Tratamento de maciços

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – ESCOLA DE MINAS 
 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE BARRAGENS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OS CONDICIONANTES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS EM OBRAS DE USINAS 
HIDRELÉTRICAS – O CASO DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO 
QUEIMADO 
 
 
 
AUTOR: ROMILDO DIAS MOREIRA FILHO 
 
ORIENTADOR: Prof. Dr. Rodrigo Peluci de Figueiredo (UFOP) 
 
 
 
 
 
 
Dissertação apresentada ao Programa de 
Pós-Graduação em Engenharia de Barragens 
do Departamento de Engenharia Civil da 
Escola de Minas da Universidade Federal 
de Ouro Preto, como parte integrante dos 
requisitos para obtenção do título de 
Mestre em Engenharia de Barragens, área 
de concentração: Geotecnia de Barragens. 
 
 
 
 
 
Ouro Preto, Outubro de 2003. 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – ESCOLA DE MINAS 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL 
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE BARRAGENS 
 
 
 
 
OS CONDICIONANTES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS EM OBRAS DE USINAS 
HIDRELÉTRICAS – O CASO DO APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO 
QUEIMADO 
 
 
AUTOR: ROMILDO DIAS MOREIRA FILHO 
 
 
 
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO PROFISSIONAL SUBMETIDA AO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL DA UNIVERSIDADE FEDERAL 
DE OURO PRETO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A 
OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE. 
 
 
APROVADA POR: 
 
 
 
Prof. Dr. Rodrigo Peluci Figueiredo (Orientador / UFOP) 
 
 
 
Prof. Dr. Frederico Garcia Sobreira (Examinador Interno / UFOP) 
 
 
 
Prof. Dr. Eduardo Antônio Gomes Marques (Examinador Externo / UFV) 
 
 
 
 
 
 
 
Ouro Preto, de Outubro de 2003 
 
 ii
 
 
FICHA CATALOGRÁFICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 iii
 
 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico esta dissertação com especial carinho a minha esposa Cristina Costa Borges 
Moreira e a meus filhos Elisa Borges Moreira e Pedro Paulo Borges Moreira que sempre 
me deram o apoio, o incentivo e a compreensão necessária para resistir ao cansaço e 
persistir no caminho da procura de meu aprendizado e ascensão profissional na área da 
Engenharia de Barragens. 
 
 
 
Agradeço também a Deus e a meu Anjo Guardião pela proteção divina e por não me deixar 
faltar a força, por me conduzir no bom caminho a procura de minha própria evolução e por 
me amparar durante meus momentos de insegurança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 iv
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Faço agradecimentos especiais a todos aqueles que de alguma forma colaboraram para que 
eu pudesse chegar ao final do meu mestrado profissional com sucesso. 
 
Ao meu orientador Prof. Rodrigo Peluci Figueiredo, aos professores e colegas do curso de 
mestrado profissional em Engenharia de Barragens da Universidade Federal de Ouro Preto, 
em especial ao colega Cléber José de Carvalho. 
 
Agradeço também aos colegas de trabalho da CEMIG Ana Luísa Cosso Lima, Laurenn 
Wolochate Aracema, Luiz Carlos Gomide, Reginaldo Araújo Machado, Silvana Perdigão 
Albergaria, Élcio Braga, Wilson Amaral Júnior, Tibiriçá Gomes de Mendonça e Milton 
Saúde Soares. 
 
Agradecimento especial aos estagiários da CEMIG Diogo Braga Brandani, Reuber Ferreira 
Cota, Bruno Corrêa Daconti e Juliana de Brito Almeida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 v
 
 
RESUMO 
 
Esta dissertação de mestrado profissional teve como objetivo principal analisar os 
condicionantes geológico-geotécnicos do Aproveitamento Hidrelétrico de Queimado 
situado no rio Preto, Bacia Hidrográfica do rio São Francisco, no limite dos estados de 
Minas Gerais, Goiás e Distrito Federal. 
 
Este assunto tornou-se de grande importância devido ao grande volume de obras 
subterrâneas envolvidas e por se tratar de uma modalidade de contratação do tipo turn-key, 
onde mudanças importantes nas condições geológicas previstas nas fases de projeto 
poderiam resultar em aumento de custos e prazos de execução das obras. 
 
Neste trabalho os modelos geológico-geotécnicos previstos em projeto foram confrontados 
com as situações de campo realmente encontradas nas escavações dos taludes, fundações e 
áreas subterrâneas (túneis de acesso, de adução, de fuga, caverna da casa de força, condutos 
forçados, galerias de drenagem e poços) dentro de uma análise crítica desta previsibilidade 
de projeto em relação aos dados obtidos na obra do AHE Queimado. 
 
Foram avaliadas as características geológico-geotécnicas dos maciços rochosos inclusive 
comparando-se os sistemas de suporte (contenção) previstos em projeto e os realmente 
aplicados, além dos níveis de fundação. Todos os condicionantes geológico-geotécnicos 
encontrados foram avaliados também do ponto de vista das soluções implementadas pelo 
projeto civil de escavação e tratamentos, antes e durante o desenvolver das obras. 
 
Esta dissertação de mestrado poderá subsidiar estudos futuros para aproveitamentos 
hidrelétricos que porventura possuam alguma semelhança com as características de grandes 
volumes de escavação subterrânea como o de Queimado, ou de geologia local em terrenos 
de rochas carbonáticas sujeitas a formação de estruturas de dissolução e cortadas por 
grandes estruturas de cisalhamento (shear zones). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 vi
 
 
ABSTRACT 
 
This Master’s Degree dissertation of had as objective main to analyse the geological-
geotecnical conditions of the Queimado Hydroelectric Power Plant, located in the Preto 
river, hydrografic basin of the São Francisco river, on the border between Minas Gerais, 
Goiás and Distrito Federal states. 
 
This subject became very important due to the enormous volume of underground works 
involved and also because the turn-key contract modality, where important changes in the 
geological conditions could implies in costs increases and execution periods extents. 
 
In this study we will able to compare the project geological-geotecnical expected models 
with the real field situations found in the all excavations works. 
 
Then the rock mass geological-geotecnical features where avaluated including the 
contention support systems suppose by the project team against to the really applied in the 
tunnels, in addition to the others field solutions that have been applied concernig to the 
excavation works and walls treatment and foudation levels. 
 
