193

8 - CONSIDERAÇÕES FINAIS E CONCLUSÕES

Como balanço geral do que ~oi dito ao longo

do trabalho e de algumas das conclusões já apresentadas,

constata-se:

I - A grande importância da exist~ncia nas equipas

encarregadas do projecto de obras subterrâneas,

de especialistas em geologia de engenharia com

conhecimentos dos ~enomenos envolvidos.

2 - Que a elaboração de projectos de tuneis é tar~

~a di~ícil sendo isto bem patente pela multipl!

cidade de métodos de dimensionamento, o que r~

sulta essencialmente da de~iciente caracteriza

ção do maciço rochoso interessado.

J - A exist~ncia de grandes di~iculdades em obter

dados quantitativos relativamente a caracterí~

ticas geotécnicas dos maciços tais como o esta

do de tensão e a de~ormabilidade, para além

do ~acto de as técnicas de ensaio disponíveis

serem morosas e dispendiosas.

As limitações atrás enunciadas que originam

que, na maior parte das obras subterrâneas, com especial i~

cid~ncia nos tuneis, os valores para muitas das caracterís

ticas geotécnicas sejam estimados, e a classi~icação dos

maciços quanto à sua aptidão para tais obras, bem como o

dimensionamento dos suportes, sejam baseados em métodos em

piricos.

A diversidade de critérios dos diversos auto

res, o peso atribuido a cada uma das características con

sideradas, e ainda a subjectividade na estimativa dessas

características., leva a que se obtenham "diferentes" qua

lidades geotécnicas para os maciços, conforme o critério

com que estes são classificados.

No capítulo 7 procurou mostrar-se esse facto,

e apresentou-se uma tentativa de correlação entre três das

diferentes classificações mais utilizadas (WICKHAM, BIENIA

WSKI e ROCHA).

Para além de se ter verificado que de entre

aqueles três critérios de classificação uns são mais con

servativos que outros, a comparação da "qualidade" do ma

ciço calculada com base nesses critérios com a realidade,

feita através da observação directa do maciço, como ocor

reu no caso do Tunel do Castelo do Bode, mostra que os re

sultados das classificações são no geral mais conservati-

vos.

Este facto leva a admitir que os parâmetros

utilizados nas classificações já de si são conservativos,

o que poderá ser devido ao facto de serem baseados em obras

realizadas (casos históricos) e nestas, terem sido utili

zados suportes mais fortes que os necessários.

Uma outra explicação para o facto poderá ser

a má qualidade da amostragem do maciço (sondagens mal exe

195

cutadas, ensaios pouco representativos e observações de su

perfície extrapoladas para profundidade) que leva ao esta

belecimento de pesos conservativos.

Considera-se que o caminho a seguir dever'

ser o de classificar os maciços utilizando três ou quatro

critérios após o que se adoptará um resultado pela envol

vente das classificações.

Embora as técnicas da classificação geotécn!

ca de maciços apresentadas, e o método de dimensionamento

empirico de suportes, não seja ainda totalmente . aceite,

considera-se que é o meio mais adequado para a análise do

maciço, na fase de projecto, tendo em conta que na maior

parte dos casos, as disponibilidades de tempo e de verba

para a execução dos estudos são escassas.

Para além das desvantagens que estas classi

ficações possam apresentar, elas têm o mérito de serem ba

seadas em parâmetros geotécnicos de f'cil obtenção e per

mitirem ao projectista fazer um pré-dimensionamento de d!

ferentes secções do tunel, antes de se iniciar a escavação.

Cada vez mais se vem aceitando a filosofia de

considerar como suficiente, a nível de projecto de tuneis,

um pré-dimensionamento que permita estimar quais os tipos

de suportes a serem utilizados, quantificando-os, por fo~

ma a que o Empreiteiro se possa apetrechar com o equipame~

to e materiais adequados para a fase de obra e possibili

te ao Dono da Obra a comparação das diferentes propostas.

196

De notar, no entanto, que as classificações

pressupõem um zonamento geotécnico, que pela sua natureza

se refere a grandes volumes, podendo assim, dentro de ca

da zona, os parâmetros variarem rapidamente e numa escala

que não é, no geral, contemplada pelo estudo. Esta varia

ção das condições geo~ecânicas do maciço em pequenas dis

tâncias, vêm chamar à atenção para a necessidade de uma

continua observação do maciço durante a escavação, de mo

do a permitir ao projectista, uma igualmente continua adap

tação do projecto às condições reais encontradas.

197

BIBLIOGRAFIA

ATCHLEY,F.W. and DOBBS,R.O. (1960) - "Geological Investig~

tion of the Stanford Two-Mile Linear Accelerator

Site". Final Report, V.S. Atomic Energy Commission,

WASHINGTON.

BARROSO,MANUEL J.G. (1975) - Escavações em maciços rocho

sos. Curso de Promoção Profissional n Q 511, LNEC,

LISBOA.

