Apostila Mecanica Das Rochas

CAPITULO 1 - INTRODUÇÃO A MECÂNICA DAS ROCHAS Introdução: Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregadosde matéria mineral ou minérios, que se apresentam em grandes massas ou fragmentos. As principais propriedades que distinguem uma rocha de um solo são a coesão interna e a resistência a tração. A coesão interna é a força que liga as partículas umas as outras (ligação entre os átomos). Este valor difere da coesão aparente, que é resultante do atrito entre as partículas quando submetidas às forças de cisalhamento. Exemplo de coesão nula é a areia, mas pode apresentar coesão aparente de 4,34 kg/cm². A resistência a tração pode ser nula num solo. Mas entre o solo e a rocha pode existir uma tração uniaxial de 1MPa. A rocha, como o solo, é um material bastante distinto de outros materiais da engenharia, por isso os projetos em rochas são bastante especiais. A mecânica das rochas se desenvolveu mais lentamente que a mecânica dos solos, pelo simples fato de a rocha ser considerada mais competente que o solo e gerar menor número de problemas com fundações ou estruturas. A mecânica, de uma forma geral, estuda a resposta de um material a uma solicitação qualquer. A mecânica das rochas tem como finalidade estudar as propriedades e o comportamento dos maciços rochosos submetidos a tensões ou variações das suas condições iniciais. Histórico: Desde a pré-história, as rochas e os maciços rochosos vêm sendo utilizados pelo homem para a fabricação de ferramentas, casas, fortificações e até mesmo túneis. Os templos e as pirâmides do Egito, como por exemplo, a Pirâmide de Queôps, construída com mais de dois milhões de blocos de calcário há 4700 anos. As principais barragens do Egito e do Iraque, que datam de 2900 A.C., são testemunhos das refinadas técnicas de seleção, corte e trabalho empregadas pelos homens na antiguidade. Apesar das centenas de anos de experiência, foi somente nestas últimas décadas que a mecânica de rochas passou a ser reconhecida como uma disciplina regular dos programas de engenharia, a partir de 1960. O anel interno deste diagrama representa o estudo de casos individuais, tais como a implantação no maciço rochoso de fundações, poços, furos de sondagem, cavernas e taludes. Campo de Aplicação: As rochas são utilizadas pelo homem para fabricação de armas, ferramentas e utensílios. Este material é muito usado para construção de casas, túneis, fortificações, esculturas entre outros. As áreas de atuação são classificadas como: i) Atividades de superfície (<100m): fundações, barragens, estradas e minas à céu aberto. ii) Atividades em profundidade (>100m): minas subterrâneas, túneis, cavernas hidrelétricas, aproveitamento de energia geotérmica. iii) Atividades especiais: engenharia do petróleo, engenharia geotécnica, armazenamentos em cavernas(petróleo, água, resíduos radioativos, etc.). Os projetos de engenharia de rochas podem ser agrupados em sete categorias: (a) fundações: as rochas são um excelente material de fundação, mas podem ser fraturados e alterados. É necessário estabelecer a competência da rocha em relação a sua capacidade de suportar a carga para níveis toleráveis de deformação. (b) taludes: a mecânica das rochas pode identificar o risco de ruptura do talude rochoso, seja por tombamento, flexão, em cunha ou em plano; (c) túneis e poços: a estabilidade de túneis e poços depende da estrutura da rocha, estado de tensões, regime de fluxo subterrâneo e técnica de construção; (d) cavernas: o projeto de construção de grandes cavernas é influenciado pela presença e distribuição das fraturas do maciço rochoso; (e) mineração: a mecânica das rochas influi sobre os métodos de mineração, com a finalidade de se obter uma 1 maior extração de minério, utilizando-se um mínimo de suporte artificial das galerias; (f) energia geotérmica: a produção de energia geotérmica é obtida pela percolação de água, injetada no furo, através das fraturas da rocha-reservatório naturalmente aquecida e a posterior recuperação por outro furo de sondagem. Este sistema depende da interação entre as fraturas do maciço, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo; (g) armazenamento de rejeitos radioativos: o isolamento dos materiais radioativos em relação à biosfera requer o estudo das fraturas do maciço, capacidade de absorção das superfícies das fraturas, tensões in situ, condições de fluxo, temperatura e tempo. Figura 1: representação gráfica de projetos de mecânica da rochas CAPITULO 2 – DEFINIÇÕES E PROPRIEDADES Em função das características dos materiais, a análise do comportamento rochoso é geralmente complexa, exigindo o estudo das propriedades físicas e mecânicas das rochas. Rochas: são todos os materiais geológicos sólidos consolidados, constituídos por minerais, e que se apresentam em grande massa ou em fragmentos. Apresenta descontinuidade à escala ultramicroscópica da ordem de 10-8 mm (em nível de átomos e redes cristalinas), microscópica da ordem de mm (por ex: microfissuras, microdobras, união entre os grãos, etc.) e macroscópica da ordem de mm-cm (amostra de mão), tais como: estratificação, xistosidade, dobras fraturas, etc. Rocha intacta: é a porção da massa rochosa, livre de descontinuidades, sobre a qual se verificam propriedades de resistência mecânica do material rochoso. 2 Rocha frágil: é aquela que apresenta ruptura frágil. Esta é definida a partir do ponto em que a capacidade de resistir às cargas diminui simultaneamente com aumentos de deformação. Rocha dúctil: um material é dito dúctil quando ele pode apresentar deformações permanentes sem perder sua capacidade de resistência. Coesão: refere-se à força que une as partículas das rochas. Rochas coerentes: gnaisses, granitos e basaltos (não decompostos). Rochas incoerentes: terra e areia. Dureza: é a resistência oferecida pela rocha à penetração de uma ferramenta mineira. Elasticidade: é a mudança de forma ou volume de uma rocha, quando submetida a forças externas, retornando, em seguida, às condições iniciais, quando retiradas as forças que causaram a deformação. Plasticidade: é a propriedade que tem a rocha de tomar qualquer forma, quando submetida a forças externas, e conservar esta forma, mesmo depois de removida a causa da deformação. densidade da rocha intacta: é a massa por unidade de volume da rocha, expressa em g/cm3, t/m3 etc. Obs.: - as rochas de baixa densidade se deformam e rompem com facilidade, requerendo um fator de energia relativamente baixo. M EXEMPLOS: GNAISSE: 2,9 T/M3 D = 3 V GRANITO: 2,7 T/M QUARTZITO: 2,6 T/M3 As rochas densas precisam de uma maior quantidade de energia para obter uma fragmentação satisfatória. Resistência das rochas: as resistências estáticas à compressão e à tração como parâmetros indicativos da aptidão da rocha ao desmonte. Porosidade: é a razão entre o volume interno do espaço aberto (poros, interstícios ou vazios) e o volume total da rocha, isto é: Obs.: a porosidade provoca os seguintes efeitos nos desmonte de rochas: • Atenuação da onda de choque; • Redução da resistência dinâmica à compressão e, conseqüentemente, incremento da trituração e percentagem de finos. Porosidade = Vp (Vp + Vg ) SENDO: VP= VOLUME DOS POROS; VG= VOLUME DOS GRÃOS. Módulo de Young: é a relação entre a tensão (ρ ) e a deformação (ε ) sofrida pela rocha, isto é: sendo a deformação uma relação entre dimensões ou entre ângulos, entende-se que é uma quantidade adimensional. O módulo de Young, também é conhecido como módulo de elasticidade; como nas rochas nem sempre se observa o comportamento elástico, tem sido uma tendência da designação o módulo de deformação para esta E = σ ε ε = ∆L L ε = ∆θ ϑ propriedade. Coeficiente de Poisson: é a relação entre a deformação lateral (ε t) e a deformação longitudinal (ε l), sofrida pela rocha, isto é: ν = εT εL CHAMA-SE N° DE POISSON (M) AO INVERSO DO COEFICIENTE DE POISSON: m = 1 ν Tensão: é uma grandeza física derivada de outra grandeza, a força. Não podem ser medidas diretamente, mas estimadas pelos seus efeitos, a deformação. O termo tensão envolve dois conceitos: tensão em um plano e tensão em um ponto. O primeiro é matematicamente definido como o quociente entre força (grandeza vetorial) e área (grandeza escalar). A componente paralela ao plano de cisalhamento, enquanto a normal ou σ = F/A aplicação da força é denominada de tensão de perpendicular, tensão de distensão ou de 3 Nessa acepção. • Rocha branda ou alterada (1. e sua complexidade resulta da evolução geológica a que foram submetidos. O estado de tensão regional é empregado para caracterizar o estado de tensão em um domínio geológico relativamente amplo enquanto a tensão local refere-se a um domínio geológico mais restrito às obras de engenharia. De qualquer maneira é a escala da porção do maciço analisada em um estudo qualquer que se define a condição do meio. orientação. volume e/ou posição. módulo de elasticidade e forma de ruptura. Isotropia ou anisotropia: relativas à constância ou à variação de suas propriedades mecânicas de acordo com a direção dos grãos minerais ou a história de tensão. da descontinuidade e dos maciços rochosos que se encontram entre um máximo e um mínimo. no volume considerado. Depreende-se daí. ou seja. A definição de propriedades de resistência e deformabilidade dos maciços é um problema mesmo com a existência de ensaios in situ e complexa a caracterização do maciço rochoso devido ao seu alto custo e execução.0 e 20 mp) Quanto ao maciço. Para se ter uma noção de grandeza da resistência veja a resistência dos seguintes materiais: • Rocha dura ou intacta (20 a 300 mp). podemos dizer que a sua resistência é uma função da resistência da rocha intacta. por exemplo. todas as suas descontinuidades. Homogeneidade ou heterogeneidade: das rochas e dos maciços está relacionadas à constância ou a variação espacial de suas propriedades mecânicas no volume considerado. devido à aplicação de forças tectônicas ou forças atectônicas (principalmente as gravitacionais). delimitados pelas descontinuidades do maciço rochoso. resistência mecânica. Em síntese. planos de acamamento. Maciço rochoso: a concepção de maciço rochoso confunde-se com a própria definição de rocha: é o material sólido da crosta. xistosidades e falhas. É um material constituído de rocha intacta e fraturas que o compartimentam. ao estado de alteração. Resistência de um material é a capacidade de absorver a tensão sem sofrer deformação (ruptura. fundamentalmente. A tensão residual é por vezes utilizado para qualificar o estado de tensão remanescente no maciço rochoso ao término do mecanismo que lhe deu origem. que o material rochoso inclui como propriedades físicas e mecânicas a densidade. absorção de água e do lençol freático. em qualquer plano contendo o ponto considerado. tais como: sistemas de juntas. A unidade normalmente utilizada para a tensão é o Mpa. a característica geotécnica do maciço é a caracterização e descrição geotécnica das fraturas. Portanto. como nos ensaios de laboratório). à coerência e às descontinuidades. As características que traduzem a qualidade dos meios rochosos associam-se. à litologia. pode-se dizer que os maciços rochosos são essencialmente heterogêneos. porosidade. além do tipo litológico. coesão.compressão. A tensão induzida decorre de perturbações das rochas causadas pelo homem. anisotrópicos e descontínuos. dureza. é uma grandeza (tensorial) que permite a descrição do vetor tensão. etc). Material rochoso: é o material constituinte dos blocos de rocha. dependendo do seu sentido. A tensão natural que ocorre nas rochas é o resultado de uma complexa interação entre as ações de esforços gravitacionais (peso das camadas sobrejacentes). o maciço rochoso ou massa rochosa inclui. variação de energia térmica e processos físico-químicos (recristalização de minerais. Deformação: são os movimentos de massas rochosas que causam mudança de forma. A tensão em um ponto é também denominada estado de tensão ou simplesmente tensão. esforços tectônicos (atuação de placas litosféricas). conforme ilustra a figura 2. é o estado de tensão decorrente da redistribuição de tensões preexistentes devido à perturbação dos maciços com a implantação de obras de engenharia. 4 . Solo ou alteração: Quando a resistência uniaxial à compressão do material é menor do que 1 mpa. Este é o termo coletivo para a maioria dos tipos de diáclases. Rochas brandas: São rochas que apresentam resistência uniaxial à compressão de 25 – 50 mpa. 5 . planos de fraqueza da xistosidade. que apresenta baixa ou nenhuma resistência à tração. Resistência á compressão simples: pode ser definida como sendo a resistência oferecida por uma amostra do material rochoso a um esforço de compressão uniaxial aplicado. zonas de alteração ou de falhas.Figura 2: Escala do maciço CAPITULO 3 . A figura ilustra estas definições através da representação físico-simbólica do efeito escala. juntas.DESCONTINUIDADES Descontinuidades: Segundo a Associação Internacional de Mecânica de Rochas (ISRM). é o termo geral para qualquer descontinuidade mecânica. Figura 3:Efeito escala no maciço rochoso Rochas duras: São rochas que apresentam resistência uniaxial à compressão de 100 – 250 mpa. em um maciço rochoso. planos de fraqueza do acamamento. Quando se deforma muito. profundamente afetada pela orientação e dimensão da superfície rochosa. que pode ser uma sondagem ou uma linha de levantamento sistemático de descontinuidades em afloramentos. Com o intuito de padronizar o levantamento das descontinuidades a ISRM (1978) publicou uma sugestão de método para descrição de descontinuidades de maciços rochosos. São utilizados 10 parâmetros: 1) Orientação: É a atitude da descontinuidade no espaço. faz com a direção norte. O espaçamento entre descontinuidades adjacentes controla o tamanho dos blocos individuais de rocha intacta. podendo ser descrita pela direção do mergulho (azimute) e o mergulho da reta de maior declividade do plano da descontinuidade. Descrição espaçamento Extremamente próximos < 20mm Muito próximos 20 .60mm Extremamente espaçados > 6000mm É obtido por meio de medidas efetuadas ao longo de uma direção determinada. Descontinuidades com espaçamentos maiores fazem que o maciço tenha baixa coesão. O espaçamento tem grande influência na permeabilidade do maciço e nas características de percolação. A persistência ou continuidade de uma fratura é um parâmetro ligado ao tamanho e à forma geométrica da estrutura e. O mergulho é o ângulo de inclinação do plano com o plano horizontal. 2) Espaçamento: É considerado como a distância perpendicular entre dois planos consecutivos de descontinuidades pertencentes a uma mesma família representando o espaçamento médio de uma família de juntas. Descrição das descontinuidades: As descontinuidades desempenham um importante papel no comportamento dos maciços rochosos. a inclinação do plano. Golpes de terreno : são estouros de rocha em locais submetidos a altas concentrações de tensão. perde a capacidade de absorver tensão. Rocha muito rígida possui pequena capacidade de deformação. 3) Persistência: É a extensão do traço de uma descontinuidade como observado em um afloramento. perpendicular à direção. por isso. Figura 4: Orientação de uma descontinuidade A orientação controla as possibilidades de condições de instabilidade e um número de deformações excessivas. ou seja. A reta do mergulho é a reta de máxima inclinação no plano. repentina e violenta ocasiona golpes de terreno. com o plano horizontal. 6 . A direção é definida pelo ângulo que a intersecção do plano da descontinuidade.Rocha de alta rigidez: elevada resistência absorve alto nível de tensão e pequena deformação. Ruptura normalmente súbita. A posição ocupada no espaço por uma estrutura geológica planar é definida pela sua direção e pelo ângulo de mergulho. Rocha pouco rígida: possui capacidade de absorver alto nível de tensões sem se deformar muito e reduzir a ruptura excessiva e mais lenta. 2. em função da persistência dos sistemas de descontinuidades. Em geral. teremos uma importante componente da resistência ao cisalhamento.20m >20m Uma descontinuidade cujas extremidades não se encontram nos afloramentos é denominada persistente.5. No geral. que separa suas paredes. A abertura atual de uma junta. as irregularidades no plano de uma descontinuidade se manifestam na escala da ordem de alguns metros.1mm 0. Figura 5: Persistência em diferentes blocos 4) Rugosidade: É a medida das irregularidades do relevo com relação ao plano médio da descontinuidade. quando são identificadas como rugosidade ou aspereza. 