Finally, we believe that this thesis could help future studies for hidroelectric exploitation 
plants under geological-geotecnical similar conditions like carbonatic rocks with 
dissolution structures and large shear zones or great volumes of underground excavactions. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 vii
 
 
ÍNDICE 
 
Capítulo Página 
 
1 INTRODUÇÃO 1 
1.1 OBJETIVOS 2 
1.2 METODOLOGIA 2 
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 3 
 
2 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS 
ROCHOSOS 4 
2.1 CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA 4 
2.1.1 Grau de decomposição 5 
2.1.2 Graus de consistência, resistência, índices físicos 6 
2.1.3 Espaçamento das fraturas 7 
2.1.4 Condições das fraturas 7 
2.1.5 Permeabilidade 8 
2.2 CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS 9 
2.2.1 Sistema de Classificação RMR 9 
2.2.2 Sistema de Classificação Q 11 
2.3 ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS 18 
2.3.1 Ensaio de compressão puntiforme 18 
2.3.2 Ensaio de compressão uniaxial 19 
2.3.3 Ensaio de compressão triaxial 20 
2.4 MODELOSGEOMECÂNICOS 21 
 
3 PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE DE ROCHAS, 
DESCONTINUIDADES E MACIÇOS ROCHOSOS 23 
3.1 PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA DAS ROCHAS 23 
3.2 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE DESCONTINUIDADES 25 
3.2.1 Características geométricas das descontinuidades 25 
3.2.2 Critérios de resistência de descontinuidades 26 
3.3 DEFORMABILIDADE DE DESCONTINUIDADES 30 
3.4 RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE DE MACIÇOS ROCHOSOS 31 
3.4.1 Critério de ruptura de Hoek e Brown 31 
3.4.2 Critério de ruptura de Mohr-Coulomb 34 
3.4.3 Deformabilidade de maciços rochosos 36 
 
4 PROJETO DE ESTRUTURAS EM MACIÇOS ROCHOSOS 37 
4.1 CONDICIONANTES GEOLÓGICOS 37 
4.2 TRATAMENTO DE MACIÇOS NATURAIS 39 
4.2.1 Sistemas de suporte em maciços rochosos 39 
4.3 MÉTODOS EMPÍRICOS DE DIMENSIONAMENTO DE SUPORTES 43 
4.3.1 Método pelo Sistema de Classificação RMR 43 
4.3.2 Método pelo Sistema de Classificação Q 45 
 viii
4.4 ESTADOS DE TENSÃO IN SITU 47 
4.5 ANÁLISE CINEMÁTICA DE TALUDES EM ROCHA 49 
4.5.1 Tratamento dos dados estruturais 49 
4.5.2 Escorregamento segundo estruturas planares 50 
4.5.3 Escorregamento em cunha 52 
4.5.4 Escorregamento de blocos 54 
4.6 BLOCOS INSTÁVEIS EM ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS 55 
4.6.1 Contenção de cunhas de rocha 56 
 
5 APROVEITAMENTO HIDRELÉTRICO (AHE) QUEIMADO 58 
5.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO AHE QUEIMADO 58 
5.2 ASPECTOS GEOLÓGICOS REGIONAIS 59 
5.2.1 Geomorfologia 59 
5.2.2 Geologia do entorno do empreendimento 60 
5.2.2.1 Grupo Paranoá 61 
5.2.2.2 Formação Paracatu 62 
5.2.2.3 Formação Vazante 62 
5.2.2.4 Coberturas Terciário-Quaternárias 62 
5.2.3 Geologia da área do reservatório 62 
5.2.4 Estratigrafia da cachoeira do Queimado 63 
5.3 ASPECTOS DA GEOLOGIA LOCAL LEVANTADOS NA FASE DE PROJETO 64 
5.3.1 Aspectos litológicos 64 
5.3.2 Aspectos estruturais 67 
5.3.3 Aspectos geológico-geotécnicos 68 
5.3.3.1 Maciço rochoso 69 
5.3.3.2 Solo residual e saprolito 69 
5.3.3.3 Solos de cobertura 68 
5.3.4 Caracterização geotécnica e geomecânica 70 
5.4 CONDICIONANTES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS E SISTEMAS DE 
SUPORTE DE PROJETO 71 
5.4.1 Obras de desvio 72 
5.4.2 Barragem 74 
5.4.3 Vertedouro 76 
5.4.4 Circuito Hidráulico de Geração 77 
5.4.5 Diques de contenção 82 
5.5 MAPEAMENTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS 83 
5.5.1 Dados estruturais globais fornecidos pelos mapeamentos 85 
5.5.2 Túnel de desvio 86 
5.5.3 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 89 
5.5.4 Casa de força 91 
5.5.5 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 94 
5.5.6 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 95 
5.5.7 Túneis de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) e a câmara de 
stoplog (túnel 5) 95 
5.5.8 Tomada d’água 98 
5.5.9 Túnel de adução 99 
5.5.10 Túnel de fuga 101 
 ix
5.5.11 Vertedouro 104 
5.5.12 Barragem 105 
5.6 CONDICIONANTES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS 107 
5.6.1 Túnel de desvio 107 
5.6.2 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 109 
5.6.3 Casa de força 110 
5.6.4 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 111 
5.6.5 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 111 
5.6.6 Túnel de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) 112 
5.6.7 Tomada d’água 114 
5.6.8 Túnel de adução 115 
5.6.9 Túnel de fuga 116 
5.6.10 Vertedouro 117 
5.6.11 Barragem 122 
5.7 ENSAIOS GEOMECÂNICOS 129 
5.8 CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DO MACIÇO ROCHOSO 133 
5.8.1 Túnel de desvio 133 
5.8.2 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 135 
5.8.3 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 138 
5.8.4 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 141 
5.8.5 Túnel de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) 142 
5.8.6 Túnel de adução 144 
5.8.7 Túnel de fuga 146 
5.8.8 Casa de força 148 
5.9 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE DO MACIÇO 
ROCHOSO 150 
5.9.1 Túnel de desvio 151 
5.9.2 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 153 
5.9.3 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 156 
5.9.4 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 157 
5.9.5 Túnel de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) 158 
5.9.6 Túnel de adução 159 
5.9.7 Casa de força 159 
5.9.8 Túnel de fuga 161 
5.10 PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA DAS DESCONTINUIDADES 168 
5.11 ANÁLISES DE ESTABILIDADE DAS ESCAVAÇÕES SUBTERRÂNEAS 174 
5.11.1 Túnel de desvio 174 
5.11.2 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 178 
5.11.3 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 182 
5.11.4 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 186 
5.11.5 Túnel de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) 189 
5.11.6 Túnel de acesso a câmara de stoplog (túnel 5) 191 
5.11.7 Túnel de adução 193 
5.11.8 Casa de força 195 
5.11.9 Túnel de fuga 197 
5.12 ANÁLISES DE ESTABILIDADE DE TALUDES DE ESCAVAÇÃO 200 
5.12.1 Vertedouro 201 
 x
5.12.2 Canal de montante do túnel de desvio 205 
5.12.3 Canal de jusante do túnel de desvio 214 
5.12.4 Emboque do túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 221 
 
6 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS QUANTITATIVOS PREVISTOS EM 
PROJETO E OS REALMENTE EXECUTADOS NA OBRA 228 
6.1 ANALISE COMPARATIVA ENTRE OS TRATAMENTOS APLICADOS E OS 
PREVISTOS EM PROJETO 228 
6.1.1 Túnel de desvio 228 
6.1.2 Túnel de acesso a casa de força (túnel 1) 230 
6.1.3 Túnel de acesso ao túnel de fuga por montante (túnel 2) 231 
6.1.4 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 232 
6.1.5 Túnel de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) 233 
6.1.6 Túnel de adução 234 
6.1.7 Túnel de fuga 235 
6.1.8 Casa de força 237 
6.1.9 Tomada d’água 237 
6.1.10 Vertedouro 237 
6.2 ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS PARÂMETROS DE CLASSIFICAÇÃO 
DETERMINADOS EM PROJETO E OS DEFINIDOS NOS MAPEAMENTOS 238 
6.3 ESCAVAÇÕES A CÉU ABERTO E SUBTERRÂNEAS PREVISTAS E EXECU- 
TADAS 241 
6.3.1 Túnel de desvio 241 
6.3.2 Vertedouro 243 
6.3.3 Túnel de acesso ao túnel de adução (túnel 3) 243 
6.3.4 Túneis de acesso ao túnel de fuga por jusante (túnel 4) e a câmara de 
stoplog (túnel 5) 243 
7 CONCLUSÕES E SUGESTÕES 245 
7.1 CONCLUSÕES 245 
7.2 RECOMENDAÇÕES E SUGESTÕES 247 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 248 
 
APÊNDICE A. PLANTAS E SEÇÕES DE ESCAVAÇÃO DAS ESTRUTURAS 252 
APÊNDICE B. MAPAS GEOLÓGICOS E GEOTÉCNICOS 277xi
1 INTRODUÇÃO 
 
Nesta dissertação de mestrado profissional foram analisados os condicionantes geológico-
geotécnicos das obras do Aproveitamento Hidrelétrico (AHE) de Queimado, assunto este 
de grande importância no contexto geral de obras civis de usinas hidrelétricas, pois 
normalmente geram discussão antes, durante e após a construção, resultado das incertezas 
e/ou imprevistos causados pela geologia local. 
 