BARTON,N. et al. (1974) - Engineering classification of

rock masses for the design of tunnel support. Rock

Mechanics, Vol. 6, pp. 189-236.

BIENIAWSKI,Z.T. (1979) - The Geomechanics classification

in rock engineering applications. Proc. 4th Int.Cong.

Rock Mechanics, ISRM, Vol. 2, pp. 41-48, MONTREUX.

CARVALHO,J.A. RODRIGUES (1981) - Site investigationj its

cost and benefit in Portugal. Thesis, University of

London.

COELHO,A.G. e SANTOS,J.L.T. (1985) - Novas técnicas de pro~

pecção geotécnica. Diagrafias instantâneas em son

dagens destrutivas. Geotecnia n Q 43, pp. 21-40,LI~

BOA.

198

COSTA PEREIRA,A.S. (1983) - Estudo geológico-geotécnico do

Reservatório Subterrâneo do Morro da Guia. Hidropr~

jecto, LISBOA.

COSTA PEREIRA,A.S. (1984) - A Geologia de Engenharia no

acompanhamento de obras subterrâneas. Universidade

Nova de Lisboa, LISBOA.

COSTA PEREIRA,A.S. (1984) - Estudo geológico-geotécnico do

Tunel de Be1iche-Gafa. Hidroprojecto, LISBOA.

CRUZ,A.A. et aI. (1984) - Comparation entre trois systémes

de c1assification géotechnique pour 1e projet d'une

ga1erie. Proc.Int.Symp. on Eng.Geol. and Underground

Construction, LISBOA.

CUNHA,A.PINTO t1982) - Métodos empiricos de dimensionamen

to de tuneis. Geotecnia n Q 34, pp. 47-66, LISBOA.

HOECK,E. and BRAY,J. (1974) - "Rock slope engineering".

Inst.Min. and Met., LONDON.

HOUGHTON,DONALD A. (1975) - The assessment of rock masses

and the role of rock qua1ity indices in engineering

geo1ogy with reference to tunne11ing in hard rocks.

LONDON.

HOULSBY,A.C. (1976) - Routine interpretation of the "Luge

on" water testo Q.J.Eng.Geo1ogy, Vo1. 9, pp. 303-313.

199

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA E GEOFíSICA (1975) - Ma

pa de ocorrência de Sismos, LISBOA.

ISRM (1975) - Recommendations on site investigation techni

ques. Final report, LISBOA.

ISRM (1977) - Suggested methods for the quantitative descriE

tion of discontinuities in rock masses. Committee

on fie1d tests, Doe. 4, LISBOA.

ISRM (1980) - Basic geotechnica1 description of rock masses.

Commision on c1assification of rocks and rock mas

ses, Doc.1, LISBOA.

ISRM (1981) - Report on the teaching of rock mechanics.Co~

mision on teaching of rock mechanics, LISBOA.

LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil) (1983) -De

senvo1vimentos recentes no domínio da mecânica das

rochas, LISBOA.

LONDON GEOLOGICAL SOCIETY (1977) - The description of rock

masses for engineering purposes. Geo1ogica1 Socie

ty engineering group working party. Q.J.Eng.Geo1og.,

Vo1. 10, pp. 355-388.

LUGEON,M. (1933) - Barrages et Geo1ogie, F. Rouge Cie SA.

LAUSANNE.

MENDES,F.MELO (1967-68) - Mecânica das Rochas, A.E.I.S.T.,

LISBOA.

200

MENDES,F.MELO (1980) - A teoria e a pratica em Mecânica das

Rochas. Reflexões sobre 20 anos de experiência pe~

soal (lª Parte). Geotecnia n Q 29, pp. 25-63,LISBOA.

MENDES,F.MELO (1983) - A teoria e a pratica em Mecânica das

Rochas. Reflexões sobre 20 anos de experiência pe~

soal (2ª Parte). Geotecnia n Q 30, pp. 3-59, LISBOA.

MENDES,F.MELO (1983) - O Tunel de S. Domingos-Morgavel e a

Geotecnia. Geotecnia n Q 37, pp. 103-116, LISBOA.

MENDES,F.MELO (1983) - Objectivos do projecto de tuneis em

rocha. Geotecnia n Q 38, pp. 45-79, LISBOA.

OJIMA,L.M. (1982) - Metodologia da Classificação de maciços

rochosos aplicável a tuneis. Síntese de teses de

pós-graduação nQ 1, Associação Brasileira de Geolo

gia de Engenharia, S. PAULO.

OLIVEIRA,R. (1973) - Curso de especialização em Geologia de

Engenharia. Curso de especialização do LNEC n Q 196,

LNEC, LISBOA.

OLIVEIRA,R. (1975) - Underground constrcutions - engineering

geological investigations and "in-situ" testing.

Mem. n Q 467, LNEC, LISBOA.

OLIVEIRA,R. (1980) - Introdução à Geologia de Engenharia.

Notas de Aula, UNL, LISBOA.