6) Abertura: É a distância perpendicular entre as paredes adjacentes de uma descontinuidade.1. As juntas mais recentes sempre apresentam a tendência ou de se originar a partir de outra superfície mais antiga. também. Ondulações em grande escala podem modificar o mergulho local. cujo espaço intermediário é preenchido por água ou ar. Abertura < 0. distinguindose nesse aspecto eventuais preenchimentos ou mineralizações que podem ocupar o plano da descontinuidade.descrição muito baixa baixa média alta muito alta persistência <1m 1. Irregularidades em grande escala são chamadas de ondulações. vazio ou preenchido por água. A figura ilustra aspectos da formação de blocos. 5) Resistência das paredes: Refere-se à resistência a compressão das paredes adjacentes a uma descontinuidade. são necessárias ao menos três famílias sistemáticas de juntas. quando são caracterizadas como ondulações.25mm 0. para a formação de blocos rochosos bem definidos. O grau de alteração próximo a superfície das fraturas afetam a resistência da mesma e se as paredes estão em contato.3m 3 –10m 10.5mm >1m descrição muito fechadas fechadas abertas cavernosas A abertura das descontinuidades é importante no estudo da percolação de água no interior dos maciços rochosos e caracteriza-se como o espaço. pela sua ordem de aparecimento em uma seqüência de eventos de fraturamento. todavia. A rugosidade e ondulação contribuem para a resistência ao cisalhamento.0. Esta resistência deve ser menor que a da rocha intacta devido à alteração das paredes proporcionada pela presença das descontinuidades. que pode 7 . ou de se interromper nelas. A persistência de uma fratura é condicionada. não coincide necessariamente com sua abertura original. razoavelmente contínuas. ou em dimensões milimétrica a centimétrica. ter sido modificada em estágios posteriores á sua formação. argila. silte. O maciço rochoso pode conter também descontinuidades individuais. a resistência. Figura 7: Descontinuidades Abertas Figura 6: Superfícies de preenchimento 7) Preenchimento: É o material que separa as paredes de uma descontinuidade e que usualmente é mais fraco que a rocha que lhe deu origem. a deformabilidade e a permeabilidade do material que preenche o maciço rochoso. por exemplo: quartzo e veios de calcita. Onde as paredes opostas não se tocam e o preenchimento ocupa todo o espaço vazio entre as mesmas. 8) Percolação: Fluxo de água e umidade livre. como ocorre no processo de erosão ou de soerguimento dos maciços quando a fratura é trazida a níveis mais rasos. Também inclui minerais secundários e descontinuidade seladas. podem modificar ou controlar completamente a resistência ao cisalhamento. brecha e milonito. Os preenchimentos são importantes porque. dependendo de sua espessura. Os materiais típicos de preenchimento são: areia.visíveis em descontinuidades individuais ou no maciço rochoso como um todo. A percolação de água no maciço rochoso resulta principalmente do fluxo através de descontinuidades. 9) Número de Famílias: É a quantidade de famílias que compõem um sistema de juntas. 8 . Descontinuidades individuais podem influenciar o tamanho e a forma dos blocos. 3) Prover uma base para compreensão das características de cada maciço rochoso. 5) Obter dados quantitativos e orientações para o projeto. 2) Dividir uma formação rochosa particular em zonas de comportamento similar. quando são disponíveis poucas informações detalhadas sobre o maciço rochoso. 4) Relatar experiência das condições de um maciço em um local com experiência encontrada em outros. As classificações podem ser vistas como um checklist para assegurar que todas as informações relevantes vão ser consideradas. o uso das classificações geomecânicas pode ser considerado benéfico. além de prover estimativas de propriedades de resistência e deformabilidade para o maciço rochoso. Tabular: uma das dimensões consideravelmente maior que as outras duas. para dar uma visão do tamanho do bloco e forma. Compacto: poucas juntas ou com espaçamentos muito grandes. Os principais objetivos dos sistemas de classificação são: 1) Identificar os principais parâmetros que influenciam o comportamento do maciço rochosos. 6) Prover uma base comum para comunicação entre diversas áreas. Irregular: variação grande de tamanho e forma dos blocos. Os maciços rochosos podem ser descritos pelos seguintes adjetivos. CAPÍTULO 4 – CLASSIFICAÇÃO DOS MACIÇOS ROCHOSOS Introdução: Durante as fases de estudo de viabilidade e projeto preliminar de uma obra. as classificações podem ser usadas para elaborar uma visão da composição e características do maciço e prover estimativas iniciais do suporte de escavações. De forma geral.10) Tamanho de Blocos: São as dimensões dos blocos de rocha que resultam da orientação das famílias de juntas que se interceptam e do espaçamento das famílias individuais. Fragmentado: densamente diaclasado até a forma de pequenos cubos. uma classificação geomecânica consiste em dar notas às diversas características do maciço. seu estado de tensões e características hidrológicas. Figura 8: Maciços rochosos e diáclases 9 . Em blocos: aproximadamente equidimensionais. Por outro lado. a rocha é isenta de descontinuidades a escala megascópica e regional. folhelhos. impostas pelas obras que se desenvolve no maciço.ROCHA INTACTA Classificação: Nesta classificação. devido às fraquezas existentes e que tem um papel desfavorável. após exaustivo estudo das suas propriedades mecânicas. pelas águas de infiltração e ou que percolam pelo seu interior.CAPITULO 5 . as solicitações. devido à dissolução da rocha. como calcários. que o material ensaiado em um pequeno corpo de prova. Uma das classificações geológicas apresentadas. Há então. a anisotropia será muito desenvolvida. que agrupou as rochas mais comuns em sete tipos litológicos. quando se pretende aplicar os dados laboratoriais de resistência compressão. gesso e sal gema. 1966 10 . A rocha ígnea possuirá anisotropia pouco marcante. apenas existente em pequenas direções e resultante da orientação dos cristais. como por exemplo. fraturas e outras descontinuidades estruturais. deve-se associar logo a existência de cavidades no interior do maciço. foi a de Handin (1966). Em se tratando de rochas sedimentares. Tabela 1: Classificação por Hadin. A classificação geotécnica diz respeito resistência compressão simples e uma idéia da possível resposta mecânica da rocha. filitos ou xistos. tais como. que ser cuidadoso. Se a classificação for basicamente geológica dará uma idéia do material com que esta lidando. Isto significa que os valores adquiridos nesses ensaios laboratoriais. porque a sua aplicação poderá levar a um fator de segurança relativamente alto. Nunca deve ser esquecido. o maciço apresentará um fator de segurança que poderá estar próximo da rotura. devido pequena escala dos corpos de prova. raras vezes estão representadas nessas pequenas amostras. zonas de alteração. não é representativo do maciço. A rocha metamórfica. regra geral. quando na realidade. As zonas de fraqueza do maciço. Tabela 1. são bem maiores que os do maciço onde a rocha foi colhida. doleritos. arenitos de resistência média. Esta classificação é útil quando se classificam as rochas para perfuração. Na classe c. gabros. • Viscosas: se as rochas apresentarem fluência a 50% da resistência a compressão simples. calcários e rochas metamórficas com xistosidade bem evidenciada como xistos cloríticos.O sistema de classificação que tem maior importância é aquele que baseado em valores numéricos. os autores classificaram a rocha em: • Frágil: se a rotura é repentina. Tabela 2: Classificação Deere e Miller. explosões subterrâneas ou fragmentação em pequena escala e em rochas maciças sem fraturas. pode-se destacar a classificação de Deere e Miller (1966) que foi aceito mais ou menos bem universalmente e faz parte da Tabela 2. britagem. diabásico. gesso e potássio). alguns arenitos muito resistentes. Dividiram a rocha em três categorias: branda (<35 mpa). na classe_d. resistente (35 a 173 mpa) e muito resistente (>173 mpa). calcários e dolomitos. A classificação apresentada é determinada em amostras com uma razão altura/diâmetro maior que 2. rochas salinas ( sal gema. rochas metamórficas muito resistentes. Na classe b. Quanto deformabilidade e antes da rotura classificaram as rochas como: • Elásticas: se não apresentarem fluência a 50% da sua resistência a compressão simples. se incluem os argilitos. giz e rochas alteradas. Entre esses autores. 1966 11 . se incluem as rochas ígneas de grão grosseiro (granitos e granodioritos). basaltos densos e rochas ígneas de grão fino. micáceos ou talcosos. folhelhos argilosos. se incluem os carvões e siltitos. Quanto a rotura. se incluem os quartzitos. Na classe a. se incluem a maior parte dos folhelhos. na classe e. Vários autores apresentaram outras classificações baseadas na resistência compressão simples. • Plásticas: se a rotura é por fluxo (25% da deformação total é permanente antes da rotura). Coates e Parsons (1966) classificaram a rocha intacta baseados na resistência compressão e parâmetros de deformabilidade. • Ação de escavações mecânicas. • Ação erosiva do vento e da água . do tipo dissolução.rocha exposta a altas temperaturas durante o dia sofre expansão térmica podendo gerar aumento significativo de tensões que eventualmente produzem o fraturamento. os maciços rochosos expostos a desplacamentos resultantes da percolação de água através das juntas.no rio de janeiro. redução. • Grau de agressividade da água. oxidação. • Insolação . O intemperismo será exemplificado em dois tipos: i) intemperismo físico: Envolve alterações mecânicas e ruptura da rocha e pode se manifestar através das seguintes ações: • Alivio de tensões no maciço rochoso .influência dos minerais expansivos (argilas) da rocha. • Ciclos de umedecimento / secagem . e a uma redução da resistência da rocha. químicas e biológica. ii) intemperismo quimico: Envolve vários processos químicos. • Tempo. O processo de intemperismo leva a alterações físicas. lixiviação. hidratação e troca de íons. Estes processos dependem de: • Facilidade de acesso da água e ar no material rochoso. que atuam sobre os minerais constituintes das rochas. b) condições térmicas.a redução das tensões pode gerar: o fraturamento do maciço. • Reatividade do maciço rochoso em relação à água. A amplitude do intemperismo depende dos seguintes aspectos: a) natureza da rocha matriz (mineralogia). por exemplo.CAPITULO 6 . c) tempo de ação do processo. 12 .INTEMPERISMO Grau de intemperismo das rochas: É a alteração da superfície rochosa como resultado da reação de gases atmosféricos e soluções aquosas. físicas e químicas. Figura 9:Processo de intemperismo 13 . 14 .gnaísse. os granitos. piroxênio e anfibólios. reproduzir novamente o material original sedimentar. porém apresenta uma resistência de solo denso. No Brasil. Exemplos de alterabilidade dos vários tipos de rochas: i) rochas ígneas e metamórficas: Os minerais apresentam diferentes graus de resistência ao intemperismo. Mg e Sílica livre. Observa-se. em função do grau de alteração. platina e diamante. medida de porosidade e resistência das diversas zonas (camadas) do perfil. A rocha intemperizada se transforma em saprólito cujo aspecto se assemelha ao da rocha mãe. Estes minerais têm maior tendência à alteração. K. podendo. Apresenta-se. os quais são lixiviados da região de intemperizaçao restando. onde são observadas as diversas zonas intemperizadas e sãs do maciço. por exemplo. portanto. são menos suscetíveis ao intemperismo que os basaltos. Os doleritos apresentam altos teores de olivina. areia ou argila. ouro. tornam-se instáveis quando expostos à superfície. Os solos residuais do Rio de Janeiro. o processo de intemperização destas rochas graníticas se inicia através da entrada de água pelas fraturas do maciço rochoso. formados em altas temperaturas ou altas pressões. que a alteração dos maciços rochosos é conseqüência da ação conjunta de processos de intemperismos físico e químico. podendo originar depósitos com valor econômico. os solos residuais maduros e jovens constituem uma ocorrência muito comum. menos resistentes à alteração. como o quartzo. Na engenharia. são transportados e sedimentam-se. provém do intemperismo de granitos . Os feldspatos e outros minerais menos resistentes são atacados formando sais solúveis de Na. A figura apresenta esquematicamente um perfil de alteração de rocha. Fe. Em geral. ii) rochas sedimentares: Os arenitos e os argilitos sofrem o intemperismo principalmente nos materiais cimentantes e de simples preenchimento de poros. Aqueles relativamente estáveis.Alterabilidade: Os minerais constituintes de rochas ígneas e metamórficas. portanto. a ordem crescente dos minerais presentes ao intemperismo: Feldspato ca (olivinas) → feldspato na (piroxênios) → anfibólios → mica biotita → mica muscovita → quartzo Por exemplo. têm alto teor de quartzo. isto é. as argilas e o quartzo. a seguir. o grau de intemperismo do maciço pode ser identificado e caracterizado através da análise da alteração mineral. Figura 10:Diagrama de alteração do maciço rochoso Tabela 3: Perfis de alteração propostos por diversos autores 15 . Tabela 4: perfil de intemperismo de rochas ígneas e metamórficas 16 . Propriedades - índice das rochas: A determinação das propriedades físicas é importante para a caracterização da rocha e representa uma grande compreensão do comportamento geotécnico do material. Algumas propriedades físicas podem ser usadas para descrever a rocha quantitativamente. Estas refletem na estrutura, composição, fábrica e comportamento mecânico, e estão descritas abaixo: • Densidade • Porosidade • Teor de umidade • Velocidade de propagação do som • Permeabilidade • Durabilidade • Resistência Nas aplicações que envolvem escavações superficiais ou subterrâneas, são necessárias informações adicionais sobre o sistema de descontinuidade tanto ou mais que a natureza da rocha propriamente dita. A rocha, de modo similar ao solo, é composta por três fases: • Minerais sólidos; • Água e/ou ar; • Poros. Tabela 5: Descrição quantitativa de descontinuidades 17 Tabela 6: Classificação geotécnica de alteração de rochas. 18 CAPITULO 7 - ESTABILIDADE DE TALUDES Introdução: Em obras como estradas, fundações e barragens em rocha, há necessidade de se estimar o grau de estabilidade dos taludes de rocha naturais e construídos pelo home. Um talude é uma superfície de fronteira entre o ar e a rocha, vertical ou inclinada, ou o corpo de uma obra de terra, como uma barragem ou um aterro. O conceito estabilidade de um talude é indeterminado, já que taludes feitos sobre ou de rochas ou solos não fornecem garantia de estabilidade por muitos anos. Condições climáticas, hidrológicas e tectônicas, atividades humanas na área imediata ou adjacente a estrutura, escavações subterrâneas ou obras de terra podem trazer, anos mais tarde, mudanças que afetam a estabilidade dos taludes naturais e escavados pelo homem. Não se pode desprezar a possibilidade de a rocha ou o solo tornar-se saturado por água ao longo do tempo. As condições de estabilidade, exigidas para os taludes da mineração, diferem daquelas de outros aludes de obras civis, basicamente, pela dinâmica da escavação, pelo porte dos mesmos, atingindo alturas de centenas de metros e extensão de quilômetros e, ainda, pelas condições peculiares da mineração, tais como fatores de segurança menores, aceitação de rupturas localizadas, convivência com vibrações causadas por desmonte por explosivos, rebaixamento do nível d’água buscando taludes mais íngremes, possibilidade de experimentação de ângulos de talude à medida do avanço da lavra, etc. Por outro lado, há também aspectos típicos de mineração que dificultam os estudos como, por exemplo, o fato de sempre se dispor de informações do corpo do minério. Enquanto que das encaixantes, representando o estéril que será cortado pelos taludes finais, praticamente não há dados. Além disso, ás vezes, a experimentação só é possível em materiais que não representam aqueles a serem expostos no talude final. Os condicionantes geológicos, na estabilidade de taludes de mineração, são fartamente mencionados, representados por água. Fraturas, falhas, zonas de cisalhamento, ondulações, foliação/acamamento, veios e intrusões, litologia e perfil de intemperismo. As fraturas, falhas e zonas de cisalhamento se evidenciam, condicionando as superfícies de ruptura, interferindo na distribuição e percolação da água subterrânea e afetando a propagação das ondas nos desmontes com explosivos. Há escorregamentos que ocorrem condicionados por um plano de fratura ou até três planos. As ondulações se constituem em fator favorável à estabilidade dos taludes da mineração aumentando a resistência ao cisalhamento das rochas. Entretanto, há casos em que as ondulações, ou dobras, são muito pronunciadas, resultando em ruptura da rocha por tração, junto às cristas das dobras. Estas rupturas são planas de fraqueza, que reduzem a estabilidade dos taludes. O efeito da água como agente estabilizador dos taludes é significativo, seja reduzindo a tensão efetiva, na forma de pressão neutra, seja pela percolação, ou ainda saturando os terrenos e aumentando o seu peso. Figura 11: Desenho esquemático de escorregamento 19 etc. A esses fatores. acamamentos) e pouco resistentes. por exemplo. . Rio de Janeiro/RJ em 1956.. . complexo climático-hidrológico (clima e regime e água subterrânea). A cidade de ouro preto enquadra-se bem neste contexto pelas suas características gerais. geomorfológicas e climáticas de uma região podem ser fatores predisponentes à ocorrência de movimentos de massa. pela dissolução dos elementos com função da cimentação em solos ou rochas sedimentares. função apenas de condições naturais. fusão de gelo e neve. que irão preparar e efetivar as ocorrências. desflorestamento. variação de temperatura. terremotos. metassedimentos com planos de descontinuidades bem marcantes (xistosidade. do agente água. que pode influir na estabilidade de uma determinada. 