Este assunto tornou-se de grande importância do ponto de vista contratual devido ao grande 
volume de obras subterrâneas envolvidas no AHE Queimado (cerca de 5.500 metros 
lineares) e por se tratar de uma modalidade de contratação por preço global ou “turn-key”, 
onde mudanças importantes nas condições geológicas previstas nas fases de projeto 
resultam em aumento de custos e prazos de execução das obras. O impacto de tais 
mudanças no cronograma de obras é de grande importância principalmente considerando 
atrasos na data prevista para geração. 
 
Nesta tese foram confrontados os modelos geológico-geotécnicos previstos em projeto e as 
situações de campo realmente encontradas durante as escavações que proporcionaram a 
exposição das superfícies escavadas, ou seja, taludes, fundações e áreas subterrâneas (túneis 
de acesso, de adução, de fuga, caverna da casa de força, condutos forçados, galerias de 
drenagem, poços e câmaras de comportas). 
 
Foram avaliadas as características dos maciços rochosos do ponto de vista da geologia de 
engenharia, geotecnia, geomecânica e geologia estrutural, inclusive comparando-se os 
níveis de fundação e os sistemas de suporte (contenção) previstos em projeto e os realmente 
aplicados. Os condicionantes geológico-geotécnicos encontrados foram avaliados também 
do ponto de vista das soluções implementadas, pelo projeto civil de escavação e 
tratamentos, antes e durante o desenvolver das obras. 
 
Uma das grandes preocupações durante o projeto e a construção das obras civis de usinas 
hidrelétricas é a estabilidade das escavações, tanto imediata como ao longo da operação dos 
empreendimentos. Com base nas classificações geomecânicas de Bieniawski (1974) e 
Grimstad e Barton (1993) foram determinados vários parâmetros geomecânicos dos 
maciços rochosos que possibilitaram a análise de estabilidade das escavações subterrâneas 
e a céu aberto através de ferramentas computacionais. Foram determinados também os 
parâmetros de resistência e deformabilidade dos maciços rochosos encontrados nas 
escavações utilizando-se programas computacionais que se baseiam nos critérios de ruptura 
de Hoek e Brown e de Mohr-Coulomb. 
 
O estudo detalhado dos dados do AHE Queimado fornecido pelos mapeamentos geológico-
geotécnicos do terreno natural e das superfícies escavadas, somados aos dados das 
investigações (sondagens, ensaios de campo e de laboratório e prospecções geofísicas) foi 
de grande valia no estudo de caso desta tese devido a qualidade e variedade de informações 
contidas nos relatórios elaborados nas fases de projeto e obra. 
 
Este estudo deverá fornecer subsídios para projetos futuros de outros aproveitamentos 
hidrelétricos que possuam semelhança com o grande volume de obras subterrâneas do AHE 
 1
Queimado, ou de geologia local em terrenos de rochas carbonáticas sujeitas a formação de 
estruturas de dissolução e cortadas por estruturas de cisalhamento (shear zones). Deve-se 
ressaltar que escavações subterrâneas são obras que envolvem grandes riscos geológicos e 
que podem comprometer seriamente um empreendimento. 
 
1.1 OBJETIVOS 
 
O objetivo principal desta dissertação foi analisar os condicionantes geológico-geotécnicos 
encontrados no AHE Queimado. Este assunto tem sido considerado de grande importância 
nos últimos tempos na Engenharia de Barragens, devido ao grande número de obras de 
geração iniciadas recentemente, quase todas contratadas por preço global (contratos tipo 
“turn-key”). Estes contratos são feitos com base apenas nas informações contidas no projeto 
básico assumindo-se assim as contingências geológicas ou imprevistos geológicos. 
 
Os inconvenientes trazidos ao empreendimento, do ponto de vista de custo e prazo de 
execução da obra, pelos condicionantes geológico-geotécnicos foram enfrentados com 
soluções de projeto que em grande parte das vezes solucionaram os problemas. Neste 
trabalho serão analisados os erros e acertos destas decisões de projeto executivo, ao se 
analisar os quantitativos previstos nas obras de escavação e tratamentos (sistemas de 
suporte de contenção) e os volumes realmente executados, além da eficiência das soluções 
adotadas. 
 
Pretende-se demonstrar os critérios de classificação de maciços rochosos consagrados 
mundialmente buscando-se avaliar a estabilidade das principais estruturas escavadas, como 
também fazer uma análise crítica desta previsibilidade de projeto ao comparar os dados de 
projeto com os de campo obtidos na obra do AHE Queimado. 
 
1.2 METODOLOGIA 
 
O trabalho foi iniciado com uma revisão bibliográfica a respeito do comportamento de 
maciços rochosos e de estruturas de obras civis (subterrâneas e a céu aberto) escavadas em 
maciços rochosos, além de métodos para o dimensionamento do sistema de suporte e 
avaliação da estabilidade destas escavações. 
 
Para a caracterização geológico-geotécnica do maciço rochoso do AHE Queimado (usina 
estudada) foi feita uma análise e revisão de todos os mapeamentos feitos em todas as 
superfícies escavadas desta usina (elaborados durante o desenvolvimento das obras de 
escavação), além da análise de todos os documentos produzidos nas fases de projeto a 
respeito da geologia local e regional. De posse dos dados fornecidos pelos mapeamentos e 
dos parâmetros fornecidos pelos ensaios geomecânicos da rocha intacta, procedeu-se o 
cálculo dos parâmetros geomecânicos do maciço rochoso de cada estrutura subterrânea. 
 
Com base no tratamento dos dados das descontinuidades, elaborou-se estudos de 
estabilidade de cunhas das estruturas subterrâneas pelo método de equilíbrio limite, 
utilizando o programa UNWEDGE. 
 
 2
O programa DIPS foi utilizado para as análises de estabilidade cinemática quanto à ruptura 
por escorregamento planar, cunha ou tombamento, para todas as estruturas a céu aberto, 
como também para a definição das famílias (sistemas) de descontinuidades. 
 
Com base nos dados de escavação e tratamentos (contenções) das superfícies escavadas 
fornecidos nos relatórios de projeto anteriores ao início da obra, foram feitas análises 
comparativas com os dados da obra, avaliando-se a eficácia dos métodos utilizados e as 
soluções de projeto executivo implementadas durante o desenvolvimento da obra. 
 
