Introdução a Cartografia Geotécnica - M. F. Costa Pereira - 2009

Prévia do material em texto

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL
OBRAS GEOTÉCNICAS
Introdução à
CARTOGRAFIA GEOTÉCNICA
M. F. Costa Pereira
mfcp@ist.utl.pt http://dminas.ist.utl.pt/OG2009
Carta geotécnica (Engineering geological map)
(1)
Cartografia que contém informações de índole 
geológico-geotécnica necessárias para a 
planeamento e gestão do território e, para os 
projectos, construção e manutenção de obras de 
engenharia
Instrumento de trabalho da Engenharia Geológica
Contém informações sobre as características e 
propriedades do solo e do subsolo de uma 
determinada região
Avaliação do comportamento e previsão dos problemas 
geológicos e geotécnicos
(1) Discussão alargada do tema in http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/cartas/carta03.html
A utilidade das Cartas Geológicas
‰ Topografia
‰ Litologias
‰ Estrutura das formações geológicas
‰ Tectónica frágil e dúctil
‰ Informação hidrogeológica
‰ Informação sobre recursos geológicos
‰ Informação arqueológica
As limitações das Cartas Geológicas
‰ Não contêm dados quantitativos das propriedades 
físicas e mecânicas, nem dados referentes às
heterogeneidades e anisotropia dos materiais
‰ Não apresentam os componentes do meio 
geológico com significado geotécnico e a sua 
influência nos trabalhos de planeamento e de 
engenharia
‰ Não contêm informação sobre a dinâmica do meio 
geológico relativamente à engenharia
Conteúdos gerais das cartas geotécnicas
‰ Descrição e classificação geotécnica dos solos e 
das rochas
‰ Propriedades físicas e mecânicas dos materiais
‰ Condições e processos geomorfológicos
‰ Processos dinâmicos
Factores condicionantes do conteúdo, pormenor e 
grau de complexidade das cartas geotécnicas
‰ Escala e extensão
‰ Objectivos concretos a atingir
‰ Importância dos diferentes factores geológico-
geotécnicos e respectivas relações
‰ Informação disponível, dados e representatividade
‰ Técnicas de representação
UTILIDADE DAS CARTAS GEOTÉCNICAS
‰ Informação descritiva (materiais e processos 
geológicos)
‰ Dados quantitativos (meio geológico, propriedades 
físicas e mecânicas dos materiais)
‰ Informação Interpretativa com relevo para as 
aplicações geotécnica ou de engenharia
AJUDA INSUBSTITUÍVEL PARA O PROJECTO RACIONAL DAS 
OBRAS, NA PREVISÃO DOS PROBLEMAS GEOLÓGICO-
GEOTÉCNICOS DE REGIÕES PARTICULARES, PLANIFICAÇÃO 
DAS INVESTIGAÇÕES IN SITU E NA INTERPRETAÇÃO DOS 
RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CAMPO E DE LABORATÓRIO
CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
PLANEAMENTO REGIONAL
INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA BÁSICA
OBRAS GEOTÉCNICAS
INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA ESPECÍFICA
CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
Específico - apresenta informação sobre um aspecto 
particular de engenharia geológica ou sobre um
objectivo concreto (aterro para resíduos, traçados de 
caminhos de ferro, condições do terreno para fundação
de uma barragem, escavações subterrâneas, etc.).
Múltiplo ou geral - apresenta informação referente a 
diversos aspectos da engenharia geológica, para 
diversos objectivos e utilizações geotécnicos.
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
Temático ou analítico – contém detalhes ou avalia um 
componente do meio geológico (ex. Grau de meteorização, 
grau de fracturação)
Integrado – a) inclui os condiconalismos de todos 
componentes principais do meio geológico; b) divide o 
território em zonas geotécnicas homogéneas
Auxiliar – apresenta dados concretos sobre algum 
aspecto geológico ou geotécnico
Complementar – informação básica sobre algum 
aspecto geológico, geomorfológico, hidrogeológico, etc.
CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
Grande escala (local) > 1:10 000
Escala média 1:10 000 a 1:100 000
Pequena escala (regional) < 1:100 000
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO 
TERRENO
Informação essencialmente qualitativa com
classificações gerais, zonas problemáticas, aptidão
do terreno para diversos usos, etc
CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA
Informação quantitativa de propriedades e 
indicadores geotécnicos
CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO 
TERRENO
‰ Interpretação da cartografia geológica (1:50 000 e 
1:100 000), legenda de origem geológica – utilidade 
limitada
‰ Características geotécnicas das formações
superficiais (1:25 000 a 1:100 000)
Coberturas, solos, aluviões, etc. 