1) Causas internas Efeito de oscilações térmicas: oscilações térmicas diárias ou sazonais provocam variações volumétricas em massas rochosas. Imediatos – chuva intensa. a má ocupação do solo e os episódios chuvosos que ciclicamente atingem a cidade. com 1200 mortes e destruição de dezenas de casas. Tipos de causa: . que irão se efetivar pelo desmatamento. As formações rochosas existentes. Serra das Araras/SP. pelos desenvolvimentos de uma rede de microfraturas num meio rochoso que não as possuía. As condições climáticas. com períodos de chuvas intensas e prolongadas completam o quadro de predisposição ao desenvolvimento de processos desestabilizadores e erosivos. em outros termos. a ação do homem. Estes deslocamentos subdividem-se em: Preparatórios – pluviosidade. com 171 mortes e interdição de 1100 moradias. vento. sob qualquer forma. foliações. complexo morfológico (massa e forma do relevo).Predisponentes: trata-se de um conjunto de características intrínsecas. Num bloco de material colocado sobre um plano horizontal.Efetivos: conjunto de elementos responsável pelo deslocamento do movimento de massa incluindo-se a ação humana. pela remoção dos elementos solúveis constituintes dos próprios minerais. com 60 mortes e destruição da santa casa de santos. vales profundos e praticamente ausência de áreas mais planas. atitude das camadas). gravidade. Agentes e causa: Entende-se por causa o modo de atuação de determinado agente ou. Petrópolis/RJ em 1988. Os movimentos de massa em áreas urbanas no Brasil ocorreram em várias cidades. ou terroso. Salvador/BA em 1971. em 1967. um agente pode se expressar por meio de uma ou mais causas. calor solar ou tipo de vegetação original. Pode distinguir: complexo geológico (acidentes tectônicos.causas internas: são as que levam ao colapso sem que se verifique qualquer mudança nas condições geométricas dos taludes e que resultam de uma diminuição interna ao material. dissolução química. É o caso. como os mais importantes acidentes ocorridos no Brasil. Tipos de agentes: . contrações e dilatações de origem térmica ocorrem simetricamente em relação ao seu eixo e distribuem também as tensões de cisalhamento na superfície de contato com o plano. os seguintes: • • • • • • Santos/SP em 1928.CAPITULO 8: MOVIMENTOS DE MASSA Introdução: As condições geológicas. podendo-se citar. no qual ocorre. podendo conduzir a destaque de blocos. Caraguatatuba/SP em1966. nelas não atuando. condicionaram o desenvolvimento de um relevo acidentado. ondas. ação do homem. 20 . com 104 mortes e destruição de 60 moradias. com 100 mortes. erosão. com 43 mortes e destruição de 100 casas. juntam-se outros chamados efetivos. com vítimas fatais e danos materiais da ordem de milhões de dólares.causas externas: provocam um aumento das tensões de cisalhamento sem que haja diminuição da resistência do material. massa de material das mais diversas formas: no encharcamento do material.causas intermediárias: resultam de efeitos causados por agentes externos no interior do talude. . congelamento e degelo. com vertentes íngremes. Diminuição dos parâmetros de resistência por intemperismo: o processo de alteração por intemperismo leva a um enfraquecimento gradual do meio rochoso. erosão pela água ou vento. como terremotos. escorregamentos. solo ou sedimento a água que ocupa os vazios se acha sob pressão a mecânica dos solos conduz a seguinte conclusão: .pressão num ponto p da superfície potencial de escorregamento. acrescentando-lhe uma sobrecarga em sua porção superior. Ocorre em taludes com forte inclinação ou escarpas onde blocos de tamanhos variados se desprendem do maciço por intemperismo e caem pela ação da gravidade. que esteja sendo analisada.ângulo de atrito na superfície de escorregamento Se o material possuir coesão por unidade de área teremos: S= c + (p-γ a. fator principal da força nociva resultante das vibrações. a resistência ao cisalhamento por unidade de área. 21 .h). Classificação dos movimentos de massa: Em termos gerais os movimentos de massa podem ser classificados em quedas. Mudanças naturais na inclinação das encostas: as formas mais evidentes resultam de movimentos tectônicos que mobilizaram corpos de estruturas dobradas. A velocidade do movimento é alta.O potencial de escorregamento se situa numa camada de areia ou silte. Himalaia entre outros sendo um escorregamento translacional. 1) Queda de blocos: É um movimento definido por uma ação de queda livre a partir de uma elevação. a descida da superfície piezométrica não acompanhará o nível de água livre. 3)Causas intermediárias: Elevação do nível piezométrico em massas “homogêneas”: considerando uma massa saturada de rocha intensamente fraturada. que podem ser translacionais ou rotacionais.h)tgφ Rebaixamento do lençol freático: a expressão se refere a abaixamentos de água numa razão de pelo menos 1m por dia. retirando parte de sua massa na porção inferior. em movimentos de pequena magnitude. inconsolidados. H . invariavelmente.altura piezométrica no ponto. Trata-se de um processo de proporções limitadas. espalhamentos. Movimentos das mais variadas proporções incluem-se nesta categoria. vibrações ao substrato. bem como à sua própria manutenção. ou pouco consolidados. Como a aceleração.hi) a pressão efetiva em cada elemento de espessura unitária da superfície de ruptura. Dentro dessa classe pode-se enquadrar o fenômeno da desagregabilidade de massas rochosas. é proporcional ao quadro da freqüência.2) Causas externas Mudanças na geometria do sistema: uma das causas das condições de instabilidade consiste em modificar as condições geométricas da massa terrosa. conduzindo-os muitas vezes a fenômenos de desequilíbrio.tgφ P . transmitem. As formas mais conhecidas são as cadeias montanhosas. escoamentos e movimentos complexos.γ ª. φ . como os Andes.γ a. ou rochosa. também chamado gravitacional. Máquinas pesadas induzem nos solos que lhes servem de fundação. Se rebaixamento forma rápido. vibrações de alta freqüência. desde a queda de um bloco isolado até o colapso de enormes complexos rochosos. ou então.peso específico da água. γ a . caso comum em reservatórios ou nas margens fluviais após uma enchente. 2) Queda de detritos: É a movimentação de reduzidas massas de fragmentos terrosos ou rochosos. o bater das ondas. Consiste no destaque contínuo de fragmentos rochosos provocados por fenômenos de secagem e saturação sucessivas em rochas de baixa resistência expostas ao longo de cortes artificiais. tombamentos. que não atinge o noticiário dos jornais por não ter efeito catastrófico. mas que produz contínuos efeitos nocivos a obras de drenagem de rodovias e ferrovias.hi)tgφ Sendo (pi . Efeitos de vibrações: agentes. será igual a: S = (p-γ a. Se o nível de uma massa de rebaixamento lento o lençol permanecerá horizontal e a resistência média será dado como: S= c + Σ (pi . explosões. tráfego pesado. com ausência de superfície de movimentação. cravação de estacas e operação de máquinas pesadas. Foto 2: Tombamentos ao longo de uma ferrovia 4) Escorregamentos: Escorregamentos são movimentos rápidos.Foto 1: Queda de Blocos e Detritos 3) Tombamentos: O tombamento é um tipo de ruptura em taludes em maciços rochosos com camadas ou descontinuidades de foliação regularmente espaçadas. de massas de terreno geralmente bem definidas quanto ao seu volume. mas ocorre também em finas camadas de sedimentos mergulhando fortemente. Diferentes tipos de escorregamentos podem ser identificados em função de sua geometria e da natureza do material que se torna instável. em descontinuidades colunares de origem vulcânica e em granitos com descontinuidades regulares. ardósias e xistos. de duração relativamente curta. O tombamento é comum em quartzitos. 22 . podendo ser subdivididos em translacionais e rotacionais. Ocorre quando as camadas estão inclinadas para dentro do talude. em taludes de minas e em taludes naturais. cujo centro de gravidade se desloca para baixo e para fora do talude. em pequenas escavações de materiais naturais. O conceito de escoamento não está associado ao fator velocidade. A ruptura é por cisalhamento e a massa se desloca sobre uma superfície relativamente plana. estando ou não presente uma superfície definida ao longo da qual a movimentação ocorre. postes. geralmente denominados deslizamentos. ou planos de fraqueza. acamamento.Corridas: são formas rápidas de escoamento. . Pelo aumento do teor de água. resultando daí o risco de destruição. ocasionadas pela perda de atrito interno.Escorregamentos translacionais: os escorregamentos translacionais podem ocorrer em taludes mais abatidos e são geralmente extensos. . .Corrida de terra: ocorrem geralmente sob determinadas condições topográficas. acamamento. passar a atuar como rastejos. xistosidades. . são típicos de regiões montanhosas e apresentam devido à elevada aceleração que o movimento pode adquirir efeitos catastróficos. em geral preexistente e condicionada a alguma feição estrutural do substrato. juntas de alívio de tensões.Escorregamentos rotacionais: procede-se à separação de uma certa massa de material do terreno. falhas. etc. foliações. desfavoráveis à estabilidade. em presença de excesso de água. Escorregamentos rotacionais puros ocorrem em materiais homogêneos.Escorregamentos translacionais de solos: trata-se de movimentos ao longo de superfície plana.Rastejos: são movimentos lentos e contínuos de material de encostas com limites indefinidos. delimitada de um lado pelo talude e de outro lado por uma superfície contínua de ruptura. falhas. numa definição ampla. contatos entre camadas. ou movimentos contínuos. escorregamentos translacionais de solo podem adquirir o aspecto de corridas. A movimentação é provocada pela ação da gravidade. por mudança na verticalidade de árvores. tipo fraturas. Em superfície. O movimento é de curta duração. casos de ruptura planar. após sua movimentação e acumulação no pé da encosta. de caráter essencialmente hidrodinâmico. preexistentes.. são representados por deformações. podendo atingir centenas ou milhares de metros. nos efeitos devido às variações de temperatura e umidade. 5) Escoamentos: Os escoamentos. originadas de descontinuidades. efetuando-se então a análise de estabilidade dessa cunha. 23 . fendas preenchidas por materiais de alteração. São movimentos catastróficos. As superfícies de movimentação são geralmente um reflexo da estrutura geológica do terreno e podem consistir em planos de estratificação. o rastejo se evidencia. englobando movimentos lentos (rastejos) e movimentos rápidos (corridas). tipo em barragens de terra. diaclasamento. adaptando-se às condições de relevo. causados pelo deslizamento súbito do solo residual que recobre a rocha. muitas vezes condicionada por superfícies de fraqueza. Podem. ao longo de uma superfície qualquer de ruptura. . Assume-se uma forma simplificada de superfície em arco de circunferência (ou cilíndrica). . grande poder de destruição. gnaissificação. muitas vezes. por outro lado. A velocidade de deslocamento pode ser elevada. São geralmente provocadas por encharcamento do solo por pesadas chuvas ou longos períodos de chuva de menor intensidade. velocidade elevada.Escorregamentos translacionais de rochas: trata-se de movimentos de massas rochosas ao longo de descontinuidades. Tais escorregamentos. aterros em geral. intervindo. xistosidade. em virtude da destruição da estrutura. São movimentos bruscos que se iniciam na forma de escorregamento. • Foliação e bandeamento composicional – a orientação da foliação influencia diretamente a estabilidade das encostas em áreas onde afloram rochas metamórficas. • Descontinuidades em solos – várias descontinuidades podem estar presentes dentro do saprólito e do solo residual. Tipo de movimento Quedas Tombamento Escorregamento Rotacional Tipo de material Solo (engenharia) Grosseiro Fino De rocha De detritos De terra De rocha De detritos De terra Abatimento Abatimento Abatimento de rocha de detritos de terra De blocos De blocos de De blocos de rochosos detritos terra Rocha Poucas unidades Translacional Expansões laterais Corridas/escoamentos Muitas unidades De rocha (rastejo profundo) De detritos (rastejo de solo) De terra Tabela 7: Classificação do s Movimentos deMmassas por Varnes (1978) Fatores que controlam os movimentos de massa: Segundo Fernandes e Amaral (1996). mas que se tornam acelerados devido à elevada inclinação da encosta na qual ocorrem.Foto 3: Escorregamento em encosta 6) Avalanche de detritos: Representa uma das formas mais catastróficas de movimentos de massas. A atuação direta é dada pela tendência de 24 . várias feições geológicas e geomorfológicas podem atuar como fatores condicionantes de escorregamentos. destacam-se as seguintes feições: • Fraturas (tectônicas e atectônicas) – representam importantes descontinuidades. a geração de movimento de massa. principalmente. então. É o caso das intensas formas de erosão conhecidas sob o nome de boçorocas ou voçorocas. Envolve geralmente massas constituídas por mistura de solo e rocha provenientes da acumulação de corpos em condições de estabilidade precária Ou. A foliação e/ou bandeamento mergulham para fora da encosta em cortes de estrada. • Falhas – tem um papel destacado no condicionamento dos movimentos de massa. feições estruturais reliquiares do substrato rochoso (fraturas. 7) Movimentos complexos de massas: Resultam de uma combinação das formas vistas anteriormente e se caracterizam por movimentos múltiplos ou complexos e pela ação de vários agentes simultâneos ou sucessivos. pode condicionar tanto de forma direta ou indireta. durante sua manifestação. Como as juntas afetam a dinâmica hidrológica. bandeamentos etc). Classificação de Varnes: Dentre os diversos sistemas que buscam correlacionar os diferentes tipos de movimentos massa. ocorra uma mudança de características morfológicas. falhas. determinando a localização espacial e temporal dos movimentos de massa nas condições de campo. mecânicas ou causais. • Morfologia da encosta . foliações. em perfil e em planta. De acordo com esses autores.a morfologia de uma encosta. Estas incluem. Esta classificação está representada na tabela 6. favorecem o intemperismo. tanto em termos mecânicos quanto hidráulicos. a classificação de Varnes (1978) é a mais utilizada internacionalmente. Esta classe abrange todos os fenômenos de movimentação nos quais. provenientes da mobilização das camadas superficiais de um típico perfil de alteração do manto. paralelas à crista do talude e mergulhando para dentro do maciço rochoso.• correlação entre a declividade e a freqüência dos movimentos. do espaçamento. de maneira a caracterizar as pressões de água que atuam em blocos potencialmente instáveis. A ruptura circular ocorre em maciços rochosos extremamente fraturados. com o emprego de técnicas de projeção estereográfica. por meio de poços ou avaliação de campo. cuja interseção propicia o rompimento de parte do talude. e na maioria dos casos. através de ensaios in situ ou de laboratório. A ruptura planar ocorre quando a descontinuidade tem a direção aproximadamente paralela à face do talude e mergulho menor que a face do talude permitindo o material acima da descontinuidade deslizar. Finalmente. A ruptura de um talude em rocha pode ocorrer de muitas formas. A resistência e a deformação são características do maciço rochoso extremamente dependente da persistência. Em maciços rochosos essas colunas são formadas por planos de acamamento regulares. em solos ou em maciços muito alterados. agindo umas sobre as outras. 