Finalmente, foram obtidas conclusões das análises e apresentadas propostas e sugestões 
para estudos futuros em obras de usinas hidrelétricas que possuam similaridade com o 
terreno geológico de Queimado (rochas carbonáticas cortadas por zonas de cisalhamento) e 
com o grande volume de obras subterrâneas. 
 
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO 
 
Esta dissertação está dividida em sete capítulos que podem ser resumidos conforme a 
seguir: 
 
- No Capítulo 1, introdutório, foram expostos os motivos e a importância do tema proposto, 
incluindo os objetivos dos estudos e a metodologia utilizada. 
 
- No Capítulo 2 foram tratados assuntos relacionados às técnicas de caracterização e 
classificação geomecânica de maciços rochosos com base em publicações de associações 
de geologia de engenharia e critérios de classificação de maciços consagrados 
internacionalmente. 
 
- No Capítulo 3 são discutidas teorias a respeito das propriedades de resistência e 
deformabilidade da rocha intacta, descontinuidades e maciços rochosos, incluindo os 
critérios de ruptura de maciços rochosos. 
 
- No Capítulo 4 são apresentados os métodos mais usuais para o projeto de estruturas em 
maciços rochosos considerando a interferência de fatoresou condicionantes geológicos nos 
métodos construtivos e na estabilidade das escavações. 
 
- No Capítulo 5 é descrito o caso de estudo do AHE Queimado, de forma bastante 
abrangente desde a geologia do entorno do empreendimento até o detalhamento de 
caracterização e classificação do maciço rochoso, determinação dos parâmetros 
geomecânicos e os estudos de estabilidade das escavações subterrâneas e a céu aberto. 
 
- No Capítulo 6 são apresentados os estudos comparativos entre as previsões e as execuções 
efetivas dos tratamentos de contenção das escavações, além de uma abordagem a respeito 
do comportamento de alguns parâmetros geomecânicos responsáveis pela definição das 
classes de maciço e consequentemente dos sistemas de suporte. 
 
Finalmente, no Capítulo 7 são apresentadas as conclusões obtidas das análises feitas e as 
recomendações e sugestões para estudos futuros a respeito do tema da tese. 
 3
2 CARACTERIZAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS 
ROCHOSOS 
 
Segundo Serra & Ojima (1998) na geologia de engenharia o maciço rochoso pode ser 
considerado um conjunto de blocos de rocha justapostos e articulados. A rocha constituinte 
destes blocos (matriz) é denominada rocha intacta e as superfícies que limitam os blocos 
são as descontinuidades. 
 
A caracterização do maciço rochoso é feita através da descrição dos atributos do meio 
rochoso e que condicionam o seu comportamento ante as solicitações impostas pelas obras 
de engenharia de barragens, como é o caso do AHE Queimado. 
 
A classificação geomecânica seria uma forma de separação ordenada das características 
geomecânicas do maciço rochoso, organizando-as em grupos ou classes. 
 
2.1 CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA 
 
A caracterização geomecânica do maciço rochoso foi baseada em conceitos e simbologias 
internacionais sugeridos pela ISRM (International Society for Rock Mechanics, 1981). Os 
critérios e parâmetros da ISRM foram associados, ajustados e complementados aos da 
ABGE (Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 1983). 
 
Portanto, foram classificados os seguintes parâmetros: 
 
• Grau de alteração ou decomposição: baseado nas características macroscópicas de 
alteração da rocha; 
• Grau de consistência / resistência: apreciação táctil-visual das características de 
resistência ao impacto, risco, compressão uniaxial e trabalhabilidade do material; 
• Grau de fraturamento: ponderado de acordo com o espaçamento médio entre 
fraturas (quando abertas) e separando porções da massa rochosa, apresentando 
superfícies que possam estar oxidadas, alteradas e com esfoliação. Também pode 
ser considerado como fratura na foliação, o limite entre bandas composicionais, com 
graus de alteração, resistência e consistência distintos; 
• Condições das fraturas: apreciadas segundo a persistência, abertura, rugosidade, 
alteração das paredes e preenchimento; 
• RQD – (Rock Quality Designation): no levantamento de superfície foi avaliado 
segundo o grau de fraturamento. Em sondagens, foi avaliado para trechos 
isofraturados, de acordo com o procedimento usual, considerando a somatória dos 
fragmentos maiores que 10 cm, não sendo considerados trechos constituídos por 
maciço completamente alterado. São levadas em conta apenas as fraturas naturais e 
não aquelas induzidas pelo processo de sondagem (ver Figura 2.1). 
 4
2.1.1 Grau de decomposição 
 
Estimado com base na apreciação das características macroscópicas de 
alteração/decomposição da rocha. A Tabela 2.1 apresenta os graus de decomposição 
utilizados e suas características. 
 
Tabela 2.1 – Graus de Decomposição (modificado de ISMR, 1981 e ABGE, 1983) 
GRAU TERMO DESCRIÇÃO 
W1/D1 Rocha Sã 
Alteração mineralógica nula a incipiente. Minerais 
preservam brilho original, cor e clivagem. Eventual 
descoloração nas descontinuidades. Foliação visível e 
selada. Resistência original da rocha não afetada pela 
alteração. 
 
W2/D2 
 
Rocha 
Pouco Decomposta 
Alteração mineralógica perceptível, cores esmaecidas 
e perda do brilho. Leve descoloração e oxidação na 
matriz e ao longo das descontinuidades. Foliação 
visível e selada. Juntas fechadas, paredes ligeiramente 
alteradas. Resistência original da rocha muito pouco 
afetada pela alteração. 
W3/D3 
Rocha 
Moderadamente 
Decomposta 
A matriz apresenta-se descolorida, com evidências de 
oxidação. Juntas abertas (< 1,0 mm) e oxidadas, 
podendo ocorrer material mais alterado ao longo das 
descontinuidades. Foliação realçada pelo 
intemperismo. Resistência afetada pelo intemperismo 
e lixiviação 
 
 W4/D4 
 
Rocha 
Muito Decomposta 
Alteração mineralógica muito acentuada, alguns 
minerais parcialmente decompostos em argilo-
minerais. Matriz totalmente oxidada e cores muito 
modificadas. Fraturas abertas (2 < e < 5 mm) e 
oxidadas, preenchidas por materiais alterados. 
Foliação realçada pelo intemperismo. Desplacamentos 
ao longo da foliação. Resistência muito afetada pela 
alteração e lixiviação 
 
W5 
Rocha 
Completamente 
Decomposta 
Todo o material está completamente 
decomposto/alterado para solo estruturado. 
Extremamente descolorido, minerais resistentes 
quebrados e outros transformados em argilo-minerais. 
Foliação preservada. Juntas não discerníveis. 
Desintegra em água após um período de imersão. 
W6 
 
D5 
 
Solo Residual 
Material totalmente transformado em solo. 
Estruturação da rocha matriz destruída. Prontamente 
desintegrado em água. 
 5
2.1.2 Graus de consistência , resistência e índices físicos 
 
Estimado com base na apreciação táctil-visual das características de resistência ao impacto, 
trabalhabilidade do material e estimativa da resistência à compressão simples através de 
ensaios puntiformes realizados em amostras típicas desses horizontes, conforme Tabela 2.2. 
 