Caracterização qualitativa (por vezes quantitativa) 
e zonamento geral pouco pormenorizado
CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO 
GEOTÉCNICA
‰ Caracterização global do terreno (1:25 000 a 1:50 000) -
grandes unidades geotécnicas, com dados de 
propriedades e indicadores de qualidade
‰ Zonamento geotécnico para projectos de 
engenharia (1:5 000 a 1:25 000) – informação quantitativa 
de acordo com a aplicação (fundações, taludes, 
escavações, materiais de construção, etc.)
‰ Cartografia geotécnica de pormenor (1:100 e 1:2 000) –
informação e dados geotécnicos para uma obra concreta
CONTEÚDO DAS CARTAS GEOTÉCNICAS
Topografia e toponímia
Distribuição e descrição litológica das unidades
geológicas
Espessura dos solos, formações superficiais e rochas
alteradas
Descontinuidades e dados estruturais
Classificação geotécnica de solos e rochas
Propriedades de solos e rochas
Condições hidrogeológicas
Condições geomorfológicas
Processos dinâmicos
Investigações prévias existentes
Riscos geológicos
CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS 
DE SOLOS E DE ROCHAS
Propriedades Geológicas vs. Propriedades Geotécnicas
Composição mineralógica 
e litologia 
Textura e Estrutura
Condições hidrogeológicas
Frequência, distribuição e 
tipo de fracturas. Grau de 
alteração
Densidade e plasticidade dos 
solos; dureza, resistência, 
alterabilidade das rochas
Comportamento mecânico 
(densidade e porosidade)
Consistência dos solos, 
condições de alteração em 
solos e rochas
Resistência, deformabilidade 
e permeabilidade
CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS 
DE SOLOS E DE ROCHAS
Parâmetros geotécnicos a representar na cartografia
‰ Densidade
‰ Porosidade
‰ Consistência e Actividade
‰ Permeabilidade
‰ Resistência à compressão simples e à tracção
‰ Parâmetros resistentes
‰ Deformabilidade
‰ Durabilidade ou alterabilidade
CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS (USCS) 
E DE ROCHAS (ISRM) E CORRELAÇÕES EMPÍRICAS
Metodologia 
IAEG (1981)
CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS 
DE SOLOS E DE ROCHAS
‰ Classificação litológica de rochas
‰ Descrição e Classificação geológico-geotécnica das 
rochas e maciços rochosos
Matriz rochosa cor, textura, estrutura, porosidade, alteração e resistência
Maciço rochoso estrutura, nº descontinuidades, tamanho e forma dos
blocos, grau e perfil de meteorização
Características das descontinuidades
‰ Classificação e descrição geológico-geotécnica dos 
solos
Número e tipo tamanho do grão, matéria orgânica, plasticidade, 
origem do depósito
Descrição do material cor, forma e composição, estado de alteração, 
resistência
Mapa Geotécnico geral de uma região de Toledo (González de Vallejo et al.,2004)
(cont.)
González de Vallejo
et al.(2004)
Região de 
Zaragoza
Mapa com características geomecânicas e factores com incidência na construção
(cont.)
CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS
A presença da água condiciona a escolha dos locais 
de implantação das obras e tem, frequentemente, um 
impacto muito negativo ao nível da prática da 
engenharia ligada à construção dessas obras
Cerca de 75% dos problemas geotécnicos 
relacionam-se directa ou indirectamente com 
a presençada água
Por outro lado, a construção de grandes obras de 
engenharia pode afectar as condições 
hidrogeológicas pré-existentes, criando ou 
amplificando os problemas geotécnicos associados
CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS
OBJECTIVOS
‰ Prever as variações hidrogeológicas no 
terreno provocadas pelas actividades de 
engenharia
‰ Evitar, minimizar ou controlar as 
variações hidrogeológicas
Devem ser cartografadas as zonas inundadas no 
passado e as potencialmente inundáveis, assim 
como a frequência e o período de retorno das 
inundações
CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS – Dados Importantes
‰ Distribuição da água e teor em água dos materiais
‰ Formações aquíferas
‰ Lagos, rios, nascentes
‰ Níveis piezométricos, profundidade e flutuações 
(Estações do ano e outras)
‰ Aquíferos confinados
‰ Fluxos, direcção e velocidade
‰ Zonas e condições de infiltração
‰ Parâmetros hidrológicos: permeabilidade
‰ Propriedades hidroquímicas e qualidade da água
CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS
OBJECTIVOS
‰ Conhecer os processos geradores de 
instabilidade
‰ Identificar as zonas instáveis
‰ Escolher os melhores locais para a 
implantação e os traçados das obras de 
engenharia
CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS – Dados Importantes
‰ Topografia
‰ Elementos do relevo (vales, terraços, vertentes, 
escarpas, etc.)