25 . O primeiro passo a ser dado em uma análise de estabilidade é determinar a relação entre as diversas famílias de descontinuidades e o potencial cinético de instabilidade dessas estruturas. embora mapeamentos de campo revelem que o maior número de escorregamentos ocorre nas encostas mais íngremes. A ruptura por tombamento é um tipo de ruptura em taludes envolvendo rotação de colunas. As condições e orientações das diferentes famílias de descontinuidades determinam o evento. por meio do uso de projeção estereográfica. o terceiro é determinar as condições de fluxo de água das descontinuidades ou em maciços intensamente fraturados. feita a partir do estudo da atitude das descontinuidades e do talude. O segundo passo é determinar a resistência ao cisalhamento nos planos de descontinuidade ou quais os blocos de rocha que podem movimentar-se. Mecanismos de Ruptura em Taludes: A estabilidade de um talude em rocha é condicionada pela presença de planos de fraqueza ou descontinuidades no maciço rochoso. segundo uma superfície em forma de concha. Análise cinemática aplicada: a análise cinemática consiste na identificação dos mecanismos de ruptura. Depósitos de encostas – tais depósitos estão diretamente relacionados às zonas de convergência na morfologia descrita anteriormente. clivagem ou descontinuidades. na qual as descontinuidades mergulham no mesmo sentido que o talude. da orientação e das propriedades geomecânicas destes planos. A ruptura em cunha é gerada a partir de duas descontinuidades distintas. contrastando com a ruptura por deslizamento. é dominada pela presença de descontinuidades preexistentes. Deslizamento. separadas por descontinuidades bem desenvolvidas e mergulhando verticalmente. O tombamento por flexão ocorre mais notadamente em ardósias.Tombamento por flexão: ocorre onde colunas contínuas de rocha. dobram para frente e se quebram em flexão. filitos e xistos. 26 . com fendas de tração largas e profundas. A porção inferior do talude é coberta com blocos desorientados e desordenados.Figura 12: Mecanismos de Ruptura Classes de tombamento: . solapamento ou erosão do pé do talude provocam o início da ruptura que progride para trás. A base do maciço será constituída de degraus. assim como descontinuidades de origem vulcânica em forma de colunas exibem rupturas de tombamento de blocos. com colunas curtas. A figura abaixo apresenta vários exemplos de tombamento secundário. A figura (c) exemplifica o deslizamento de camadas inferiores provocando o tombamento das camadas superiores. geralmente subindo de uma camada para a outra. Camadas de arenito e xisto. e camadas finas de calcário. Na figura (d) tem-se o tombamento e colapso das colunas de rochas sobrepostas provocado pelo intemperismo do material inferior e em (e) tem-se tombamento devido à presença de fendas de tração em material coesivo. induzidas pelo arraste. enquanto deslizamento e tombamento ocorrem de forma associada no resto do maciço. 27 . Figura 14: Tombamento por blocos . recebe cargas do tombamento das colunas compridas acima. A figura (b) mostra tombamentos na base do talude. provocando o tombamento secundário no pé do talude. onde as camadas mergulham verticalmente. O pé do talude. como na figura (a) que apresenta um deslizamento na parte superior do talude.Tombamento secundário: pode ser provocado por outro fenômeno independente. O movimento de deslizamento ocorre ao longo de várias superfícies de descontinuidades no pé do talude. Camadas espessas de rochas sedimentares como arenito e calcário.Figura 13: Tombamento por flexão .Tombamento por flexão: é caracterizado por flexão contínua de longas colunas em função de movimentos acumulados ao longo de numerosas descontinuidades cruzadas. exibem tombamento de bloco por flexão.Tombamento de blocos: ocorre onde colunas individuais de rochas são divididas por descontinuidades espaçadas. em casos onde o tombamento dificilmente ocorreria. Figura 15: Tombamento por flexão . (a) (b) (©) (D) Figura 16: Exemplos de tombamentos CAPITULO 9 – RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE DESCONTINUIDADES Introdução: Por resistência ao cisalhamento entende-se a resistência que os corpos rochosos têm para se romperem segundo a direção das tensões cisalhantes. na direção tangencial. a amostra comporta-se de forma elástica. pode-se citar a resistência ao cisalhamento das superfícies com potencial de ruptura. Resistência ao cisalhamento de descontinuidades planares: Sendo as descontinuidades presentes como planos de acamamento e unidos (sem deslocamento entre as partes separadas por este plano de descontinuidade). e as resistências ao cisalhamento aumentam linearmente com o deslocamento. a descontinuidade é absolutamente plana. Em seguida. Uma pequena variação no valor determinado pode provocar mudanças consideráveis nesta estabilidade (altura e inclinação do talude). As partes separadas estão sujeitas a uma tensão normal (σ ). a curva se torna não 28 . A determinação do valor da resistência ao cisalhamento é um ponto crítico no projeto de estabilidade da mina. intemperismo e presença de água. Cada teste de resistência ao cisalhamento permite a criação de uma curva típica. como a rugosidade das superfícies. sem rugosidades (e) ou ondulações. e a tensão cisalhante necessária para causar o deslocamento pode ser medida. Em deslocamentos muito pequenos. Quando estas resistências ao cisalhamento são superadas. ou seja. O fator mais importante para a determinação desta resistência é a geometria da rocha. Vários fatores podem provocar mudanças no valor da resistência. Se o valor máximo da resistência ao cisalhamento diferir muito das tensões normais. cálculos preliminares da estabilidade realizados durante os estudos do fechamento de uma cava da mina são geralmente restringidos em termos de acesso ao maciço e também à disponibilidade de tempo e dinheiro.Influência da água nas descontinuidades planares (ou na resistência ao cisalhamento) A presença de água na interface dos planos da descontinuidade faz com que a resistência ao cisalhamento se reduza devido a uma diminuição na tensão normal. 29 τ = cp + (σ . τ = cp + σ . em projetos de taludes críticos. nenhum esforço ou gasto pode ser dispensado para obtenção de valores seguros para a resistência ao cisalhamento para descontinuidades críticas encontradas no maciço. Estas equações necessitam de valores estimados ou calculados para a resistência à compressão. as características da resistência ao cisalhamento das superfícies da rocha podem ser aproximadas através do uso de equações específicas.tgφ p . ou pode ser material depositado na abertura de juntas como resultado dos movimentos de água através do maciço rochoso. tais como aqueles próximos à instalação principal de uma planta. Por outro lado. Determinação do ângulo de atrito: O ângulo de atrito básico poderia ser determinado em ensaios diretos de cisalhamento em superfícies de rochas macias preparadas por meio de uma limpeza e corte com serra adiamantada. cp = coesão. a curva torna-se linear. para o ângulo de atrito e para a média do ângulo de rugosidade da superfície. Este preenchimento pode ser por material detrito ou ganga de movimentos de cisalhamentos anteriores. interceptando o eixo da resistência ao cisalhamento no valor da coesão. Estimativa da resistência à compressão em descontinuidades e do ângulo de atrito: Quando for impossível se realizar algum tipo de teste.tgφ p φ r = ângulo de atrito residual (φ r < φ τ = σ . típico de falhas. O valor máximo da resistência ao cisalhamento é dado por: Onde: τ = resistência ao cisalhamento de pico. o tempo e o dinheiro disponíveis. σ = tensão normal efetiva. daí testes elaborados e caros não são justificáveis. para uso em projeto. Resistência ao cisalhamento de descontinuidades preenchidas: Um problema comum encontrado em projeto de talude de rocha é o de descontinuidades preenchidas com algum material leve.u). Os valores da resistência ao cisalhamento residual obtidos de testes de cisalhamento em que a amostra foi submetida à considerável deslocamento e podem ser usados para obter o valor do φ . Testes de inclinação em que o ângulo de inclinação necessário para causar deslizamentos é medido para a determinação do ângulo básico de atrito em influência de superfícies de rugosidade em escala muito pequena.tgφ p r ). provocada pela água. Testando a resistência ao cisalhamento de descontinuidades na rocha: A obtenção de valores da resistência ao cisalhamento. sendo reproduzidas de forma tão precisa quanto possível. . esta tensão cai abruptamente a um nível constante denominado resistência ao cisalhamento residual. requer ensaios podendo ser realizados em sofisticados laboratórios ou in situ. A escolha destes testes leva em conta a natureza do problema. Todavia. A influência da água nas descontinuidades planares depende da natureza do material do preenchimento. alcançando um pico onde a tensão de cisalhamento é máxima.linear. com inclinação igual ao ângulo de atrito.a nova equação é dada por: Onde u = pressão d’água. Em seguida. φ p = ângulo de atrito de pico Para o valor de resistência ao cisalhamento residual (cp = 0). A usina hidrelétrica de Paulo Afonso IV possui uma escavação para a casa de força subterrânea de 54 m de altura por 222 m de comprimento e 25 m de largura. Uma escavação pode ser realizada com dois diferentes objetivos. dos quais a maioria já foi aberta. Outro exemplo interessante é o do garimpo de serra pelada. CAPITULO 10 – ESCAVAÇÕES Introdução: Escavação é o processo empregado para romper a compacidade do solo ou rocha. a presença de uma espessura significativa de preenchimento com material leve e fraco pode ser a principal influência na estabilização do maciço rochoso. brita. a influência da rugosidade pode ser ignorada e a resistência ao cisalhamento da descontinuidade pode ser considerada como a do material do preenchimento. Quando uma descontinuidade principal com espessura significativa de preenchimento é encontrada no maciço rochoso onde será escavado um talude. ferrovias.5 m. centrais hidrelétricas e nucleares. da Vale. tornando possível a sua remoção. transporte e descarga. podendo assim aumentar a demanda de água dentro do maciço. • escavação subterrânea. abaixo do nível do mar) e uma extensão total de galerias estimada em 100 km. como em pequenas escavações para extração de matéria prima na construção de moradias (areia. As operações de escavação propriamente ditas são normalmente complementadas pelo carregamento do material escavado. Já a escavação com finalidade de abertura de espaços pode envolver volumes bem menores de material. argila para indústria de telhas. Ainda é relevante o fato de que o preenchimento influencia a permeabilidade da rocha. num volume de 230 mil m3 e um volume total de escavações subterrâneas de 510 mil m3. reservatórios de água e outras obras civis em geral.453 m (cota de 1. tijolos e cerâmicas. etc. para obtenção de matéria-prima para a indústria metalúrgica e outros bens minerais imprescindíveis. por meio de ferramentas e processos convenientes. onde já se havia escavado até 1996 cerca de 890 milhões de toneladas de hematitas e itabiritos. as escavações são divididas em dois tipos: • escavação a céu aberto. escavações para implantação de barragens. As principais minas de ouro da mineração morro velho. A parte em operação até 1996 possui cerca de 50 km de túneis. abertura em corte e/ou aterro ou túneis para rodovias. o maior dos quais com 8 km de extensão. subterrânea. Podem ainda ser citados os túneis da ferrovia do aço. pode-se citar a mina do Cauê. com produção total de 333 de ouro até 1996. Embora as escavações sejam em geral muito criticadas por ambientalistas pela degradação que representam ao meio. No primeiro caso.443. pontes e viadutos. a permeabilidade da argila e materiais de preenchimento similares pode ser de magnitude três a quatro vezes menores que a permeabilidade do maciço rochoso. Conseqüentemente. portos e aeroportos. ambas em minas gerais. Existem ainda diferentes tipos de escavação conforme a categoria do material: 30 . em minas gerais. metrôs. quais sejam obtenção de bens minerais e abertura de espaços para fins diversos. além de mais 390 milhões de toneladas de estéril. ou ainda implantação de fundações de edifícios.Em outro caso. em operação a céu aberto desde 1942. Por exemplo. é prudente considerar que a ruptura por cisalhamento ocorrerá através do material do preenchimento. convivendo-se com um talude contínuo (sem bermas) de 310 m de altura e talude total de 455 m. diminuindo a mesma e a ruptura pode ser iniciada ao longo da descontinuidade. Tipos de Escavação: Tradicionalmente. em análises preliminares. de onde foram oficialmente obtidas 41 t de ouro numa escavação totalmente manual. quais sejam a mina Velha a céu aberto e subterrânea e a mina Grande. estes exemplos mostram a sua importância na vida do homem moderno. pode-se citar o desenvolvimento de canais de irrigação e de navegação. tanto estéril como minério e se processam por períodos de tempo muito longos. cujo projeto inicial previa um total de cerca de 100 túneis com aproximadamente 100 km. sendo executada em tempos inferiores. as escavações normalmente envolvem grandes volumes de material. A explotação atingiu uma profundidade de 2. tiveram a lavra iniciada em 1834. Como exemplo. onde chegaram a trabalhar até 85 mil homens. Como exemplo de grandes escavações em minerações brasileiras.). Isto ocorre tanto na grande mineração. A pressão de água se contrapõe à tensão normal aplicada. bem como do método de abertura e cuidados na execução. seu arranjo espacial. que são função de suas dimensões e geometria. A tabela abaixo apresenta uma classificação dos materiais quanto à escavabilidade. ainda. 2) Escavabilidade: Escavabilidade é a maior ou menor facilidade do maciço em ser escavado. Em escavações a céu aberto. ocasionando assim um estado de tensões induzidas diferente das tensões preexistentes. Colapso total da escavação. o que por sua vez é função de fatores geológicos e geotécnicos. qualidade e quantidade do material a remover. tais como rochas mais ou menos rígidas. etc. material decomposto. Depende. isso pode significar o escorregamento de taludes. além daquelas que condicionam a perfurabilidade. seu comportamento quando removido. Essas modificações no estado de tensão ao redor das escavações. que podem ser removidos diretamente por equipamentos de porte variável previamente definidos em contrato quando necessário.• escavação comum: indicada para o chamado material de primeira categoria. como solo. dos propósitos da escavação. eventualmente. A seleção do método de escavação requer estudos prévios sobre a natureza. de diferentes graus de alteração. As características não tradicionais da rocha. são importantes nos estudos de escavabilidade. da distância aos locais de disposição de estéreis. Os deslocamentos sofridos eventualmente causam o rompimento do maciço rochoso. rompedores. Condicionantes geológicos: 1) Efeitos das escavações As escavações provocam descompressões no maciço rochoso envolvente.) Ou mesmo com emprego descontínuo de explosivos de baixa potência para posterior carregamento e remoção. estratificadas. podem provocar deformações elásticas ou plásticas e deslocamentos que se refletem principalmente em suas descontinuidades. seja de uma pequena porção de um banco até a movimentação de grandes massas. da presença de água. • escavação de rocha por desagregação ou mista: utilizada em material intermediário ou de segunda categoria. dos prazos previstos. Já para escavações subterrâneas. bem como dos equipamentos de lavra. como dureza e tenacidade. em função da forma e seção da escavação. E ainda sobre os possíveis efeitos sobre o terreno e estruturas adjacentes. que devem ser desmontadas e desagregadas por equipamentos de diversos portes (tratores com escarificadores. qual seja rocha sã ou pouco alterada que não consegue ser escavada por métodos “a frio”. aluviões. Tabela 8: Classificação dos materiais quanto à escavabilidade. 31 . pode haver desde pequenos desplacamentos superficiais até desabamento de tetos ou paredes ou ainda rompimento de pisos e. transporte e apoio disponíveis. material heterogêneo com blocos isolados de até 1 m3. • escavação de rocha por explosivos: para material de terceira categoria. A tabela seguinte apresenta uma classificação para diferentes durezas de rocha. comparando-as com a dureza Mohs para minerais e com a resistência à compressão uniaxial. pela presença de fraturas que interferem no rompimento ou em função da direção do golpe. Tabela 9: Classificação das rochas por dureza A tenacidade é a característica da rocha que representa a maior ou menor resistência à separação em pedaços. associadas á sua classificação. Figura 17: Análise de resistência à compressão uniaxial 32 . um pouco distinto da dureza do mineral. ao ser golpeada por um martelo.A dureza da rocha e a sua resistência á penetração por diferentes artefatos afiados é um conceito relativo. distorções podem ocorrer nesse conceito. Entretanto. A figura seguinte apresenta uma relação entre métodos tanto de escavação como de perfuração versus a resistência à compressão uniaxial para diferentes rochas comuns no Brasil. A resistência à tração e à compressão são também características diretamente proporcionais á maior dificuldade da escavação. atingindo 34% em calcários e 45% em rochas mais duras e compactas. entretanto. Figura 18: Modelos de escavações CAPITULO 11 . principalmente para o desmonte de rocha por explosivos. significativa tanto sob o ponto de vista operacional na execução da escavação propriamente dita (plano de fogo. Normalmente. argilitos e outras rochas que podem ser escavados sem o uso de explosivos. acamamento. Solos e rochas mais densos requerem maior energia para serem escavados e mobilizados. 