Tabela 2.2–Graus de consistência e resistência (modificado de ISMR, 1981 e ABGE, 1983) 
 
GRAU DESCRIÇÃO CARACTERÍSTICAS 
RESIST. 
UNIAXIAL (σc) 
ESTIMADA 
(MPa) 
 
 
R0 
Extremamente 
Branda e Solo 
Estruturado 
Coesivo, Rijo a 
Duro. 
− Penetrada pela ponta do dedo polegar 
− Moldada pelas mãos 
− Facilmente penetrada pelo canivete e martelo de geólogo 
− Escavada por equipamento manual 
 
 
0,25 – 1,0 
 
 
 
 
 
R1 
 
 
 
 
 
 
 
 
C5 
 
 
 
 
 
Muito Branda 
− Esmigalha-se facilmente sob o impacto de martelo de 
geólogo 
− Endentada facilmente pela ponta fina do martelo de geólogo 
− Riscada e raspada facilmente pelo canivete 
− Desplacamentos ao longo da foliação sob pressão dos dedos 
− Bordas dos fragmentos facilmente quebradas pela pressão dos 
dedos 
− Pequenos fragmentos (2 x 2 x 2 cm) não quebram sob pressão 
dos dedos 
− Escavação por equipamentos mecanizados 
 
 
 
 
 
 
1,0 – 5,0 
 
 
 
 
 R2/C4 
 
 
 
 
Rocha Branda 
− Quebra-se sob único impacto do martelo 
− Endentação rasa sob impacto firme da ponta fina do martelo 
de geólogo 
− As bordas dos fragmentos podem ser quebradas pela pressão 
dos dedos 
− A lâmina do canivete provoca sulco acentuado na superfície 
do fragmento 
− Podem ser raspadas pelo canivete 
− Escavação por equipamentos mecanizados, exigindo em 
alguns casos, fogo de afrouxamento do maciço. 
 
 
 
 
5,0 – 25,0 
 
 
 
R3/C3 
 
 
 
Medianamente 
Resistente 
− Espécimes de mão podem ser quebrados sob poucos golpes 
firmes do martelo de geólogo 
− Bordas finas dos fragmentos podem ser quebradas pelas mãos 
com certa dificuldade 
− Superfície pouco riscável por lâmina de aço 
− Não pode ser raspada pelo canivete 
− Escavada por desmonte a fogo 
 
 
 
25,0 – 50,0 
 
 
R4/C2 
 
 
Resistente 
− Espécimes de mão requerem alguns golpes do martelo para 
serem quebrados 
− Bordas dos fragmentos dificilmente quebrados pelas mãos− Superfície dificilmente riscada pelo canivete 
− Escavada por desmonte a fogo 
 
 
50,0 – 100,0 
 
 
 
R5 
 
 
 
Muito Resistente 
− Espécimes de mão requerem muitos golpes do martelo para 
serem quebrados 
− Fragmentos possuem bordas cortantes que resistem ao corte 
por lâmina de aço 
− Superfície praticamente não riscada pelo canivete 
− Escavada por desmonte a fogo 
 
 
100 – 250 
 
R6 
 
 
 
 
C1 
Extremamente 
Resistente 
− Espécimes somente lascados com o uso do martelo > 250 
Notas: Os graus R do ISRM estão associadas aos graus C da ABGE. Os graus R0 e R1 foram englobados na 
categoria C5 e os graus R5 e R6 em C1. 
 6
2.1.3 Espaçamento das fraturas 
 
A Tabela 2.3 apresenta o espaçamento das fraturas e o grau de fraturamento, considerando-
se o espaçamento médio das juntas e das fraturas de foliação. 
 
Tabela 2.3 – Espaçamento e graus de fraturamento 
(modificado de ISMR, 1981 e ABGE, 1983) 
 
DESCRIÇÃO 
GRAU DE 
FRATURAMENTO
ESPAÇAMENTO 
(m) 
Nº DE 
FRATURAS / m 
Ocasionalmente 
Fraturado F1 >1,00 < 1 
Pouco fraturado F2 0,20 a 1,00 1 a 5 
Medianamente 
fraturado F3 0,10 a 0,20 5 a 10 
Muito fraturado F4 0,05 a 0,10 10 – 20 
Extremamente 
fraturado F5 < 0,05 > 20 
 
2.1.4 Condições das fraturas 
 
As condições das fraturas podem ser descritas pelos seguintes parâmetros: 
 
Persistência: comprimento do traço da descontinuidade no plano analisado. 
 
Tabela 2.4-Persistência das descontinuidades (modificado de ABGE, 1983). 
 
DESCRIÇÃO PERSISTÊNCIA (m) 
Muito pequena Menor que 1 
Pequena de 1 a 3 
Média de 3 a 10 
Grande de 10 a 20 
Muito grande Maior que 20 
 
 
Rugosidade: devido à ondulação ou aspereza das paredes das descontinuidades. 
 
Segundo Barton & Choubey (1978) a rugosidade das paredes da descontinuidade influencia 
na resistência ao cisalhamento, o que é demonstrado através do parâmetro JRC presente na 
equação de resistência de descontinuidades, onde se observa que o ângulo de atrito de pico 
da descontinuidade aumenta com a rugosidade. 
 
 7
( )φ σ φf n rJRC.log
JCS= ⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟ + ................................................................................................(2.1) 
Onde: 
φ (f) Ângulo de atrito de pico 
JRC Coeficiente de rugosidade da descontinuidade 
JCS Resistência à compressão das paredes da descontinuidade 
φr Ângulo de atrito residual ou básico 
 
Resistência das paredes: resistência à compressão uniaxial do material da parede que pode 
ser determinada por esclerômetro de Schmidt (Figura 2.4) ou ensaio de carga puntiforme. 
Quando a parede não é alterada a resistência é a mesma da rocha intacta. 
 
Abertura: distância perpendicular entre as paredes da descontinuidade (Tabela 2.5). 
 
Tabela 2.5 - Abertura de Descontinuidades (modificado de ABGE, 1983) 
ABERTURA DESCRIÇÃO FEIÇÕES 
< 0,1 mm Bem fechada 
0,1 - 0,25 mm Fechada Feições fechadas 
0,25 - 0,5 mm Parcialmente Aberta 
0,5 - 2,5 mm Aberta 
2,5 - 10 mm Moderadamente larga Feições falhadas 
10 mm Larga 
1 - 10 cm Muito larga 
10 - 100 cm Extremamente larga Feições abertas 
> 1 m Cavernosa 
 
 
Preenchimento: é o material contido nas descontinuidades devendo ser descrito suas 
propriedades de resistência. 
 
 
2.1.5 Permeabilidade 
 
A permeabilidade do maciço rochoso é condicionada pelas características das 
descontinuidades, respondendo claramente ao processo de relaxação do maciço rochoso dos 
trechos superficiais e à meteorização. Pode estar relacionada também às tensões tectônicas 
que podem promover a abertura de certas estruturas e pelo preenchimento. 
 
A Tabela 2.6 mostra os intervalos de permeabilidade obtidos em ensaios de perda d’água 
em sondagens. 
 
