Trabalho-de-Geologia-Barton-ABNT

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ASSOCIAÇÃO EDUCACIONAL DOM BOSCO 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE RESENDE
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
TÚNEIS, MACIÇOS ROCHOSOS e SISTEMA Q
TRABALHO DE GEOLOGIA
Engenharia Civil – 3º ano 
André Luiz Lamim Dias Filho
Bruno Luiz de Souza Ribeiro
Fábio Santos Patrocínio
Ítalo Souza Gomes 
Maximiliano M. Da Silva
Patrick Alvarenga
Robert William da Silva
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16277105
13277020
14277193
14275089
15277155
Professor: Felipe Lemos
RESENDE RJ, OUTUBRO
2016
SUMÁRIO
1	INTRODUÇÃO	2
2	LOCALIZAÇÃO	3
3	ESCAVAÇÃO EM MACIÇOS ROCHOSOS	4
4	CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE	4
5	MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO	4
5.1	Utilização de Explosivos	5
5.2	Escavação Mecânica	8
6	CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS	8
7	CLASSIFICAÇÃO: BARTON (SISTEMA Q)	9
7.1	Aplicações	14
8	CONCLUSÃO	15
9	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	15
INTRODUÇÃO
Os túneis e as obras subterrâneas têm adquirido uma importância crescente no planejamento e gestão do espaço, tanto em áreas urbanas como no atravessamento de zonas montanhosas. As inúmeras vantagens da utilização do espaço subterrâneo são apenas ensombradas pelos seus custos associados, por tratarem-se de estruturas complexas executadas por técnicos e empresas altamente especializados.
Ao longo dos tempos, vários autores têm desenvolvido critérios de classificação dos maciços rochosos em função da sua escavabilidade (como em túneis). Estes critérios baseiam-se em diversos parâmetros de avaliação, existindo alguns de concepção simples e outros que incorporam um largo conjunto de características dos materiais e de equipamentos propostos.
A escavação dos maciços rochosos depende de duas características principais do maciço: a capacidade de resistência da rocha e as características de fraturação existentes. Os parâmetros utilizados pelos diversos autores tendem a refletir estas duas características do maciço, incorporando fatores como a resistência à compressão uniaxial, resistência à carga pontual, resistência à tração, número de Schmidt, velocidade das ondas sísmicas, dureza, grau de alteração, grau de abrasividade, espaçamento de diaclases, RQD (Rock Quality Designation), RMR (Rock Mass Rating), parâmetros do sistema de classificação Q de Barton, continuidade, orientação e preenchimento de diaclases, possança média dos estratos, tamanho de blocos, etc. Porém o trabalho a seguir, visa entender o Sistema Q, de Barton, utilizado em túneis.
LOCALIZAÇÃO
Este trabalho pretende resumir o estado da arte da construção de túneis, com especial enfoque para os métodos e técnicas praticados em Portugal.
Devido à vastidão do tema, alguns assuntos serão tratados superficialmente, tendo se optado unicamente pela sua descrição, devido ao fator de constituírem matérias importantes e de estarem relacionados com todas as fases de projeto e de execução deste tipo de obras, dos quais serão apenas descritos os aspectos relacionados com os túneis.
Extraído da Carta Geológica de Portugal (Esc. 1/50000), folha 34-C – Cascais, com a implantação dos túneis da 2ª fase do IGSSCE.
ESCAVAÇÃO EM MACIÇOS ROCHOSOS
A escavação em maciços rochosos é uma atividade complexa e com enormes repercussões na eficiência da construção de túneis. Em termos geotécnicos esta atividade é, possivelmente, a que maiores implicações acarreta para a execução de uma obra subterrânea. 
As vertentes ligadas ao método de escavação, equipamentos utilizados e velocidades de avanço, afetam praticamente todas as operações que se realizam a jusante, nomeadamente a remoção de escombros, o dimensionamento e instalação de suportes (primários e secundários), as atividades acessórias (ventilação, drenagem, iluminação) e, em última análise, as condições globais de segurança do túnel. 
Consoante se pretenda realizar uma obra subterrânea em terrenos brandos ou em maciços rochosos competentes, com desenvolvimento horizontal ou vertical, com grande ou pequena secção, longe ou perto de zonas urbanas, assim se utilizam métodos de escavação e equipamentos significativamente distintos. 
A escavação de túneis pode desenrolar-se de duas formas distintas: escavação subterrânea e escavação a céu aberto. A opção por qualquer uma destas metodologias prende-se, sobretudo, com questões econômicas relacionadas com o tipo de maciço, profundidade dos trabalhos e a existência ou não de estruturas superficiais. Como foi referido na introdução deste trabalho, a execução de túneis a céu aberto (cut and cover) não será aqui abordada.
Os métodos de escavação, nomeadamente o seu faseamento e as velocidades de avanço, estão intimamente ligadas aos cálculos dos sistemas e tipos de suporte, existindo também reciprocidade no sentido inverso.
CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE
Entende-se por escavabilidade de um maciço rochoso, a sua capacidade de resistência à ação proporcionada pelos equipamentos de escavação, tanto os mecânicos como os explosivos. Esta apetência do maciço para ser desagregado, é um fator determinante nas fases de projeto e de execução.
MÉTODOS DE ESCAVAÇÃO
Os maciços rochosos, como elementos geológicos complexos, só raramente possuem as características de homogeneidade, isotropia e continuidade que lhes são frequentemente atribuídos. Desta forma, poderá não ser suficiente a utilização de um único método ou técnica de desmonte de rocha, para a escavação integral de uma obra subterrânea. 
Se bem que seja econômica e tecnicamente inviável a substituição frequente dos métodos de escavação no decorrer da abertura de um túnel, existem adaptações possíveis nos diferentes métodos, dependentes das características do maciço e das condicionantes locais. Estas variantes, consoante o processo em uso, traduzem-se na aplicação de equipamentos de diferente potência ou sistema de corte, ou na adaptação sucessiva do diagrama de fogo no caso de desmonte com explosivos.
Existem vários métodos de escavação em secção parcial, usualmente classificadas de acordo com o país de origem. A Figura 1 ilustra alguns dos métodos mais importantes de escavação parcial.
Figura 1 Métodos de escavação parcial
Utilização de Explosivos 
As técnicas de utilização de explosivos têm sido estudadas por numerosos autores, existindo atualmente diversos métodos de aplicação destes produtos. Os diagramas de fogo dependem, para a sua eficiência, de diferentes variáveis que incluem o número e orientação dos furos, tipos e quantidade de explosivos, número e sequência de retardos, etc.
A ordem de disparo referida pode ser alterada mediante os objetivos a atingir, existindo diagramas de fogo onde os primeiros furos a detonar são os de contorno. Esta técnica, denominada de pré-corte, tende a minorar os efeitos nefastos para o maciço, criando uma superfície de descontinuidade por onde não se transmitem as vibrações provenientes das outras sequências de disparo.
Figura 2 Zonas de um diagrama de fogo tipo num desmonte subterrâneo
O princípio que rege a aplicação de explosivos em subterrâneo, onde existe geralmente apenas uma face livre, é a sucessiva criação de vazios para onde a rocha possa ser desmontada. Para a obtenção deste efeito existem várias técnicas de disposição dos furos e retardos, das quais se apresentam três exemplos na Figura 3, com a sequência de retardos numerada. O diagrama A refere-se a um desmonte em leque ou caldeira italiana, o diagrama B representa um desmonte em cunha ou em VV múltiplos (V Cut) e o diagrama C descreve um desmonte com caldeira cilíndrica ou burn-cut.
Figura 3 Diagramas de fogo tipo para desmonte subterrâneo. A - Caldeira em leque (ou italiana). B - Caldeira em V; C - Caldeira cilíndrica (adaptação de Langefors et al, 1976)
Escavação Mecânica 
A tecnologia associada aos equipamentos mecânicos é bastante complexa, envolvendo distintos componentes que variam quanto à forma, técnica de emprego e campo de aplicação. A descrição apresentada neste subcapítulo não pretende ser exaustiva, propondo-se apenas aflorar os principais tipos de máquinas existentes e o seu domínio de aplicação. 
O desmonte mecânico de um túnel pode ser realizado, sem prejuízo das variantes existentes,
por dois métodos principais: abertura em secção plena e abertura faseada.
Figura 4 A - Tuneladora sem escudo (adaptação de Fernandéz Gonzaléz, 1997); B - Tuneladora com escudo (adaptado de Gallerie, 1996)
Figura 5 A - Roçadora de braço (adaptado de Ferrocemento, s.d.); B - Roçadora de braço Noell - NTM 160H (adaptado de López Jimeno e Garcia Bermúdez,1997).
CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS 
As classificações geomecânicas são utilizadas para caracterizar os maciços rochosos através de um conjunto de propriedades identificadas por observação direta e ensaios realizados in situ ou em amostras recolhidas em sondagens. O interesse destas classificações consiste também em sistematizar o conjunto de elementos geotécnicos que interessa caracterizar num determinado maciço rochoso. 
Entre as várias classificações geomecânicas referem-se às de Bieniawski (Sistema RMR) e Barton (Sistema Q).
1 CLASSIFICAÇÃO: BARTON (SISTEMA Q)
Com fundamento na observação dum grande número de escavações subterrâneas, Barton, Lien e Lund, do Norwegian Geotechnical Institute, propuseram, em 1974, uma classificação que assenta na definição de um índice de qualidade Q baseado na análise de 6 factores considerados relevantes para a caracterização do comportamento dos maciços rochosos. 
O valor numérico do índice Q apresenta um largo campo de variação, entre 10-3 e 103, e é determinado pela expressão seguinte:
Os parâmetros da expressão de Barton têm o significado indicado nas Tabela 1 a Tabela 6.