33 .A densidade da rocha influi também nas condições de escavação. rochosos ao passarem do estado intacto ao estado fragmentado ou desagregado. folhelhos. Esse aumento varia de 12 a 15%.EQUIPAMENTOS E MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO Escavações a céu aberto: Escavações em solo a céu aberto podem envolver pequenos serviços executados por homens munidos de pás e picaretas. A importância de descontinuidades e planos de fraqueza é. Decapeamento: O decapeamento consiste na remoção do solo e rocha alterada da superfície para se chegar à rocha sã. Muitas vezes. em areias e cascalhos. 3) Estruturas geológicas Algumas características estruturais do maciço rochoso são de grande importância. Cerca de 30% da crosta terrestre é formada por solos. Para escavações subterrâneas. conforme mostra a figura abaixo. as juntas representam regiões de fraqueza que podem permitir um corte melhor numa dada direção. xistosidade e outras estruturas. preferencialmente paralela aos planos do principal sistema de juntas. como na forma final da cavidade aberta (contorno).5 % em argilas. Escavações maiores requerem equipamentos de maior porte e atividades específicas. e ainda na definição da necessidade de eventuais tratamentos. para 20 a 2. para posterior recobrimento das escavações. A geologia muitas vezes determina a altura das bancadas em escavações a céu aberto. quer pela própria adequação das malhas de perfuração e tipo de explosivo. a geometria do projeto não pode normalmente ser alterada pela presença de juntas ou acamamentos. Esse empolamento implica numa redução na densidade do material desmontado. Determina ainda a orientação da bancada. quer pela estabilidade das faces. O empolamento ou expansão volumétrica é o aumento de volume que sofrem solos e materiais. a camada superficial de solo com resíduos vegetais é estocada à parte. por exemplo). Uma direção predominante de fraqueza num maciço rochoso condiciona a forma final obtida numa escavação em decorrência de sobre escavações ou overbreak que provoca. são utilizados os seguintes métodos: . as de roda de caçambas. silte. que efetuam a escavação em níveis inferiores à praça em que se apóiam. três equipamentos são os mais usuais para escavações a céu aberto. como para extração de materiais para aterro ou uso civil (areia. drenagem ou navegação. . sendo também utilizados para carregamento de rocha após seu desmonte por explosivos. A lavra por tira (stripping mining) é um método utilizado principalmente para mineração de camadas pouco profundas. argila. Outros tipos comuns de dragas são as dragas de alcatruzes. É muito usado no mundo todo na lavra de carvão e bauxita Figura 20: Tipos de equipamento de dragagem 34 . Além dos equipamentos utilizados no decapeamento.Dragagem por draglines ou clamshells: método cíclico com utilização de equipamentos com caçambas de diferentes capacidades. etc. Figura 19: Equipamentos usados para decapeamento Dragagem: A dragagem é usada para a remoção de materiais que estão abaixo do nível d’água.Dragagem por sucção: usada tanto para a execução ou aprofundamento de canais de irrigação.Escavações convencionais são normalmente desenvolvidas em bancadas de altura variável. cascalho). Para tanto. Sub horizontais e com grande extensão e volume. também com esses objetivos. ainda. que podem alterar grandemente tanto o custo quanto o cronograma da obra. que por vezes é feito em seção plena (para seções médias a pequenas). bem como o próprio método de ataque. Sendo acionados por ar comprimido ou eletricidade. ou ainda raises ascendentes e winzes descendentes para interligação de níveis diferentes. minério/estéril ou equipamentos. executadas em diferentes condições geológicas. Figura 21: Desenho esquemático de mina subterrânea Equipamentos de carregamento e transporte: • Carregadeiras tipo overshot: são equipamentos que coletam o material desmontado e o descarregam. justificando investigações detalhadas e exposição á água. Em função de tais condições. Além de galerias e travessas sub horizontais. túneis ferroviários possuem seção em forma de ferradura. • Rastelos (slushers): são equipamentos que arrastam o minério a distâncias de 15 a 120 m. Geralmente. Normalmente. as abóbadas de túneis são arredondadas. ar e gases e. seria o mais indicado para escavação a um menor custo. escavam-se também poços (ou shafts) verticais para transporte de homens. CAPITULO 12: MINERAÇÃO SUBTERRANEA: Uma mineração subterrânea exige a construção de uma série de galerias e escavações próximas e semelhantes em geometria. passagens ou ainda chaminés para minério e/ou estéril.Escavações subterrâneas: Escavações subterrâneas em material pouco consolidado geralmente requerem algum tipo de sustentação. com seções e comprimentos muito variáveis. abertura inicial da abóbada e posterior rebaixo). ou ainda inclinados tais como chutes descendentes. escavações subterrâneas necessitam de uma investigação geológico-geotécnica preliminar o mais detalhada possível para evitar-se situações imprevistas. Obras civis: Cada tipo de obra civil possui diferentes características geométricas. sem necessidade de suporte. ou em duas ou mais fases executivas (normalmente. Seções circulares. • Pás carregadeiras rebaixadas: são equipamentos similares carregadeiras convencionais. geologia e sistema de execução e fatores de segurança inferiores aos de obras civis. geralmente em vagonetas. porém com perfil 35 . as seções devem ser normalmente circulares. Os diferentes tipos de seção são função do uso futuro do túnel. Assim. que pode ser feita por diferentes métodos. muitas vezes. são utilizadas em material pouco consolidado para aumentar a estabilidade e facilitar o revestimento. A figura abaixo mostra um esquema de mina subterrânea. sua aplicação normalmente representa um custo significativo na execução da obra. Para transporte de água. os equipamentos são muitas vezes específicos. puxados por locomotivas elétricas (eventualmente por baterias recarregáveis). Nas fases iniciais de qualquer projeto é comum o emprego intenso de métodos mais simples. buscando reconhecer as estruturas geológicas que possam interferir no empreendimento. ou ainda tracionados por correntes e engrenagens. 36 . semelhantes a garras que puxam o material e o direcionam para transportadores sobre correntes. gradativamente. os de menor custo unitário. • sondagem a trado (st). as profundidades de investigação tornam-se cada vez maiores e dirigidas a alvos específicos. • poço ou trincheira de inspeção (pi/ti). que apresentam maior custo unitário. • Vagões e vagonetas ferroviários: movem-se sobre trilhos. Figura 22: Desenho esquemático com localização de equipamentos para mina subterrânea CAPITULO 13: INVESTIGAÇÕES MECÂNICAS Os processos de investigação mecânica utilizados atualmente nos estudos de geologia de engenharia no Brasil são praticamente os mesmos desde a época do grande surto de desenvolvimento de nossa infra-estrutura. ou seja. Nesta fase inicial do projeto são realizadas sondagens a trado e. ocorrido nas décadas de 60 e 70. A medida que as investigações avançam aumenta-se o número de sondagens e estas passam. escavados poços ou trincheiras com a finalidade de se obter amostras indeformadas de solos ou para mapear as paredes. • perfuração com rotopercussão (rp). quando necessário. para as mais sofisticadas (percussão e rotativa). podendo ser empurrados por homens. Além disso. • galeria de investigação (gi). • sondagem a percussão (sp). • Transporte por correia transportadoras.mais baixo para trabalhar em túneis e galerias de pequena altura. • sondagem rotativa (sr). • Carregadeiras de carvão: equipamentos com dois braços articulados. Os principais métodos de investigação mecânica de campo utilizados para reconhecimento geológicogeotécnico são: • sondagem a varejão (sv). Figura 23: Desenho esquemático de poço de inspeção O poço de inspeção em rocha é feitos com furos de martelete e explosivos ou com sonda rotativa de grande dimensão. A haste geralmente penetra até 2 m no aluvião arenoso inconsolidado e o material atravessado pode ser identificado pela reação sonora e vibratória do processo. cravada manualmente. a retirada de amostras indeformadas (solos). Em argila. para que seja identificada uma possível mudança de horizontes pedológicos ou de camadas geológicas. a coleta de amostras volumosas de cascalho. a penetração é macia. Na descrição do poço podem ser feitas avaliações detalhadas da macroestrutura dos horizontes atravessados. em seu topo. 3) sondagem a trado: A sondagem a trado é uma perfuração manual de pequeno diâmetro. feita com um trado para a investigação de solo de baixa a média resistência. permitindo o exame detalhado dos horizontes perfurados. A coleta de amostras é feita a cada metro de avanço ou quando ocorre mudança do tipo do material perfurado. 37 . O diâmetro destes poços varia de 1 a 3 m em média. Tais poços permitem o exame direto de feições geológicas ou geotécnicas importantes do maciço rochoso. O trado geralmente é constituído por uma concha metálica dupla ou uma espiral que perfura o solo enquanto guarda em seu interior o material perfurado. E usada para o reconhecimento de aluviões. etc.1) poço e trincheira de inspeção Os poços de inspeção são escavações verticais que permitem o acesso ao interior do terreno para exame direto in situ do material. 2) sondagem a varejão: A sondagem a varejão é feita com uma haste lisa de ferro. O equipamento é acionado por hastes de aço rosqueáveís e composto. utilizam-se trincheiras de seção retangular alongada. ou por golpes de marreta. em areia áspera e em depósitos de areia com cascalho observam-se bloqueios esparsos na cravação da haste. nos trechos iniciais das sondagens rotativas emprega se o diâmetro de 4” (aproximadamente 10.2 cm). Eles podem ser feitos tanto em solo como em rocha. em sedimentos inconsolidados submersos. O diâmetro usual do trado é de 3” (aproximadamente 7. resistência do solo.6 cm) entretanto. por uma cruzeta para aplicação de torque. superfícies rochosas no leito de um rio e para avaliar depósitos de areia e cascalho para uso na construção civil. etc. Quando é necessário analisar grandes extensões do terreno. da permeabilidade. E muito importante coletar a última amostra retirada do furo e anotar o motivo da paralisação da perfuração. As amostras retiradas por sedimentação da água de lavagem ou de circulação também devem ser guardadas. no fundo do furo. Elas são constituídas principalmente pela fração arenosa do solo original. Camadas de seixos ou blocos de rocha impedem o avanço deste tipo de sondagem. matacos. As amostras de trado devem ser acondicionadas em sacos plásticos ou ordenadas nas próprias caixas de amostragem. com medidas do avanço do furo nesse tempo. . Todavia. para cravar o barrilete é usado o impacto de uma massa metálica de 65 kg caindo de uma altura de 75 cm de altura sobre um ressalto na parte superior da haste. um tanque de água de 200 l e ferramentas de corte do solo. que não podem ser atravessadas com o barrilete amostrador da sondagem a percussão. denominado ensaio de lavagem por tempo. seixos ou cascalhos de diâmetro grande. consiste na operação padronizada dos movimentos do conjunto do trépano e hasteamento. A sondagem a percussão é limitada pela ocorrência de material duro. para a manutenção da umidade natural e das suas estruturas geológicas. 5” e em geral a sua profundidade varia de 10 a 20 m. esse procedimento. para medida de resistência do solo e coleta de amostra pouco deformada. O diâmetro normal da perfuração é de 2.as amostras retiradas do barrilete devem ser acondicionadas em frascos. pois os finos geralmente são levados pela água de circulação da sondagem. O equipamento utilizado é simples e consta basicamente de um tripé. uma bomba de água. Figura 24: Desenho esquemático de sonda a trado 4) Sondagem a Percussão: A sondagem a percussão ou sondagem simples e o processo de investigação mais comum empregado na caracterização da cobertura terrosa dos terrenos naturais. . como. . 38 . com quedas livres a intervalos regulares de uma altura de 30 cm.Ensaio de lavagem por tempo: quando existe interesse em caracterizar a resistência de camadas muito consolidadas. camadas argilosas plásticas situadas abaixo do nível d’água podem ser amostradas com trado tipo espiral. muito aplicado em rochas sedimentares pouco cimentadas. A investigação a trado geralmente é utilizada para o estudo de áreas de empréstimo de solo e de subleitos de rodovias.A sondagem a trado geralmente penetra somente os horizontes de solo (baixa a média resistência) e acima do nível d’água. durante 10 minutos. são feitas medidas da velocidade de avanço da sondagem com o processo de lavagem. tubo oco de 45 cm.Ensaio stp: a cada metro de perfuração é feito um ensaio de cravação de um barrilete.Coleta de amostras:na sondagem a percussão são coletadas amostras obtidas pelo barrilete amostrador e aquelas retiradas nos avanços dos furos . Enfim.Figura 25: Desenho esquemático da sonda a percussão 5) sondagem rotativa: A sondagem rotativa é um tipo de investigação feita com um tubo. 39 . denominado barrilete. constituído por material que pode desmoronar. O equipamento básico para a sondagem rotativa consta de uma sonda motorizada. onde o avanço da sonda se faz sem qualquer resistência e também devem ser indicadas. submetidos á sinterização. procedimento este denominado manobra. que constitui a parte central da área anelar cortada pela coroa. formada pela mistura de vários metais. Estes devem ser dispostos na seqüência exata de sua posição no furo. da esquerda para a direita e de cima para baixo. dotado de uma peça cortante. parte da parede do furo. feita com material de alta dureza (coroa) em sua ponta. pressionando o hasteamento rotatório com macacos hidráulicos. As sondas geralmente imprimem o avanço da perfuração. enquanto a perfuração prossegue com um diâmetro menor. todos os fatos ocorridos durante a execução de uma sondagem devem ser criteriosamente registrados para que os resultados da investigação possam ser corretamente interpretados. barriletes e coroas. Existem barriletes e coroas de várias dimensões para permitir a execução das perfurações em série telescópica. tal como a escrita de um texto. na forma de pequenos grãos incrustados ou grânulos disseminados numa matriz. com revestimento. Os testemunhos obtidos nas sondagens devem ser guardados em caixas de madeira ou de plástico com tampa. A operação da sondagem rotativa se faz por ciclos sucessivos de cone e retirada dos testemunhos do interior do barrilete. O barrilete geralmente tem uma camisa livre em seu interior para preservar o testemunho do terreno. Nas perfurações em rochas calcárias e efusivas basálticas ocorrem. Com isso é possível manter protegida. Os trechos com baixa recuperação devido à deficiência de operação do equipamento devem ser indicados na caixa de testemunhos e no boletim de sondagem. bomba de água. Para rochas brandas utiliza-se coroa com pastilhas. que perfura o terreno através de um movimento de rotação. cavidades com água ou lama. Para rochas de média e alta dureza emprega-se coroa com diamante industrial. hastes. por vezes. existe a tendência do furo é desviar-se para cima em razão das hastes ficarem apoiadas na parte inferior da seção do furo. para medir a direção e a inclinação. comandos pneumáticos e ferramenta de perfuração. a profundidade ultrapassa 35 m.em obras subterrâneas. Em sondagens inclinadas. para acionar o travamento depois de decorrido certo tempo. quando ela ainda está incorporada ao maciço. ocasionada por alteração diferenciada no material ou pela presença de veios de quartzo. etc. porém. orientar o testemunho a partir de estruturas geológicas previamente conhecidas. forçando o barrilete e a coroa para o sentido oposto. Veios. mesmo em materiais de resistência homogênea. por exemplo túneis. A sonda é constituída por uma perfuratriz (martelo). Com um segmento de testemunho orientado é possível então fazer uma montagem com os demais.) Pode ser feita por procedimento que assinale. pode ocorrer desvio na direção da sondagem. O desvio do furo pode ser medido com o auxílio de um equipamento capaz de registrar seu rumo e inclinação. acima e abaixo dele é possível. no topo da primeira amostra de uma manobra possibilitando a definição da posição espacial da amostra coletada. 