 8
 
 
Tabela 2.6 – Intervalos de Permeabilidade (modificado de ABGE, 1983) 
 
SÍMBOLO CARACTERÍSTICA PERDA D’ÁGUA Hv - (l/min x m x kg/cm2)
COEFICIENTE DE 
PERMEABILIDADE 
K - (cm/s) 
H1 Muito baixa Hv < 0,10 K < 10-5
H2 baixa 0,10 ≤ Hv ≤ 1,0 10-5≤ K ≤ 10-4
H3 média 1,0 ≤ Hv < 5,0 10-4≤ K ≤ 5 x10-4
H4 alta 5,0 ≤ Hv < 10,0 5 x10-4≤ K ≤ 10-3
H5 Muito alta Hv ≥ 10,0 Hv ≥ 10-3
 
 
2.2 CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS 
 
As classificações geomecânicas permitem a individualização e delimitação de porções de 
maciço relativamente homogêneas, quanto às características geológico-geotécnicas de 
resistência e deformabilidade, bem como a definição dos tratamentos e contenções 
necessárias para as escavações. 
 
2.2.1 Sistema de classificação RMR 
 
O sistema de classificação RMR proposto por Bieniawski (1974), foi desenvolvido 
inicialmente para túneis de obras de engenharia civil escavados em rochas profundas, 
pouco fraturadas sendo depois estendido para diversos tipos de aplicação. 
 
Desde a apresentação original este sistema foi modificado algumas vezes, sendo a última 
pelo próprio Bieniawski (1989). 
 
Os índices utilizados na obtenção do RMR são os seguintes: 
 
• Resistência à compressão uniaxial 
• RQD 
• Espaçamento das descontinuidades 
• Condição das descontinuidades 
• Condição de água subterrânea 
• Orientação das descontinuidades 
 
O RMR resulta do somatório de pontos atribuídos aos índices anteriores de acordo com os 
pesos estabelecidos na Tabela 2.7. O valor máximo de RMR é 100 e o mínimo 8 na versão 
1989 e 13 na versão 1976. De acordo com o RMR o maciço pode ser classificado em cinco 
categorias. 
A Tabela 2.7 apresenta os parâmetros de classificação, bem como os pesos relativos para a 
composição da classe de maciço (RMR) utilizados. 
 9
 
Tabela 2.7 – Parâmetros de classificação, Bieniawski (1989) 
A. Parâmetros Classificatórios 
Parâmetros Intervalo de Valores 
Puntiforme > 10 MPa 4 – 10 MPa 2 – 4 Mpa 1 –2 MPa ---- 
 
Resistência Comp. 
Axial > 250 MPa 100 – 250 MPa 50 – 100 Mpa 25 – 50 MPa 
5-25 
MPa
1-5 
MPa
<1 
MPa
 
 
1 
Nota 15 12 7 4 2 1 0 
RQD % 90 - 100 90 - 75 75 – 50 50 – 25 < 25 
2 Nota 
 20 17 13 8 3 
Espaçamento > 2 m 2 – 0,6 m 600 – 200 mm 200 mm – 60 mm < 60 mm 
3 
Nota 20 25 20 10 0 
 
Condições 
das descontinuidades 
(vide C) 
 
Superfície 
muito 
rugosa 
Descontí-
nua 
 
Superfície rugosa 
abertas < 1 mm 
paredes pouco 
alteradas 
 
 
Superfície 
rugosa abertura 
< 1 mm paredes 
alteradas 
 
Estrias de fricção; 
preenchimento < 5 
mm; ou aberturas 
de 1 a 5 mm, 
continuas 
 
 
Preenchimento 
friável > 5 mm ou
abertura > 5 mm 
contínua 
 
 
 
4 
Nota 30 10 7 4 0 
Vazão ( l/min) 
10 m de extensão Nenhuma < 10 10 –25 25 – 125 > 125 
Pressão d’água; 0 < 0,1 0,1 – 0,2 0,2 – 0,5 > 0,5 
 
N 
A 
 Condições Gerais Seco Úmido Molhado gotejamento Fluxo 
 
 
5 
Nota 15 10 7 4 0 
B. Notas de Ajustes para Orientação das Descontinuidades 
Orientação do mergulho Mto favorável Favorável Razoável desfavorável mto desfavorável 
Túneis 0 - 2 - 5 - 10 - 12 
Fundações 0 - 2 - 7 - 15 - 25 
 
Nota 
Taludes 0 - 5 - 25 - 50 ------ 
C. Classificação de Descontinuidades 
Persistência 
Nota 
< 1m 
6 
1 – 3 m 
4 
3 – 10 m 
2 
10 –20 m 
1 
> 20 m 
0 
Abertura 
Nota 
Fechada 
6 
< 0,1 mm 
5 
0,1 – 1 mm 
4 
1 – 5 mm 
1 
> 5 mm 
0 
Rugosidade 
Nota 
Muito rugosa
6 
Rugosa 
5 
pouco rugosa 
4 
Lisa 
1 
estriada 
0 
Alteração 
Nota 
Sã 
6 
pouco alterada 
5 
alterada 
3 
muito alterada 
1 
decomposta 
0 
Preenchimento 
Nota 
Nenhum 
6 
duro < 5 mm 
4 
duro > 5 mm 
2 
mole < 5 mm 
2 
mole > 5 mm 
0 
 
 
A Tabela. 2.8 apresenta as classes de maciço com seus respectivos RMR que são utilizados 
para a classificação do maciço rochoso. 
 10
 
Tabela 2.8 – Classes de maciço rochoso da 
classificação geomecânica de Bieniawski (1989)CLASSE I II III IV V 
RMR 100-80 80-60 60-40 40-30 <30 
Termo 
descritivo Muito bom Bom Regular Pobre Muito pobre
 
 
2.2.2 Sistema de classificação Q 
 
O Sistema de classificação Q foi desenvolvido nos anos 70 (Barton et al., 1974) e 
atualizado com o uso extensivo de concreto projetado reforçado com fibras de aço em 1993 
(Grimstad & Barton, 1993). 
 
Os valores de Q, qualidade do maciço rochoso, são obtidos através de seis parâmetros (com 
valores empíricos) contidos na equação abaixo e obtidos da aplicação da Tabela 2.9. 
 
SRF
Jw
Ja
Jr
Jn
RQDQ ××= Sendo 0,001<Q<1000................................................................(2.2) 
 
Onde: 
=
Jn
RQD Tamanho de Blocos; =
Ja
Jr Atrito entre Blocos; =
SRF
Jw Tensões Atuantes 
 
Sendo: 
RQD Rock Quality Designation, definido por Deere et al (1967); 
Jn índice do número de juntas ou fraturas; 
Jr índice de rugosidade das fraturas; 
J a índice de alteração das paredes das fraturas; 
Jw índice de influência da água nas descontinuidades; 
SRF índice do estado de tensões do maciço (Stress Reduction Factor). 
 
A partir da determinação dos valores de Q para trechos homogêneos (Tabela 2.10), a 
aplicação do suporte requerido é uma correlação entre o diâmetro equivalente De e a 
variação dos valores de Q (Figura 2.2). 
 
O diâmetro equivalente é obtido da relação: 
ESR
DDe = .........................................................................................................................(2.3) 
 
Onde: 
D diâmetro ou vão da escavação (m); 
 11
ESR fator de segurança em função do uso final da escavação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
L = 38 cm 
L = 17 cm 
L = 0 
nenhuma parte > 10 cm. 
L = 20 cm 
L = 35 cm 
L = 0 
não recuperado 
Comprimento total corpo de prova cilíndrico = 200 cm. 
Σ comprimento de partes do corpo de prova > 10 cm 
Comprimento total do corpo de prova RQD = x 100% 
RQD = 38 +17 + 20 +35 200 x 100% = 55%
Quebra pela amostragem 
Figura 2.1 - Processo para medir e calcular o RQD (modificado de Bieniawski, 1989). 
 