‰ História recente e desenvolvimento da paisagem e 
do relevo e sua relação com a geologia
‰ Origem, evolução e idade dos elementos 
geomorfológicos
‰ Relação com a hidrogeologia
‰ Relação com processos geodinâmicos internos e 
externos
‰ Previsões de processos de erosão, assentamentos, 
movimentos de vertente, etc.
PROCESSOS DINÂMICOS
OBJECTIVOS
‰ Obter informações espaciais e temporais 
sobre os processos geo dinâmicos
internos e externos
‰ Efectuar a análise de Riscos Geológicos
Perigosidade
Vulnerabilidade
PROCESSOS DINÂMICOS – Dados Importantes
‰ Localização e extensão dos processos
‰ Limites e traços morfológicos associados
‰ Idade (datação)
‰ Intensidade e frequência de ocorrência
‰ Grau de actividade, velocidade
‰ Condições, causas e factores condicionantes
‰ Previsões de processos potenciais
R = P . V. C
R – Risco
P – Perigosidade
V – Vulnerabilidade
C – Custo/valor do elemento exposto
Mapa de inventário
de deslizamentos
Alcoy - Alicante
(González de Vallejo et al.,2004)
Fotografia aérea
+
Reconhecimento
de campo
Informação suporte das cartas geotécnicas
Mapa geológico básico 
+
Fundo topográfico
É comum não existirem mapas geológicos à 
escala requerida pelas obras 
Quando são necessários mapas de escala média 
ou grande, recorre-se normalmente aos mapas 
disponíveis na escala 1:50 000 ou 1:25 000, 
complementando-os com levantamentos de 
campo detalhados
ZONAMENTO GEOTÉCNICO
Consiste na classificação de zonas geotecnicamente
homogéneas, que podem incluir diferentes idades 
geológicas – UNIDADES GEOTÉCNICAS. São divisíveis 
em subunidades
O pormenor e grau de homogeneidade depende da 
escala, do objectivo e dos dados disponíveis
Nos mapas específicos para aplicações concretas, o 
zonamento deve basear-se nos parâmetros ou 
condições geotécnicas e nos fenómenos ou processos 
geológicos que dizem respeito ao objectivo do mapa
Qual o objectivo do mapa ?
UNIDADES PARA CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA
Designação Tipo de Uniformidade
TIPO GEOTÉCNICO
(ESCALA GRANDE)
TIPO LITOLÓGICO
(ESCALA GRANDE OU MÉDIA)
COMPLEXO LITOLÓGICO
(ESCALA MÉDIA A PEQUENA)
CONJUNTO LITOLÓGICO
(ESCALA PEQUENA)
Litológica e física
Valores médios das propriedades
Composicional, textural e estrutural
Intervalo de valores
Genética e de tectónica - grupos de 
tipos litológicos relacionados
Dados de litologias individuais e 
comportamento geral da unidade
Genética e de tectónica - vários 
complexos litológicos
Propriedades geotécnicas muito gerais U
N
I
F
O
R
M
I
D
A
D
E
 
C
R
E
S
C
E
N
T
E
IAGEG (1981); Unesco - IAEG (1976)
REPRESENTAÇÃO DOS DADOS
MAPA + LEGENDA + MEMÓRIA*
Não existe um procedimento padrão, entre as 
principais associações de Engenharia Geológica, em 
relação aos dados representados nas cartas e no modo 
como são apresentados
* Inclui resultados dos reconhecimentos e investigações 
realizadas, os dados obtidos, as metodologias e critérios 
utilizados para elaborar o mapa, sendo frequente incluir as 
classificações geológico-geotécnicas dos materiais, 
colunas de sondagens, folhas de resultados de ensaios e 
fotografias com aspectos de interesse geotécnico
REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO NO MAPA
‰ Atribuição de propriedades geológico-
geotécnicas às diferentes unidades 
estabelecidas
‰ Delimitação as zonas homogéneas 
relativamente a propriedades individuais
‰ Zonamento em unidades geotécnicas 
homogéneas e indexando valores 
quantitativos
‰ Isolinhas de valores quantitativos
sondagens
Exemplos de diagramas para representação 
de dados pontuais
ensaios
APLICAÇÕES INFORMÁTICAS E SIG 
‰ Tratamento automático dos dados
‰ Mapas de elementos ou factores 
individuais ou combinados entre si
‰ Preparação de bases de dados
‰ Actualização contínua dos mapas com 
dados e informação
‰ Preparação de modelos 3D e simulação 
de acções sobre o terreno
CORTES GEOTÉCNICOS
Imprescíndíveis em projectos de fundações, barragens, 
obras subterrâneas, etc.