6) Sondagem a Rotopercussão: A sondagem rotopercussiva é utilizada para avaliar. Tal equipamento é dotado dc um mecanismo de relógio. emprega-se a 40 . de todas as feições encontradas (fraturas. Como este equipamento é de orientação magnética. não é aplicável em rochas de forte magnetismo. Orientação dos testemunhos: A orientação dos testemunhos de sondagem e. a posição do topo da rocha e a homogeneidade de um maciço rochoso. por exemplo. a retirada do material toma-se difícil. Todo conjunto está montado em estrutura metálica e sob esteira rolante. o furo geralmente tem 3” de diâmetro e um comprimento de até 25m excepcionalmente. diques. foliação.Figura 26: Desenho esquemático da sonda Rotativa Medida do desvio da sondagem: Em maciços rochosos com forte anisotropia de resistência mecânica. conseqüentemente. hastes. e de uma bússola com clinômetro. preliminarmente. ainda. torre. Para acionar a sonda é necessário um compressor de ar ou rede de ar comprimido. • executar ensaios sf1 com emprego de maneio automático. em uma grande área de exposição. marteletes. a galeria de investigação é feita na fase final do projeto básico ou no início da execução. etc. da necessidade de escoramento. executar ensaios para determinação de parâmetros geomecânicos e fazer observações diretas quanto ás condições de fluxo da água subterrânea. Entretanto. Em geral. pois é uma investigação relativamente cara. Ela proporciona também um ótimo teste piloto das condições do maciço. 8) Galeria de Investigação: A galeria constitui um elemento de investigação eficiente. etc. devido á sua capacidade em recuperar amostras contínuas do maciço. Para amostragem continua de terrenos arenosos utiliza-se mola retentora no barrilete bipartido. tratores.rotopercussão para investigação horizontal de frentes de escavação. etc. 7) Trado Oco: O trado oco. Os equipamentos disponíveis no mercado são automáticos e montados sobre caminhão. O piso quase nunca mapeado porque os resíduos acumulados e o pisoteamento dificultam a observação das feições do maciço. Numa galeria é possível medir a posição espacial de planos de fraqueza do maciço. com a observação direta do tempo de sustentação proporcionado pelos vários tipos de maciço. • construir poços de monitoramento. ou hollow stem auger. bomba de concreto projetado. visando à construção de obras subterrâneas. • amostrar de forma contínua o solo. • atingir profundidades superiores a 60 m com diâmetro de até 12”. chassi sobre pneus ou esteiras e possuem capacidade de: • abrir furos a seco com o hollow stem auger. das infiltrações. • realizar sondagens rotativas. além de eventuais suportes. sem provocar alterações nos níveis de contaminações das diversas camadas do perfil amostrado. cujo principio de funcionamento foi idealizado há alguns anos. por permitir o acesso direto ás feições frágeis do maciço. passou a ter um uso freqüente a partir da intensificação dos estudos ambientais. campanhas de injeção e drenos. exigindo profissionais experientes. há locais onde é necessário mapeá-lo. Figura 27: Desenho esquemático de Galeria de Investigação 41 . O registro do mapeamento de detalhe da galeria feito em um plano obtido por projeção das paredes e do teto. equipamentos como compressor de ar. É importante ressaltar a dificuldade em medir o nível d’água durante a perfuração sendo recomendada sua medição por meio de um furo auxiliar executado nas proximidades do local investigado. Rebaixamento do lençol freático: A água subterrânea existente em um maciço geológico pode interferir de várias maneiras em uma obra de engenharia.CAPITULO 14 . Podem servir. • métodos de análise mais precisos e com modelos mais representativos. com o objetivo de diminuir as pressões e disciplinar seu fluxo. drenagem. pode ser feito pelos métodos ou sistemas de rebaixa42 . quando se escava para a construção dos pavimentos subterrâneos de um edifício. com alturas. O controle da água subterrânea. Possibilitam interligações permanentes ou temporárias entre obras de maior porte. sendo o tipo de obra subterrânea civil. estacionamentos. fundamentalmente. Essa situação ocorre quando a superfície do lençol freático é alcançada pela obra de engenharia. respectivamente. como estádios esportivos.TÉCNICAS DE SUSTENTAÇÃO SUBTERRÂNEAS Introdução: O espaço subterrâneo tem tido cada vez mais importância nas obras civis. para que os serviços de construção possam ser feitos. Podem acomodar instalações industriais diversas. suas inclinações podem ser de vertical as próximas de 45º (1:1). Geralmente possuem seções transversais de 4 a 16 m 2. isto tem viabilizado diversas aplicações não-usuais. 1) Túneis: Atualmente. geralmente abaixo de 150 m e 15 m2. • no caso das áreas urbanas. por exemplo. os túneis respondem por mais de 90% do volume de escavações subterrâneas civis em todo mundo. reduzindo ou eliminando sua presença de certas partes do maciço. 3) Poços: Os poços servem. Quando escavados a fogo. acessos e galerias. por exemplo. a poropressão ou subpressão. etc. uma das quais é fluindo do maciço para o interior de uma escavação. transmissão de energia. ainda. redes de distribuição. Em sua maioria. tubulações hidráulicas. devido a vários fatores: • maior barateamento e rapidez dos métodos executivos. extravasando para o interior de escavações e provocando a inundação da obra. necessárias ao deslocamento dos equipamentos de remoção dos materiais escavados. para cada tipo de obra. O processo de erosão tubular regressiva. Água Subterrânea: A água subterrânea pode interferir de várias maneiras nas obras civis. acrescente-se também o custo mais elevado do espaço superficial e o seu congestionamento já atingido com outras obras. possibilitar transporte vertical de materiais e equipamentos. podendo atingir de 30 a 60 m2 quando servem de dutos de ventilação e vencem desníveis de dezenas a centenas de metros. Podem servir para transferir vazões líquidas sob pressão ou sob ação exclusiva da gravidade. como escavações piloto para túneis maiores. Servem para acomodar conjuntos de equipamentos hidromecânicos para geração de energia elétrica ou para recalcar vazões de água bruta ou servida. 4) Cavernas: As cavernas resultam de grandes escavações. fazem parte de diferentes sistemas de transporte. Os principais tipos de obras subterrâneas civis são os túneis. para interligar diferentes cotas com pequeno desenvolvimento em planta. por gravidade. Inundando-a ou provocando a instabilização das paredes da escavação por erosão interna. áreas comerciais. 20 a 40 m e 100 a 300 m. Seus comprimentos e seções transversais mais comuns variam respectivamente de 150 a 1. adução. Os vazamentos podem tornar-se críticos quando a água percola pelo interior do maciço com carga hidráulica elevada e aflora à superfície sob pressão. como investigações de frente. geração. larguras e comprimentos de 30 a 60 m.500 m e 15 a 75 m2 em estações metroviárias subterrâneas. O gradiente hidráulico e outros são apresentados os problemas mais importantes associados com a água subterrânea. subterrâneas e/ou em superfície. armazenamento. passagens de pedestres. poços e cavernas. permitindo que o material detonado possa fluir livremente para baixo. • maior segurança devido a métodos mais adequados de reforço e tratamento de maciços. respectivamente. servir como dutos de ventilação forçada ou natural. 2) Acessos e Galerias: Os acessos e galerias constituem pequenos túneis de comprimentos e seções transversais. bem como os parâmetros hidrogeotécnicos que interferem no comportamento da água subterrânea nos maciços. tais como a carga hidráulica. comunicação e dutos de ventilação. etc. tornando necessário o esgotamento da água. etc. conseqüentemente. de maneira que o fundo intercepte o lençol freático. introduzidos no terreno mediante injeção de água sob pressão e rotação dos tubos. porém. geralmente de 50 mm de diâmetro providos de ranhuras filtrantes na extremidade inferior. sendo conveniente evitar o emprego de lama bentonitica para a perfuração. Figura 28: Diagrama esquemático lençol freático Ponteiras filtrantes: As ponteiras filtrantes são empregadas para o rebaixamento do lençol freático em solos moles e incoerentes. geralmente. são posicionados individualmente. junto à parede da perfuração. com granulometria adequada a da camada que constitui o aqüífero. A perfuração é executada com revestimento sacado à medida que se coloca o pré-filtro e o selo. para avaliar o 43 . de forma a possibilitar maior eficiência de rebaixamento em função das condições hidrogeológicas locais. Em geral são construídas em linha. A lâmina de água subterrânea interceptada flui para o interior das valetas e poços sendo bombeada para fora da escavação. São constituídas por tubos de aço. Cavas e valetas de drenagem: As cavas e valetas de drenagem são abertas na superfície do terreno ou no interior de escavações. a ocorrência de erosão interna regressiva. como quase sempre requerem o uso de bombas hidráulicas para a extração de água. com um tubo filtrante na extremidade inferior com diâmetro entre 4” e 8” de aço ou pvc. filtro. a partir de um ou mais poços de coleta. A ação combinada da injeção de água e da rotação dos tubos permite o avanço em solos moles e incoerentes. tais como argilas e areias aluvionares. As ponteiras filtrantes evitam o carreamento de partículas do solo e. A tubulação do poço também chamada de tubulação de descarga e o tubo filtrante devem ser centralizados na perfuração e um medidor de nível d’água instalado no pré-filtro. conforme mostrado na figura abaixo. Poços de Bombeamento: Os poços de bombeamento são empregados para o rebaixamento do lençol freático em qualquer tipo de solo e de rocha. sendo necessária boa vedação das conexões. com espaçamento entre ponteiras variável em função da permeabilidade do solo. de forma a evitar o fechamento do pré-filtro. A sucção do ar reduz a pressão atmosférica no interior da tubulação e das ponteiras. Os sistemas de rebaixamento recebem esse nome porque resultam num abaixamento da superfície do lençol freático e. permitindo o rebaixamento máximo efetivo do lençol freático de 4 a 5 m.mento do lençol freático. chamado de pré. Podem ser construídos com espaçamento pré-determinado. Acima do pré-filtro deve ser colocado um selo de solo argiloso ou bentonita. Os poços de bombeamento são construídos por meio de uma perfuração com diâmetro geralmente entre 8” e 16” na qual é introduzida uma tubulação. A extração da água é feita por uma bomba de vácuo acoplada a uma tubulação de descarga disposta ao longo das ponteiras. promovendo a retirada de água do aqüífero. O espaço anelar entre o tubo filtrante e a parede da perfuração é preenchido por um filtro de areia. por meio de um conjunto motobomba. tem a vantagem de poder operar intermitentemente. quando não há água suficiente no interior do poço para ser bombeada. submersível. sem danificar o sistema. de ar ou de água. em geral.desempenho do pré-filtro e do filtro. colocado no interior do tubo filtro e provido de uma tubulação de descarga de diâmetro compatível. 44 . ou seja. de acionamento elétrico. Figura 29: Desenho esquemático de um poço A extração de água é feita. apesar do baixo rendimento. O sistema de injeção. Figura 30: Desenho esquemático de poço com bombeamento Dreno Horizontal Profundo O dreno horizontal profundo. O principio de funcionamento do dhp é a introdução no interior do maciço geológico de uma tubulação com pressão atmosférica permitindo que a eventual pressão do aqüífero seja aliviada a uma distância conveniente da face de escavação ou do talude. envolvendo-se o trecho perfurado com uma manta geotêxtil. geralmente com diâmetro de 100 mm. em duas voltas de tela plástica de malha fina. executada com equipamento de sondagem rotativa ou rotopercussiva. O trecho filtrante é constituído por furos ou ranhuras no tubo de pvc. quando o dhp é instalado em solo ou então. O dhp é construído por meio de uma perfuração sub horizontal acompanhada por revestimento. é utilizado para a drenagem localizada de camadas ou feições do maciço geológico. mais conhecido pela sigla dhp. a maior parte da qual é constituída por um tubo filtrante. quando instalado em rocha. 45 . propiciando uma imediata melhoria da estabilidade. Nessa perfuração é introduzida uma tubulação de pvc rígido. geralmente de 38 a 50 mm de diâmetro. radialmente. seu uso é limitado devido ao custo elevado de construção da galeria. As galerias de drenagem têm sido empregadas em maciços rochosos sob as fundações de barragens. geralmente. Assim. chamado de calda de injeção. A bentonita é utilizada para melhorar a injetabilidade da calda. Este produto. em solo. as próprias paredes da galeria drenam o maciço. chamada de pressão de injeção. Injeções: O tratamento do maciço por injeção consiste em fazer penetrar nos vazios do maciço geológico. O maior emprego das injeções ocorre no tratamento de maciços rochosos. são construídas em maciços de rocha. próximas à fundação. nas fraturas de uma rocha. tem características diferentes conforme seja o objetivo do tratamento. Cujos valores mais usuais situam-se entre 1:1 a 0.5:1. As caldas de injeção usualmente empregadas são constituídas por uma mistura fluida de água e cimento. sendo responsável pela sua injetabilidade. aplica-se uma pressão na calda de injeção. a partir das paredes. que atravessam o trecho do maciço cujos vazios devem ser preenchidos. por exemplo. geralmente. podem ser instaladas em maciços de solo. suscetível de endurecer com o tempo. em rocha. 46 . areia e outros produtos. Galerias de Drenagem As galerias de drenagem são utilizadas quando é necessária a retirada de grandes volumes de água do maciço ou quando o emprego de outros sistemas é inviável ou insuficiente para alcançar o rebaixamento pretendido. com o uso de caldas à base de água/cimento. sua capacidade de ser bombeada e penetrar nos vazios do maciço. a permeabilidade não necessariamente reflete a injetabilidade do maciço. Os drenos de alívio em rocha são construídos por meio de perfurações feitas. Quando não necessitam de revestimento.Figura 31: Desenho esquemático de dreno horizontal Drenos de Alívio Os drenos de alívio recebem esse nome por auxiliarem na redução da pressão de água no interior do maciço geológico. normalmente com diâmetro inferior a 3 m. com emprego de uma bomba hidráulica apropriada. A proporção de água determina a viscosidade e a fluidez da calda. A calda é injetada através de furos. podendo ser transferida para outras partes do maciço. ou seja. As galerias de drenagem. São muito empregados em barragens de concreto. A água retirada é conduzida para um sistema de coleta. A areia é adicionada as caldas de água/cimento quando os vazios a serem preenchidos são maiores. com diâmetros apropriados. são instalados drenos de alívio. Para a penetração da calda. um produto líquido. em geral. Por outro lado. com o emprego dc equipamentos de rotopercussão. apesar das injeções terem sido empregadas para o tratamento de solos arenosos ou com pedregulhos. entretanto. sem tubulação ou filtro. quando aplicados em rocha são deixados abertos. porém. 1) caldas de cimento: As caldas de água/cimento são geralmente definidas pela proporção água/sólidos. nas quais são instalados a partir de galerias de drenagem. uma vez que altas permeabilidades podem ser devidas as grandes aberturas. de consolidação ou de impermeabilização do maciço. feitos com equipamentos de perfuração. construídas no interior da barragem. geralmente da ordem de 75 mm. principalmente em solo. a qual pode ser adicionada bentonita. em taludes e em cavas de mineração e drenagem de túneis. As injeções são também utilizadas para a fixação e proteção de ancoragens. como a calda deve ser capaz de penetrar no vazio a ser obturado. a granulometria da fração sólida da calda deve ser inferior ao tamanho dos vazios. Nas injeções descendentes o furo é executado até a profundidade do primeiro trecho de injeção executandose a injeção do trecho com um obturador posicionado no topo do trecho. por meio de cortinas de injeção ou de vedação executadas no perímetro de montante das estruturas de concreto ou ao longo do eixo em barragens de terra. maior será o raio de alcance da calda a partir do furo e a possibilidade de injeção de fraturas de pequena abertura. 