 
 
Tabela 2.9 - Classificação dos parâmetros individuais para o índice Q (Barton, 1974) 
DESCRIÇÃO VALOR NOTAS 
1. ÍNDICE RQD RQD 
A. Muito Ruim 0-25 
B. Ruim 25-50 
C. Razoável 50-75 
D. Bom 75-90 
E. Ótimo 90-100 
1. Se RQD é medido ≤10 
(incluindo 0), assumir o valor 
nominal de 10 para calcular Q 
2. Intervalos de 5 no valor de 
RQD são considerados com boa 
acurácia (p.ex. 95, 100). 
2. NÚMERO DE FAMÍLIAS DE 
DESCONTINUIDADES 
Jn 
A. Descontinuidades esparsas ou ausentes 0,5-1 
B. Uma família de descontinuidades 2 
C. B mais descontinuidades esparsas 3 
D. Duas famílias de descontinuidades 4 
E. D mais descontinuidades esparsas 6 
F. Três famílias de descontinuidades 9 
G. F mais descontinuidades esparsas 12 
H. Quatro ou mais famílias de 
descontinuidades 
15 
I. Rocha extremamente fraturada 
(triturada) 
20 
1. Para interseções usar (3 x Jn) e 
para emboques usar (2 x Jn) 
 12
Tabela 2.9 - Classificação dos parâmetros individuais para o índice Q (Barton, 1974) 
 
3. CONDIÇÃO DE RUGOSIDADE DAS 
PAREDES 
Jr 
a. Paredes das descontinuidades em 
contato 
 
b. Paredes das descontinuidades em 
contato com deslocamentos diferenciais < 
10 cm 
 
A. Descontinuidades não persistentes 4 
B. Descontinuidades rugosas ou 
irregulares, onduladas 
3 
C. Descontinuidades lisas e onduladas 2 
D. Descontinuidades polidas e onduladas 1,5 
E. Descontinuidades rugosas ou 
irregulares e planas 
1,5 
F. Descontinuidades lisas e planas 1 
G. Descontinuidades polidas ou estriadas 
e planas 
0,5 
c. Sem contato entre as paredes das 
descontinuidades quando cisalhadas 
 
H. Descontinuidades preenchidas com 
material argiloso 
1 
J. Descontinuidades preenchidas com 
material granular 
1 
1. Acrescentar 1,0 ao valor de Jr 
se a separação representativa das 
descontinuidades for > 3 m. 
2. Jr = 0,5 no caso de 
descontinuidades planas e 
estriadas e com orientação na 
direção da tensão mínima 
4 CONDIÇÕES DE ALTERAÇÃO DAS 
PAREDES 
Ja φr(o) NOTAS 
a. Descontinuidades com contato 
rocha/rocha e sem deslocamento relativo 
entre as paredes 
 
A. Paredes duras, compactas, com 
preenchimento de materiais 
impermeáveis 
0,75 ---------
- 
B. Descontinuidades sem alteração, 
pigmentação superficial incipiente 
1 25-35 
C. Paredes levemente alteradas; películas 
de materiais arenosos ou minerais 
abrasivos 
2 25-30 
1. φr ângulo de atrito 
residual (indicativo das 
propriedades 
mineralógicas dos 
produtos de alteração) 
D. Paredes com películas de material 
siltoso com pequena fração argilosa 
3 20-25 
E. Paredes com películas de material 
mole (micas, clorita, talco, gesso, grafite 
etc.), eventualmente com minerais 
expansivos 
4 8-16 
 
 13
Tabela 2.9 - Classificação dos parâmetros individuais para o índice Q (Barton, 1974) 
4 CONDIÇÕES DE ALTERAÇÃO DAS 
PAREDES 
Ja φr(o) NOTAS 
b. Descontinuidades com contato 
rocha/rocha e com deslocamento relativo 
incipiente entre as paredes (deslocamento 
diferencial inferior a 10 cm) 
 
F. Paredes com partículas arenosas, 
fragmentos de rocha etc. 
4 25-30 
G. Paredes com preenchimento contínuo 
e poucos espessos (< 5 mm) de material 
argiloso fortemente sobreadensado 
6 16-24 
H. Paredes com preenchimento contínuo 
e pouco espesso (< 5 mm) de material 
argiloso pouco ou medianamente 
sobreadensado. 
8 12-16 
J. Paredes com preenchimento de 
materiais argilosos expansivos; valores 
variáveis com a porcentagem dos argilo 
minerais expansivos presentes e com a 
ação conjugada da água intersticial. 
8-12 6-12 
c. Descontinuidades sem contato 
rocha/rocha e com deslocamento relativo 
entre as paredes 
 
K. Zonas de preenchimento com 
fragmentos de rocha 
6 
L. Rocha e material argiloso (ver G, H e J 
para caracterizar as condições das argilas)
8 
M. 8-12 6-24 
N. Zonas de preenchimento com material 
arenoso ou 
siltoso-argiloso, sendo pequena a fração 
argilosa 
5 
O. Zonas contínuas de preenchimento 
com material argiloso 
10-13 
P e R (ver G, H e J para a condição das 
argilas) 
 
6-24 
 
 
 
 
 
 
 
 14
Tabela 2.9 - Classificação dos parâmetros individuais para o índice Q (Barton, 1974) 
5. CONDIÇÕES DE AFLUÊNCIA DE 
ÁGUA 
Jw u (MPa) NOTAS 
A. Escavação a seco ou com pequena 
afluência de água (<5 l/min) 
1,0 <0,1 
B. Afluência média da água com eventual 
carregamento do preenchimento 
0,66 0,1-0,25 
C. Afluência elevada de água em rochas 
competentes de descontinuidades não 
preenchidas 
0,50 0,25-
0,98 
D. Afluência elevada de água com 
carregamento significativo do 
preenchimento 
0,33 0,25-
0,98 
E. Afluência excepcionalmente elevada 
de água (ou jatos de pressão), com 
decaimento com o tempo 
0,10-
0,20 
>0,98 
F. Afluência excepcionalmente elevada 
de água (ou jatos de pressão), sem 
decaimento com o tempo 
0,05-
0.10 
>0,98 
1. Valores aproximados 
das poropressões da 
água; reduzir os valores 
de Jw no caso de 
instalação de 
dispositivos de 
drenagem (C a F) 
2. Não são considerados 
os problemas especiais 
causados por formação 
de gelo 
6. CONDIÇÃO DAS TENSÕES NO 
MACIÇO 
SRF NOTAS 
a. Zonas de baixa resistência 
interceptando a escavação 
 