201

OLIVEIRA,R. et aI. (1984) ~ Engineering Geo1ogica1 studies

and design of Castelo do Bode Tunne1. Int.Symp. on

Eng.Geo1ogy and Underground Construction, Vo1. I,

pp. II68-II84~ LISBOA.

OLIVEIRA,R. (1985) - Relato em Simpósio sobre projectos

de tuneis, VALENCIA.

ROCHA,M. (1969) - New techniques for the determination of

the deformabi1ity and state of stress in rock mas

ses. Mem. nQ 328, LNEC, LISBOA.

ROCHA,M. (1970) - New techniques in deformabi1ity testing

of "in-situ" rock masses. Mem. n Q 368, LNEC ,LISBOA.

ROCHA,M. and da SILVA,J.N. (1970) - A new method for deter

mination of deformabi1ity in rock masses. Mem. n Q

361, LNEC, LISBOA.

ROCHA,M., da SILVEIRA,A., RODRIGUES,F.P., SILVtRIO,A. and

FERREIRA,A. (1970) - Characterization of the defor

mabi1ity of rock masses by di1atometer tests. Mem.

n Q 360, LNEC, LISBOA.

ROCHA,M. (1971) - Método para amostragem integral de maci

ços rochosos. Mem. n Q 374, LNEC, LISBOA.

ROCHA,M. (1973) - Mecânica das rochas, LNEC LISBOA.

202

ROCHA,M., SILVtRIO,A., PEDRO,J.O. and DELGADO,J.S. (1974)

_ A new deve10pment of the LNEC stress tensor gau

ge. Proc. Jrd Cong.lnt.Soc.Rock Mech., Vo1. 1-A,pp.

464-467, DENVER.

ROCHA,M. (1975) - Alguns problemas relativos a mecânica

das rochas dos materiais de baixa resistência. 5th

Panamerican Cong. o~ Soi1 Mech. and Foundation Eng.,

BUENOS AIRES.

ROCHA,M. (1976) - Estruturas Subterrâneas. Notas de Aula,

UNL, LISBOA.

RODRIGUES,J.D. (1975) - Alterabilidade de rochas em prob1~

mas de engenharia; aplicação ao caso português. Te

se, LNEC, LISBOA.

RODRIGUES,J.DELGADO (1978) - Alguns aspectos geológicos 1!

gados à alteração das rochas. seminário 222: Dete~

rioração e conservação de pedras em monumentos,

LNEC, LISBOA.

SERAFIM,J.L. e SEABRA,F. (1962) - Reconhecimento de maci

ços rochosos por sondagens, para o estudo das ~un

dações de barragens. Mem. n Q 189, LNEC, LISBOA.

SERAFIM,J.L. (1968) - In~luence o~ interstitial water on

rock masses. ln: Rock Mechanics in Engineering Pra

tice (Stagg,K.G. and Zienkiewicz,O.C~, eds.). John

Wiley & Sons, LONDON;

203

SERAFIM,J.L. (1972) - Influence of joint water in the sta

bility of structures in rock; drainage measures.

Proc. Symp. on Percolation Through Fissured Rocks,

pp. G4.l-G4.l7, STUTTGART.

SERAFIM,J.L. and PEREIRA,J.P. (1984) - Considerations on

the geomechanical classification of Bieniawski.

Proc. Int.Symp. of Eng.Geol. and Underground Cons

truction, Vol. I, pp. 1133-1142, LISBOA.

SOUSA,L.RIBEIRO (1984) - Observação do tunel do Castelo do

Bode. Caracterização geotécnica do maciço rochoso

e do estado de tensão "in situ". LNEC, Relatório

interno, LISBOA.

SZECHY,K. (1966) - The art oí' Tunnelling, BUDAPESTE.

U.S. BUREAU OF RECLAMATION (1968) - Construction geology

mapping in tunnel excavations. DENVER.

U.S. COSPS OF ENGINEERS (1978) - Tunnels and shafts in rock.

Engineer Manual n Q 1110-2-2901.

WAHLSTROM,E. (1973) - Tunnelling ~n rock. Elsevier, AMSTER

DAM.

WIKCHAM,G.E. et aI. (1972) - Support determintations based

on Geologic predictions. Proc. 1st N.American rapid

exeavation and tunnelling conference,AlME, NOVA YORK.

VALLEJO,L.1.G. (1984) - A new rock c1assification system

for underground assessment using surface data,lnt.

Symp. in Eng.Geo1. and Underground Construction,

Vo1. I, pp. 1185-1194, LISBOA.

205

AGRADECIMENTO

Ao Dr. Ricardo Alberto Matos Oliveira orienta

dor desta dissertação, pelas criticas construtivas que mui

to contribuiram para o seu conteudo.

A Maria da Piedade Santos Fernandes que com a

sua paciência e atenção se encarregou da dactilografia.

A todos quantos com o seu apoio, e discussão

de alguns temas concorreram para a elaboração deste traba

lho.

Lisboa, Julho de 1985

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