47 . permitindo a utilização de pressões de injeção mais altas. Quando o fluxo de calda é pequeno. fraturas com abertura abaixo de 0. nesses casos segundo uma malha geométrica ou em escavações subterrâneas de maciços muito fraturados. Tabela 10: Tipos da Calda 2) Injeções de Maciços Rochosos: As injeções de maciços rochosos podem ser feitas para a sua impermeabilização e para a sua consolidação. o tempo para que ocorra a sedimentação da fase sólida da calda também é importante para a injeção. ou seja.1 mm não são injetáveis. devido à pequena abertura das descontinuidades. As injeções de consolidação podem ser utilizadas em maciços rochosos de fundações e taludes. As pressões de injeção dependem da densidade da calda. A estabilidade da calda. Nas injeções ascendentes o furo é executado até a profundidade final e a injeção é feita com o auxilio de um obturador. A geometria dos furos de injeção estão relacionados a direção e inclinação das perfurações: • das pressões de injeção. posicionado na extremidade superior de cada trecho a injetar. Quanto maior a pressão de injeção. da posição do lençol freático e das perdas de carga na tubulação de injeção. • dos procedimentos de injeção. • dos equipamentos de injeção. As injeções de impermeabilização ou de vedação são muito empregadas em barragens.Com caldas à base de água/cimento. a pressão da calda no interior da fratura será rapidamente equalizada. Algumas vezes as injeções são utilizadas para consolidar materiais soltos produzidos por desabamentos em túneis de forma a permitir a retomada da escavação. devido ao tamanho mínimo das partículas de cimento. A geometria dos furos de injeção depende essencialmente das características das descontinuidades a serem obturadas. • dos critérios de recusa. o procedimento mais recomendável consiste no emprego de tubos com válvula tipo manchete por permitirem operações de perfuração e injeção independentes e a retomada da injeção. Caldas constituídas por misturas de silicato de sódio e ácidos. caso necessário. em várias fases. são fixados em função da extensão a ser tratada. tais como areia fina e silte. 3) Injeções de maciços de solo: O tratamento de solos granulares. em particular areias e cascalhos aluvionares. Entretanto. o momento em que o bombeamento de calda é interrompido. de baixa permeabilidade. que produzem um gel de silicato ou sílica gel e caldas á base de resinas. utilizando o revestimento temporário do furo para apoio do obturador. pode ser feito utilizando caldas de cimento de composição mais estável. mediante o uso de cimentos ultrafinos e adição de bentonita.Figura 32: Etapas da Injeções Ascendentes e Descendentes Após a pega da calda inicia-se o furo no trecho injetado prosseguindo com a perfuração até o final do segundo trecho de injeção. 48 . paralisando a injeção ou substituindo a calda em uso. ou seja. Os critérios de recusa de calda. São empregados os métodos de injeção descendente ou ascendente. repetindo-se a seguir as operações até alcançar a profundidade final do furo. das características da calda e da quantidade de calda já injetada. são usadas para solos de granulometria fina. voltando-se a aplicar tto tubo com válvulas manchete. em situações de emergência. sobre o terreno a consolidar ou compactar. a compactação dinâmica e a injeção compactada Pré-carregamento é usualmente empregado para adensar solos de baixa consistência. depois de concluída a construção. resfriada a uma temperatura entre -25 e -30ºc em tubulações com circuito fechado. propiciando a melhoria da resistência do solo e também. no local onde os mesmos ocorrem. mediante diminuição do índice de vazios. sem ser necessária a sua remoção. por exemplo. O congelamento é obtido pela introdução de nitrogênio líquido no solo. em per. cuja injeção é difícil. reduzindo o índice de vazios e aumentando a densidade. é superior a admissível. O reforço do solo pode ser necessário transitoriamente. de aço ou pvc rígido. de uma carga superior à carga de trabalho que será aplicada pela obra construída. como uma argila mole. O congelamento do solo consiste na redução da temperatura da água contida no solo até sua solidificação. conforme mostrado na figura após a ocorrência da deformação no solo e do conseqüente recalque do aterro remove-se a altura excedente. cuja temperatura é de -196ºc através de perfurações ou pela circulação de uma resina. Em geral é utilizado quando a deformação esperada. O processo consiste na perfuração do solo com um equipamento cuja vibração anula as forças que atuam entre os grãos do solo. o processo provoca a expulsão da água dos poros. é feita a construção de um aterro com altura superior à prevista. Reforço de Maciços de Solo: São conhecidos como métodos de reforço de maciços de solo os processos que promovem a melhoria das características do solo in situ. reduzindo assim a carga aplicada para a carga de trabalho. Essa redução é obtida pela expulsão da água ou do ar dos poros intergranulares e pelo rearranjo das partículas do solo. a tubulação de injeção com obturador. os recalques da obra fiquem dentro de limites toleráveis.furações de uma argamassa de calda de cimento. somente serão abordados a injeção a alta pressão ou jet grouting e os métodos de consolidação e adensamento ou compactação dos solos. em antecipar a deformação. durante ou após a construção de uma obra sobre tais tipos de solo. A técnica consiste. Processos de adensamento e consolidação: Os processos de tratamento de maciços de solo por adensamento e consolidação constam. aumentando sua densidade. dispostas em malha adequada. São empregadas massas de 6 a 20 toneladas caindo de 20 m de altura. basicamente. Com o auxílio de um obturador duplo. A injeção pode ser retomada. A deformação é acelerada pela aplicação. a calda de injeção é aplicada em uma válvula por vez. rompendo a borracha e permitindo a penetração da calda no solo. 49 . da redução na quantidade de vazios presentes no solo. porém. o processo provoca o rearranjo das partículas de solo. a qualquer tempo.A válvula manchete consta de um anel de borracha flexível envolvendo externamente trechos perfurados da tubulação de injeção. A compactação dinâmica consiste na aplicação de cargas dinâmicas no solo por meio de impacto em queda livre de uma grande massa na superfície do terreno. contendo argila para torna-lá mais plástica e areia para elevar o atrito. para se obter o mesmo adensamento . aproximando-as uma das outras. aumentando a densidade abaixo do lençol freatico requer-se muito mais energia ou seja sucessivas aplicaçoes da carga. sua impermeabilização. O hidrofraturamento é empregado em solos de granulometria fina. para contenção de processos de desplacamento. para permitir a escavação de um túnel ou definitivamente. essencialmente. A argamassa injetada sob pressão no fundo do furo não penetra nos poros de solo formando um bulbo com diâmetro de até 1 m que desloca o solo ao redor da perfuração. Em ambos os casos. Os métodos de adensamento e consolidação usuais são o pré-carregamento. sendo empregada para aumentar a capacidade de carga de solos moles e fofos e para interromper a ocorrência de recalques em estruturas. A injeção compactada consiste na introdução. Em solos granulares. A técnica consiste na execução de perfurações na área a ser tratada. a compressibilidade do solo diminui e sua densidade aumenta o que leva ao aumento da sua resistência. O processo é bastante útil. Existem inúmeros métodos de reforço de maciços de solo. por exemplo. Os vibradores têm diâmetro entre 300 e 460 mm e comprimento de 3 a 5 m permitindo o tratamento do solo até cerca de 35 m de profundidade. a vibrocompactação. No caso de aterros. Vibrocompactação é empregada em solos granulares não coesivos. dotadas de tubo com válvulas manchete em cotas determinadas reduzindo a permeabilidade vertical de maciços de solo. ou seja. de forma que. conhecida como índice de vazios. Em solos coesivos acima do lençol freático. quando é possível o rearranjamento dos grãos. os elementos de maior significado a serem considerados são os seguintes: • Custo inicial do material: diz respeito à disponibilidade • Custo de fabricação: envolve custo do equipamento e do trabalho especializado requerido • Custo de manuseio e transporte: relativo à dimensão e “peso” requeridos e equipamentos • Custo de instalação: relativo à simplicidade. visando encontrar um ponto ótimo. tais como areias e cascalhos também pode ser utilizado em solos coesivos constituídos por argilas. sendo afetado pela dimensão da escavação e pela facilidade de manuseio Na seleção do tipo de suporte a ser empregado.8 m. Numa mina. podem ser consideradas cinco condições básicas de comportamento do maciço: • A rocha tem comportamento similar ao de um material plástico. o último fator analisado é o custo global por tonelada de minério. apesar do custo relativamente elevado.Injeção a Alta Pressão: A injeção a alta pressão e usualmente conhecida pela denominação de jet grouting vem sendo cada vez mais utilizada devido rapidez e flexibilidade de aplicação. com diâmetro usual entre 0. criando uma parede no interior do maciço. sob alta pressão. deve se confrontar as várias alternativas possíveis. Na seleção do suporte três fatores são importantes. substitui-se a alimentação por uma calda de água cimento. O objetivo primário de um sistema de suporte é mobilizar e conservar inerentes as forças do maciço rochoso. conforme mostrado na figura abaixo. O jet grouting consiste na introdução no solo de uma haste de perfuração com diâmetro entre 60 e 100 mm dotada de uma ponteira com bicos de jato alimentados por água sob pressão. O jato de calda. erguendo-se gradativamente a haste. Numa visão simplificada e de cunho prático. CAPITULO 15: SISTEMAS DE SUPORTE Introdução: A seleção do método de suporte para uma escavação no subsolo depende de uma série de fatores.4 a 0. Para os custos de suporte de mina. Outro fator a ser considerado é o comportamento do maciço. entre 200 e 320 m/s desagrega o solo ao redor da perfuração ao mesmo tempo que produz uma argamassa pela mistura dos grãos do solo com a calda. O processo permite a justaposição das colunas. ao tempo e equipamento requeridos • Vida útil: diz respeito à manutenção e substituição necessária e possíveis reutilizações • Custo global: relacionado à resistência e à aplicação eficiente do material. que era anteriormente auto-suportável. de alta velocidade. O processo de jet grouting aplica se a todos os tipos de solos granulares. 50 . A seguir. com os itens acima. O jateamento e a rotação da haste permitem o rápido avanço da perfuração até a profundidade desejada. desde que a resistência ao corte do solo seja compatível com a força do jato. Figura 33: Desenho esquemático da Injeção a Alta Pressão Ao final do processo obtém-se um cilindro de argamassa chamado de coluna. do ponto de vista técnico e econômico. • Rochas coesas e maciças necessitam apenas de escoramento pontual (esteios. de pequena magnitude. ou passivas. As chamadas obras de contenção a céu aberto tais como os diversos tipos de muros de arrimo (gravidade. São ainda utilizados para introduzir um confinamento suplementar. crib walls e saco-cimento). para atingir o comprimento desejado ou substituída. fazendo com 51 . que é obtido pela aplicação de torque numa porca na extremidade da barra. Posteriormente tracionada. que são elementos introduzidos no maciço. Nem o suporte nem o método de lavra podem ser relacionados independentemente. do maciço. Nos tirantes. em geral uma barra de aço. Sistemas definitivos são empregados para estabilizar a escavação durante toda a sua vida útil. que são elementos aplicados à superfície escavada. Nos chumbadores a barra é introduzida na perfuração e injetada ao longo de toda a sua extensão. tais como: • Que tipo de abertura necessita de suporte (poço. • Subsidência superficial (que pode resultar de colapso). na forma de sistemas temporários ou definitivos. em sua porção rosqueável. Para isso. A rocha é frágil. devem ser examinadas algumas considerações. sendo chamadas de tirantes. presa à extremidade interna da barra de aço.• • • • A rocha tem comportamento similar ao de uma pilha irregular de blocos que interagem entre si. Ancoragem: As ancoragens constam da introdução de um elemento resistente. galeria ou realce)? • A necessidade de suporte é temporária ou permanente? • O suporte necessário é contínuo ou permanente? Em relação à necessidade fundamental de manter a via subterrânea aberta. trinca ou expande-se devido a sua exposição ao ar ou à umidade. concreto projetado e diversos outros métodos. As ancoragens podem ser ativas. que é expandida pelo giro da própria barra de aço a partir de sua extremidade externa. restringindo a deformação e a movimentação do maciço. como galerias de acesso. O sistema mais comum de fixação mecânica dos tirantes consta de uma coquilha. A necessidade de suporte contínuo ou descontínuo é influenciada pela estrutura da rocha. A rocha é auto-sustentável. túnel. Os sistemas de suporte são largamente utilizados em obras subterrâneas nas quais são geralmente. o tracionamento é chamado de protensão. Os sistemas de suporte. a barra é fixada no fim da perfuração. • Prevenção de afluxo de água. externa à perfuração pressionando uma placa de apoio. diversos fatores podem influir no requisito de sua permanência. conhecidas como chumbadores. representados por ancoragens e enfilagens. Um terceiro fator a ser considerado na escolha do suporte está relacionado com o método de lavra. as cortinas atirantadas e microestacas e as obras de reforço de aterros. • Rochas moles ou finamente estratificadas exigem suportes ao longo de linhas (vigas. compreendem a utilização de tirantes e chumbadores. podendo ser aplicados isoladamente ou em associação. concreto armado e cortinas cravadas. para a estabilização de obras transitórias. de manuseio mais fácil. Nos tirantes. com terra armada e solo reforçado com geotéxtil geralmente utilizados para a estabilização de taludes. A barra de aço pode ser emendada por luvas. Sistemas temporários são utilizados para permitir que a escavação seja feita com segurança ou. introduzindo um esforço compressivo no maciço entre as duas extremidades da barra. em ancoragens provisórias. parafusos de ancoragem etc). durante o tempo necessário à extração. ocorrendo o racionamento com os deslocamentos iniciais. Os sistemas de suporte destinam-se a conter deformações e deslocamentos do maciço os a recompor o confinamento do maciço. bem como pelo método de lavra. São eles: • Ventilação. quando a solicitação imposta por uma obra de engenharia ultrapassa a capacidade de auto-suporte do maciço. executadas com equipamentos rotopercussivos a ar comprimido ou hidráulico. por barras de fibra de vidro. • Rochas intensamente fraturadas requerem suporte de toda a área (revestimentos). Uma seleção inteligente do método de lavra pode reduzir os problemas de suporte e também uma seleção inteligente do suporte pode tornar viáveis métodos mais onerosos. tanto para obras a céu aberto como subterrâneas. mecanicamente ou com substâncias aderentes. A rocha trinca ou explode em virtude das altas pressões. pela melhoria de suas características de resistência. inclusive gabiões. melhorando suas características de resistência e por concreto projetado e cambotas metálicas. quadros etc). em perfurações no maciço natural. Os chumbadores em rocha são. O giro da barra adere a resina e seu agente endurecedor.que a coquilha se prenda na parede da perfuração. para melhorar a proteção contra a corrosão. são geralmente empregados para evitar o desprendimento de blocos de rocha das paredes de escavação. Figura 34: Desenho esquemático de tirantes Os tirantes. liquida ou pastosa colocada no furo antes da introdução da barra. em função das condições geológicas locais. Nos tirantes de resina. provocando sua mistura. ao longo de todo o espaço anelar. o sistema tem sido bastante utilizado. como elementos resistentes. 52 . empregam-se duas resinas com tempo diferente de endurecimento. em solo. uma rápida. na extremidade do tirante para a fixação e uma lenta. quando utilizados em sistemas temporários. ao longo da barra. seguindo-se seu endurecimento e fixação na parede da perfuração. para proteção contra a corrosão. Podem ser empregados para a contenção de blocos de rocha ou para o reforço de paredes de escavação. A fixação por aderência geralmente é feita pela introdução de uma resina de poliéster. desde que. entre o tirante e a parede de perfuração. Os tirantes de coquilha podem ser injetados com calda de cimento. geralmente. utilizados em sistemas de suporte temporário e podem ser empregados em sistemas definitivos. devido à facilidade e rapidez na instalação. sendo aplicados esporadicamente. sejam permitidas as deformações necessárias para seu funcionamento. sendo também usados para a fixação de telas metálicas em concreto projetado. em ambos os casos. para a fixação de dutos e outras estruturas e. No caso ilustrado. com tela intermediária e chumbadores aplicados sobre a tela. os tirantes e chumbadores podem ser empregados. para confinar zonas de falha ou zonas cisalhadas. foi prevista a escavação de uma cavidade e seu preenchimento com uma camada de lã de rocha. juntamente com concreto projetado. Em obras subterrâneas. além de drenos de alívio. foram empregadas duas camadas de concreto projetado. 53 . 