González de
Vallejo
et al.(2004)
Perfil de sectorização geomecânica de um túnel
‰ Profundidades pelo menos iguais às da região de trabalho
‰ Não incluir interpretações subjectivas
(Legenda perfil anterior)
* **
** desmonte com explosivos* Ripável - Removível com rippers
Os métodos de obtenção de dados com vista à criação 
de mapas geotécnicos devem incluir os métodos 
habituais em engenharia geológica, complementados 
com 
MÉTODOS DE PROSPECÇÃO INDIRECTA
MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DIRECTA
de acordo com o tipo e objectivo do mapa e da 
complexidade da zona em estudo. O tempo disponível 
também poderá condicionar a realização destes 
mapas. 
A fase final compreende
SELECÇÃO, ANÁLISE, INTERPRETAÇÃO DOS DADOS
Método Dados para cartografia geotécnica
Foto-interpretação e teledeteção Cartografia de solos e rochas 
Estruturas geológicas
Hidrologia e redes de drenagem 
Processos dinâmicos
Reconhecimento e recolha de 
dados de Campo
Aspectos geológicos e geomorfológicos
Dados e medidas geológico-geotécnicas
Métodos geofísicos Resistividade eléctrica:
Porosidade, fracturação, saturação, salinidade 
Profundidade do nível freático
Profundidade do substrato rochoso
Sísmica:
Densidade, módulo de deformação 
Grau e profundidade de zonas alteradas
Profundidade do substrato rochoso
Sondagens, valas e amostras Colheita de amostras representativas
Observação directa dos materiais 
Propriedades físicas e características do terreno 
Condições hidrogeológicas
Ensaios in situ Propriedades resistentes e deformacionais
Tensões naturais
Permeabilidade, pressão de água
Dados de ensaios em sondagens
Ensaios de laboratório Propriedades físicas e mecânicas dos materiais
PLANEAMENTO DO TERRITÓRIO
REGIONAL LOCAL E URBANO
MAPAS INTEGRADOS COM DIVERSOS 
ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS
(ESCALAS MÉDIA E PEQUENA)
‰ SELECÇÃO DOS LOCAIS ADEQUADOS, 
AMBIENTALMENTE FAVORÁVEiS OU SUSTENTÁVEIS
‰ SOLUÇÃO DE COMPROMISSO ENTRE ASPECTOS 
TÉCNICOS, ECONÓMICOS E AMBIENTAIS
‰ SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DURANTE AS FASES DE 
DESENVOLVIMENTO, PROJECTO E CONSTRUÇÃO
Mapa geotécnico geral (Tenerife)
(
G
o
n
z
á
l
e
z
d
e
 
V
a
l
l
e
j
o
e
t
a
l
.
,
2
0
0
4
)
A – Muito expansivo
B – Expansivo
C – Ligeiramente expansivo
D –Não expansivo
Afloramentos
rochosos 
ou com 
coberturas < 2m
ENGENHARIA
ESTUDOS PRÉVIOS OU DE VIABILIDADE PARA SELECÇÃO 
DE LOCALIZAÇÃO DE OBRAS OU DE TRAÇADOS
INFORMAÇÃO E DADOS PARA O PROJECTO 
E CONSTRUÇÃO DA OBRA
MAPA + CORTES OU PERFIS GEOTÉCNICOS
(ESCALA GRANDE)
‰ Localização das sondagens e investigações realizadas
‰ Processos dinâmicos (deslizamentos e subsidências), áreas 
instáveis e riscos geológicos
‰ Aptidão geotécnica para fundações e suportes 
‰ Taludes em escavações
‰ Localização e qualidade dos materiais de empréstimos
(González de Vallejo et al.,2004)Cidade de Cartagena – Murcia
Legenda simplificada. Escala 1:15 000
Bibliografia recomendada
Geological Society of London (1972). The preparation of maps and
plans in terms of engineering geology. Qt. J1. Engineering 
Geology, voI 5, pp. 239-381.
IAEG (1981). Rock and soils description and classification for 
engineering geological mapping. Report by the IAEG Commission 
on Engineering Geologi-cal Mapping. BulI. of the IAEG, n.º 24, pp. 
235-274.
UNESCO-IAEG (1976). Engineering geological mapping. A guide to 
their preparation. Commision on Engineering Geological Maps of 
the IAEG. Earth Sciences, 15. The Unesco Press.
Referência principal da apresentação
González de Vallejo, L.; Ferrer M.; Ortuño L. & Oteo C. (2004). 
Ingeniería Geológica. Pearson Educación, Madrid. 744 p.