É de salientar que os três quocientes que compõem a expressão correspondem a três aspectos relativos ao maciço rochoso: 
1. RQD / Jn caracteriza a estrutura do maciço rochoso e constitui uma medida do bloco unitário deste; o seu valor, variável entre 200 e 0,5, dá uma ideia genérica da dimensão dos blocos; 
2. Jr / Ja caracteriza as descontinuidades e/ou o seu enchimento sob o aspecto da rugosidade e do grau de alteração; este quociente é crescente com o incremento da rugosidade e diminui com o grau de alteração das paredes em contacto directo, situações a que correspondem aumentos da resistência ao corte; o quociente diminui, tal como a resistência ao corte, quando as descontinuidades têm preenchimentos argilosos ou quando se encontram abertas; 
3. Jw / SRF representa o estado de tensão no maciço rochoso; o factor SRF caracteriza o estado de tensão no maciço rochoso, em profundidade, ou as tensões de expansibilidade em formações incompetentes de comportamento plástico, sendo a sua avaliação feita quer a partir de evidências de libertação de tensões (explosões de rocha, etc.), quer a partir da ocorrência de zonas de escorregamento ou de alteração localizada; o factor Jw representa a medida da pressão da água, que tem um efeito adverso na resistência ao escorregamento das descontinuidades. 
Os valores atribuidos para cada parâmetro encontram-se listados, e os valores do sistema Q podem abranger de Q = 0,001 a Q = 1000 em uma escala logaritmica de qualidade de massa rochosa.
Tabela 1 RQD - Designação da qualidade da rocha (Q.1)
Tabela 2 Índice das famílias de juntas (Q.2)
Tabela 3 Índice de rugosidade das juntas (Q.3)
Tabela 4 Ja - Grau de alteração das descontinuidades (Q.4)
Tabela 5 Jw - Índice das condições hidrogeológicas (Q.5)
Tabela 6 SRF - Fator de Redução de Tensões (Q.6)
Tabela 7 Índice de segurança ESR para diferentes obras subterrâneas (Q)
Figura 6 Classes de suporte definidas para o Sistema Q ( Grimstad e Barton, 1993)
Aplicações
A classificação do sistema Q é aplicada na definição do tipo de suporte necessário as escavações subterrâneas. De acordo com a nota obtida na classificação realizada pelo sistema Q e com a dimensão equivalente do trecho escavado, são separadas 38 sugestões de suporte, conforme ilustrado no gráfico da figura 00, abaixo:
Figura 7 Carta de suporte de escavação para as 38 categorias de suporte, baseadas na Classificação Q (Barton et al. 1974)
A discussão de todos os tipos de tratamento sugeridos, todavia, não serão discutidos neste trabalho, uma vez que não está em seu escopo o detalhamento dos tipos de tratamento necessários para cada classe de maciço.
CONCLUSÃO
A execução de um túnel, desde a sua concepção até à entrada em serviço, engloba um vasto conjunto de conhecimentos, exigindo a participação de várias especialidades, com vista à constituição de uma desejável equipa multidisciplinar. Assim, para uma evolução alicerçada deste ramo da Engenharia, não poderá continuar a dominar o empirismo, exercido por entidades mais preocupadas com os aspectos económicos imediatos do que com os fatores técnicos dos empreendimentos.
A utilização de classificações geomecânicas com a finalidade de classificação de maciços rochosos e seu adequado tratamento para fins de estabilidade e segurança de obras de engenharia é um procedimento corriqueiro. Neste trabalho, podemos observar que mesmo estas classificações sendo interpretativas e realizadas com base em uma amostra de maciço rochoso, elas representam bem a geologia e fornecem uma boa aproximação das condições de qualidade de maciços rochosos, permitindo uma previsão do tipo de tratamento necessário para cada setor das escavações e em que quantidade, evitando falta de material necessário para tratamento. 
Falado isso, o trabalho (pesquisa) teve um resultado satisfatório, pois, é um campo muito vasto e rico em detalhes, e como foi uma pesquisa e não uma vivência prática, alguns dados não foram possíveis de obter, pois, além da vasta gama de informações sobre o conteúdo, para seu entendimento por completo, teriam que ter sido abordado outras partes, como o projeto desde o início, a classificação por “in situ”, classificação RMR e a correlação entre as classificações geomecânicas RMR e Q e sua relevância geológica, pois elas se interagem entre si, assim, como todo o trabalho, e não faria sentido pegar somente os resultados, sem saber de onde vieram, ou seja, é um conjunto de informações.
2 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
· Caio CHRISTOFOLLETTI - Correlação entre as classificações geomecânicas RMR e Q e sua relevância geológica – Universidade de São Paulo, Instituto de Geociências (2004).
· Mário José Nascimento BASTOS – A geotécnica na concepção, projeto e execução de túneis em maciços rochosos – Universidade Técnica de Lisboa, Instituto Superior Técnico (1998)
· Ingeniería geológica / Luis I. González de Vallejo [et al.] - Madrid [etc.]: Prentice Hall, 2002.
· Practical Rock Engineering / Evert Hoek, 2000 Edition, http://www.rocscience.com
Acessado em: 24 de outubro de 2016.
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