2 < f < 5. normalmente. dependendo do risco envolvido. Na zona de falha. b = capacidade de carga de cada tirante. devido à possibilidade de ocorrência de minerais expansivos. f = fator de segurança.Figura 35: Desenho esquemático de tirantes Figura 36: Desenho esquemático da localização de tirantes O número de tirantes (n) é dado por: n=p x f / b Sendo: P = peso da cunha de rocha. Usualmente são empregadas barras de aço comum ou especial. Contendo os deslocamentos e deformações do maciço situado logo acima do túnel. Figura 38: Arco de rocha reforçado por tirantes 54 . de acordo com os fabricantes. A camada de lã de rocha tem a finalidade de absorver eventuais tensões de expansão. semelhante à lã de vidro. é constituído por fios muito finos de quartzo e feldspato. evitando sua aplicação diretamente sobre o concreto projetado. comprimentos e os métodos de fixação e proteção são muito variados. sendo inerte e deformável.Figura 37 Desenho esquemático e roteiro para instalação de tirantes Esse material. Produzidos à quente em centrifugas. A zona de resistência incrementada funciona como um arco reforçado de rocha.5 a 5 m. Os tipos de tirantes. atingindo 30 a 40 m de comprimento total e as cargas de trabalho de 150 a 500 kn. com diâmetros entre 20 e 32 mm. diâmetros. em segmentos de 2. Mais tarde o processo de aplicação da mistura foi chamado de shotcrete (1966). cimento e areia. Mais recentemente. chamada de microssilica. recebendo ar comprimido na saída da bomba ou junto ao bico de projeção. reduz a reflexão da mistura na superfície tratada e é menos dependente da habilidade do operador. de forma a evitar seu desplacamento. Figura 39: Desenho esquemático de aplicação de concreto projetado A via seca permite melhor adaptação às condições do maciço. O concreto projetado é largamente utilizado na construção de túneis em solo e rocha. Podem ser usados diversos aditivos. geralmente para acelerar a pega do cimento e para melhorar as características de bombeamento da mistura. A via úmida permite o melhor controle das características tecnológicas da mistura. formando uma camada sobre a superfície a ser tratada. em maciços menos resistentes. Fibras de aço e de polipropileno têm sido usadas para melhorar a resistência á tração do concreto projetado. tem sido adotada a incorporação de areia de granulometria muito fina. por bombas especiais. em que a mistura é bombeada com água. especialmente para melhorar a aderência do concreto projetado. em que a mistura é bombeada a seco. em fluxo de ar de alta velocidade. conhecido como mangoteiro. o concreto projetado passou a ser utilizado no sistema natm (newaustrian tunneling method) de construção de túneis tornando-se o principal procedimento deste método.Concreto Projetado: O concreto projetado é uma mistura pastosa de água. Os primeiros sistemas para aplicação de concreto projetado foram apresentados em 1910 nos Estados Unidos. Entretanto. Na década de 50. recebendo a água apenas no bico de projeção ou alguns metros antes do bico e por via úmida. Traduzido por concreto projetado o processo foi inicialmente utilizado em galerias de mineração e recuperação de estruturas e na construção de silos e tanques. a pressão deverá ser reduzida. O concreto projetado deve ser aplicado com a maior pressão possível para assegurar compacidade adequada. principalmente quando na presença de água. projetada como um jato de alta velocidade. com a mistura sendo chamada de gunita. podendo conter aditivos. no qual é aplicado 55 . O sistema de projeção pode ser por via seca. O dimensionamento da espessura da camada de concreto projetado. Tem sido.como sistema de suporte temporário e definitivo. no menor intervalo de tempo possível após a escavação do maciço. com ou sem teta metálica. reduzindo as irregularidades das paredes do túnel e a perda de carga decorrente de fluxo turbulento. intercalada a 5 cm abaixo da superfície. A tela pode ser fixada com pinos sobre a primeira camada ou. seja para suporte temporário ou definitivo e para revestimento. Em túneis em rocha dura. geralmente. em túneis para finalidades hidráulicas. em função da atitude das descontinuidades. dependendo do grau de fraturamento e da presença de água. o concreto projetado. cada vez mais aplicado como revestimento. com uma tela de aço. 56 . como chumbadores. Também pode ser aplicado como revestimento. geralmente é aplicado com espessura de 5. principalmente em túneis escavados em maciços de solo. por razões práticas e econômicas. adiciona-se uma segunda camada. Figura 40: Desenho esquemático de concreto projetado em túneis de solo e rocha É muito útil em maciços rochosos estratificados ou foliados. Para solos residuais e rochas sedimentares brandas. 10 ou 15 cm. a aplicação como suporte temporário. sobre o maciço. de malha quadrada de 10 cm de abertura. geralmente idêntica à primeira. consiste numa camada com espessura de até 20 ou 25 cm. sendo essencialmente empírico. evitando o desplacamento e a queda de blocos usuais nesse tipo de maciços. quando utilizado como suporte definitivo. Como revestimento definitivo. Para funcionar como suporte temporário o concreto projetado deve ser aplicado tanto em túneis em solo ou em rocha. sendo aplicadas em solos de baixa resistência. introduzidos no solo através de perfurações e submetidos a injeção de calda de cimento. aplicadas em túneis de até 3 m de diâmetro. Podem ser constituídas por barras de aço. os pés das cambotas podem ser travados entre si. da frente de túneis em solo. O espaçamento entre cambotas é. introduzidas com auxílio de marteletes pneumáticos. Nos túneis em rocha.Cambotas Metálicas: As cambotas metálicas são utilizadas como sistemas de suporte em túneis. de forma a possibilitar sua escavação. São introduzidas no maciço através de perfurações. O agulhamento consta da instalação de tubos de pvc rígido. Enfilagens cravadas: são de execução muito simples. cravados no solo ou por perfis e tubos de aço. Figura 41: Desenho esquemático enfilagem tubular injetada 57 . As cambotas podem ser constituídas por perfis de aço tipo i ou h ou por treliças de barras de aço. os pés das cambotas podem ser apoiados em sapatas de concreto para adequar a distribuição dos esforços à capacidade de carga do solo. Bulbo contínuo: a calda de cimento é injetada na perfuração.5 m. com comprimento entre 2 e 3 m. As cambotas escoram. Em túneis construídos em maciços de solo. sendo aplicadas em túneis de diâmetros maiores. podendo alcançar de 10 a 20 m adiante da frente de escavação. cravadas lado a lado. de 1 m. transferindo as cargas para o piso do túnel. através do qual é feita a injeção de cimento por meio de válvulas manchete ou pela extremidade do tubo. ou quando ocorrem esforços laterais. apoiadas diretamente no piso do túnel. encontrados em túneis em rocha e em túneis em solo. Agulhamento: utilizado para a estabilização transitória. o formato de um arco. introduzindo-se a barra ou tubo de aço após completada a injeção. para fins de escavação. construídos em segmentos. apoiando-se no piso do túnel. Enfilagens: As enfilagens são utilizadas para o reforço de maciços de solo. Em solos de baixa capacidade de carga. São instaladas a partir da frente do túnel para a escavação do trecho seguinte. injetados com calda de cimento. acompanhando a abóboda do túnel e as paredes. As enfilagens podem ser constituídas por perfis metálicos de aço. as cambotas são constituídas por elementos metálicos. acima da abóboda de túneis. por meio de segmentos de cambotas instalados sobre o piso ou por uma camada de concreto projetado ou concreto armado. introduzido em perfurações horizontais feitas na frente de escavação proporcionando o reforço da frente com o avanço da escavação e o agulhamento é destruído e refeito para o próximo avanço do túnel. em geral com cerca de 3 m de comprimento ou com chapas de aço. em geral. os empuxos decorrentes das deformações do maciço. de dentro para fora. Geralmente. aparafusados ou soldados de forma a se amoldarem às paredes de escavação. A enfilagem de bulbo contínuo é instalada mais rapidamente e permite um melhor controle da calda do que a enfilagem tubular. usualmente. variando de 0. Enfilagens injetadas: podem ser tubulares ou de bulbo contínuo. Enfilagem tubular: consta de um tubo de aço introduzido na perfuração. geralmente quando o tempo de auto sustentação é muito reduzido.5 a 1. parcialmente. São utilizadas em travessias de falhas e zonas cisalhadas e em trechos de rocha muito alterada ou de solo. de até 100 mm de diâmetro e com comprimento de até 15 m. as cambotas são. Vantagens .altos custos de investimento e de manutenção. a sustentação provisória descontínua é proporcionada. Desvantagens . rampas). Os esteios podem ser de madeira (resistência e deformabilidade. São empregados para a proteção das zonas de trabalho nos alargamentos realizados segundo qualquer dos princípios de lavra. • Pilares artificiais. por quadros e arcos. e de modo geral. e que são instalados de forma a que sejam solicitadas unicamente a compressão axial. Podem ser de madeiras ou metálicos.pequena convergência. sendo assim destinadas ao suporte de maiores cargas. Concepção dos suportes na mineração subterrânea: A afeição geométrica e adequação de suportes para aplicação em mineração subterrânea é um trabalho muito importante. em relação aos quadros. é necessária a formação de uma linha de desabamento. Estas linhas são conseguidas através do emprego de estruturas de sustentação bem mais resistentes que os esteios colocados isoladamente. O arco circular fechado resiste quinze vezes mais que o quadro trapezoidal. Tipos: • Arcos metálicos • Arcos articulados • Arcos deslizantes. atuando assim como verdadeiros pilares. enchimento. Silveira (1987) descreve as baterias de esteios. Nos trabalhos subterrâneos com desenvolvimento linear (poços. São também usadas nos métodos de lavra que deixam aberturas amplas e em áreas onde se desenvolvem fortes pressões. as pilhas também são colunas que se apertam contra as superfícies. Os arcos são pórticos constituídos de elementos curvos (não necessariamente circulares) ou de elementos curvos montados sobre montantes retilíneos. um trabalho desse cunho foi desenvolvido no Canadá. alta eficiência. entretanto. necessidade de mão-de-obra qualificada. a sustentação proporcionada pelos esteios e normalmente completada com a instalação de peças adicionais. galerias. via de regra. Recentemente. admitem pequenas variações na espessura da camada lavrada. Pilhas: Tal como os esteios. Um ponto importante desse projeto. com seus planos situados normalmente ao eixo da escavação. possibilitam alta produção.Esteios: Os esteios também denominados pontaletes ou escoras. além dos esteios e pilhas. qualquer que seja o método adotado (abatimento do teto. segurança na frente de trabalho. de madeira ou metálica entre a cabeça do esteio e o teto da escavação. é que foi feita uma revisão geral dos tipos de suporte existentes e procurou-se através do uso de programas computacionais específicos (dips. podem ser construídos com trilhos ou perfis metálicos ou de concreto. obter com o Maximo de realidade. que são instalados. São empregadas nos painéis de lavra. • Pilhas hidráulicas Nos métodos de lavra onde se deseja o abatimento do teto. ou seja. aos quais ela resiste melhor aos de flexão. podendo-se considerar que tais estruturas exercem funções análogas às dos pilares de rocha. a vantagem de distribuir de maneira mais favorável as pressões que atuam sobre a estrutura. nas aberturas mais amplas. em escavações horizontais ou inclinadas. os pilares artificiais e os suportes hidráulicos auto-marchantes. estas estruturas devem proporcionar uma reação elevada e uniforme ao teto. Quadros e Arcos: Quadros ou jogos são pórticos constituídos de elementos retilíneos que se instalam nas seções das escavações com desenvolvimento lineares (poços verticais ou inclinados e galerias). pois visa conferir segurança e economicidade a uma escavação hipotética. A estas se dá o nome de pilha. comparada ao seu comprimento. de pequena seção transversal. Tipos: • Bateria de esteios. são peças alongadas. quando utilizados isoladamente constituem a forma mais simples de escoramento. • Fogueiras ou gaiolas. Os arcos apresentam. esteios metálicos de atrito e esteios hidráulicos. em áreas onde desenvolvem várias pressões. as condições 58 . resultando uma predominância de esforços de compressão. curva característica). diferindo dos esteios apenas por apresentarem maiores seções. ou seja. unwedge e phasis). abandono de pilares). as fogueiras. Telas soldadas.mecânicas e estruturais que existem em um maciço em estudo. promovendo dessa maneira uma otimização das operações de suporte em minas subterrâneas. onde for requerida maior segurança . Rocha sã . pela tensão induzida. Falhas nas juntas da rocha.com pouca interseção de juntas ou camadas planas resultando em queda de blocos.usar tela de aço para prevenção de queda de pequenos blocos. mantidas tensionadas por parafusos ancorados mecanicamente. um guia bem simples para seleção dos tipos de suportes. se insuportáveis. Não usar concreto projetado ou telas em pontos de contração. Se não for viável o concreto projetado. Os suportes poderiam ser instalados antes de ocorrerem movimentos significativos. Primeiras indicações de falhas provocadas pela alta tensão são notadas em paredes perfuradas e em esquinas de pilares. como as cavilhas. para prevenir queda de rocha aliviada. geradas por boa detonação. Baixa tensão in situ. com um pouco de interseção entre planos de fraqueza. Escolha do tipo de suporte: A sustentação de aberturas subterrâneas geralmente combina os efeitos dos suportes ativos. formando blocos e cunhas. A escolha do tipo de suporte a ser instalado em uma determinada escavação subterrânea depende da extensão sobre a zona fraturada (aliviada) em torno da escavação e das condições gerais do maciço. Instale este reforço durante o desenvolvimento do avanço do desgaste e dos pontos de contração. mas parafusos ancorados mecanicamente são menos adequados para esta aplicação. parafusos ancorados mecanicamente e cabos com os suportes passivos. O padrão de suporte é cavilha cimentada ou swellex. Baixa tensão in situ. O comprimento típico do reforço poderia ser metade da extensão de aberturas com pouco menos de 6 m. Condições da rocha Rocha sã com paredes lisas. Condição de tensão baixa. Abaixo. usados em escavações permanentes. com danos causados pela detonação. agiliza e trabalha com a margem de segurança previa para as mais diversas condições.. Cabos antitensionáveis podem ser usados. telas e malhas de aço que suportam cargas de blocos de rochas isoladas de descontinuidades estruturais ou zonas de rocha fraturada.. Pontos de contração desenvolvidos em rocha boa.. Split sets são adequados para suportar pequenas quantidades em risco. Rochas de qualidade muito baixa. Camada de concreto projetado com aproximadamente 50 mm de espessura. 59 . Parafusos ancorados mecanicamente para prender blocos junto à rocha vizinha. Tipo de suporte sugerido Não é preciso suporte. Baixa tensão in situ. Rochas em blocos encerrados por juntas. Usar parafuso ancorado com cimento (“grouted rebar”) para resistir à deterioração e para suporte dos cumes dos pontos de contração. Espaçamento: metade do comprimento da cavilha. sustentação temporária e em conjunto com quadros metálicos. Tabela 10: Sugestão do tipo de suporte para várias condições da rocha. e entre ½ e 1/3 da extensão para aberturas de 6 a 12 m. mas sujeitos a altas tensões e desgaste durante detonações. usar telas e split sets ou swellex. com falhas e Concreto projetado reforçado com fibras pode ser usado para zonas de cisalhamento (parafusos ou cavilhas não sustentação permanente sob baixas condições de tensão ou para podem ser ancorados neste material). Todo o aparato computacional adéqua. como concreto projetado. com pequenos blocos pendendo da superfície causando deterioração. Rocha sã. Adição de micro-sílica e fibras de aço reduzem a reflexão e aumentam a força do concreto projetado em curva. do tempo de auto suporte e da estrutura mais adequada de sustentação. As empresas de mineração têm desenvolvido classificações específicas para o seu maciço em particular. em função da classe definida para o maciço. através de instrumentação adequada. a partir de determinados parâmetros. Mas que só são efetivos quando o usuário conhece as características do maciço. existem hoje diversos softwares que auxiliam nesta análise. O objetivo de uma classificação geomecânica é processar informação sobre propriedades do material rochoso. Neste sentido.Classificações geomecânicas As classificações geomecânicas de uma forma geral. características de descontinuidades e geometria de escavação para obter valores representativos que propiciem uma base racional para decisões acerca da engenharia de rochas. 60 . indicativos do vão máximo sem suporte.