A. Ocorrências múltiplas contendo 
material argiloso ou rocha quimicamente 
decomposta (qualquer profundidade) 
10 
B. Ocorrência específica contendo 
material argiloso ou rocha quimicamente 
decomposta (profundidade da escavação 
< 50 m) 
5 
1. No caso de ocorrência de zonas 
de baixa resistência relevantes,mas não interceptando a 
escavação, recomenda-se a 
redução dos valores de SRF de 25 
a 50%. 
C. Ocorrência específica contendo 
material argiloso ou rocha quimicamente 
decomposta (profundidade da escavação 
> 50 m) 
2,5 
D. Ocorrência múltiplas de zonas de 
material cisalhado em rochas 
competentes, isentas de argila e com 
blocos desagregados de rocha (qualquer 
profundidade) 
7,5 
E. Ocorrência específicas de zonas de 
material cisalhado em rochas 
competentes, isentas de material argiloso 
(profundidade de escavação < 50 m) 
5 
F. Ocorrências específicas de zonas de 
material cisalhado em rochas 
competentes, isentas de material argiloso 
(profundidade da escavação > 50 m) 
2,5 
 15
Tabela 2.9 - Classificação dos parâmetros individuais para o índice Q (Barton, 1974) 
6. CONDIÇÃO DAS TENSÕES NO 
MACIÇO 
G. Ocorrência de juntas abertas e intenso 
fraturamento do maciço (qualquer 
profundidade) 
SRF 
 
5 
NOTAS 
b. Rochas competentes (comportamento 
rígido as deformações) 
 
σ1, σ3: tensões principais 
σc: resistência à compressão simples 
σt: resistência a tração (carga puntiforme)
2. No caso de tensões 
subsuperficiais (ver H), adotar 
SRF = 5 quando a profundidade 
da abóbada da escavação abaixo 
da superfície do terreno for menor 
que a sua dimensão característica 
(largura do vão) 
 (σc/σ1) (σt/σ1) 
H. Tensões baixas, sub-
superficiais 
>200 >13 >2,5 
J. Tensões Moderadas 10-200 0,66-
13 
 16
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1,0 
3. Para maciço muito anisotrópico, 
introduzir correções de σc e σt de 
acordo com os seguintes critérios: 
K. Tensões elevadas 
(eventuais problemas de 
estabilidade das 
paredes) 
5-10 0,66-
0,66 
0,5-2,0 
a) 5≤ σ1/σ3 ≤ 10: reduzir σc para 
0,8σc e σt para 0,8σt
L. Condições 
moderadas de 
fraturamento 
(rockburst) 
2,5-0 0,16-
0,33 
5,0-10,0
b) σ1/σ3 >10: reduzir σc para 0,6σc 
e σt para 0,6σt
M. Condições intensas 
de rocha explosiva 
(rockburst) 
<2,5 <0,16 10,0-
20,0 
 
c. Rochas incompetentes (comportamento 
plástico às deformações) 
 
N. Tensões moderadas 5,0-10,0 
O. Tensões elevadas 10,0-
20,0 
 
d. Rochas expansivas (atividade 
expansiva química dependente da 
presença da água) 
 
 
 
 
P. Tensões moderadas 5,0-10,0 
R. Tensões elevadas 10,0-
20,0 
 
Tabela 2.10 - Classes de maciços rochosos em função de Q (Barton, 1974) 
Padrão geomecânico do maciço Valores de Q 
Péssimo < 0,01 
Extremamente ruim 0,01 - 0,1 
Muito ruim 0,1 - 1,0 
Ruim 1,0 - 4,0 
Regular 4,0 - 10,0 
Bom 10,0 - 40,0 
Muito bom 40,0 - 100,0 
Ótimo 100,0 - 400,0 
Excelente > 400,0 
 
Com o uso da figura 2.2, determina-se qual será o suporte definitivo para a escavação 
subterrânea em questão. 
 
Excepc.
ruim
Extrem..
ruim
Muito
ruim
Ruim Pobre Boa Muito
boa
Extre.
boa
Exc.
 boa
1 10
100
50
20
10
5
2
1
0,001 0,004 0,01 0,04 0,01 0,4 4 40 100 400 1000
20
10
7
5
3
2,4
1,5
(9) (8) (7) (6) (5) (4) (3) (2) (1)
espaça
mento
 de tira
ntes em
 area c
om co
ncreto
 projet
ado
1,0 m
2,1 m
1,7 m
1,3 m
1,5 m
1,2 m
2,3 m 2,5 m
1,0 m
1,3 m
1,5 m
2,0 m
3,0 m
4,0 m
espa
çam
ento
 de 
tiran
tes e
m a
rea 
sem
 con
cret
o pr
ojet
ado
250
 mm
12
0 m
m
150
 mm 90
 m
m
50
 m
m
40
 m
m
 
 
 
 
D
e 
 
 
 
 
 
Q 
 
CATEGORIAS DE SUPORTE 
(1) Sem suporte 
(2) Tirantes curtos localizados 
(6) Concreto projetado reforçado com fibra de aço, de espessura de 90-120 mm, e 
com tirantes 
(3) Sistema de tirantes (7) Concreto projetado reforçado com fibra 
de aço, de espessura de 120-150 mm, e 
com tirantes (4) Sistema de tirantes com concreto projetado de 40-100 mm (8) Concreto projetado reforçado com fibra 
de aço, de espessura de > 150 mm, 
reforçado com arcos de concreto e 
tirantes 
(5) Concreto projetado reforçado com 
fibra de aço, de espessura de 50-90 
mm, e com tirantes 
(9) Estrutura de concreto 
Figura 2.2 - Sistema Q para classificação dos maciços rochosos e escolha do tipo de suporte 
(modificado de Grimstad e Barton, 1993). 
 17
 18
2.3 ENSAIOS PARA CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS 
 
Os ensaios para caracterização geomecânica de maciços constituem a base paramétrica dos 
estudos para a utilização do meio rochoso na engenharia geotécnica e na engenharia de 
rochas, sendo necessários para o completo conhecimento dos materiais em estudo, podendo 
ser utilizados ensaios de campo ou de laboratório para se obter alguns dos parâmetros 
requeridos, como recomendado pela ISRM (1981). 
 
Dentre os ensaios comumente executados na prática da caracterização geológico-geotécnica 
de maciços rochosos pode-se citar: 
 
• Caracterização petrográfica: trata-se da identificação mineralógica e petrográfica 
através da descrição de lâminas delgadas (microscopia ótica), como também ensaios 
granulométricos e análises químicas. Obtem-se informações detalhadas sobre 
granulação, tipo de alteração (hidrotermal ou intempérica) e sua intensidade, 
presença de minerais secundários, estado microfissural, deformações intracristalinas 
e microtectônica. Todos esses parâmetros são importantes para o bom entendimento 
das características mecânicas e hidráulicas, visando a previsão de desempenho dos 
diferentes tipos rochosos sob as condições de uso a que serão submetidos. 
• Propriedades índices das rochas: compreendem a determinação em ensaios de 
laboratório das características de massa específica, porosidade, absorção d’água, 
expansão, forma dos fragmentos, reatividade potencial, adesividade, abrasão, 
esmagamento e tenacidade. 
• Propriedades hidráulicas: compreendem a determinação da condutividade hidráulica 
do maciço rochoso através de ensaios de perda d’água sob pressão em furos de 
sondagem. As descontinuidades mostram-se determinantes no condicionamento do 
fluxo d’água e permeabilidade do meio rochoso. 
• Propriedades mecânicas: podem ser determinadas através de ensaios laboratoriais de 
compressão uniaxial, compressões puntiformes, compressão triaxial, cisalhamento 
direto, tração (método brasileiro), martelo de Shmidt, velocidade sônica, entre 
outros. 
 
Serão descritos de forma mais detalhada a seguir alguns dos ensaios mais utilizados para a 
determinação das propriedades mecânicas. 
 
 
2.3.1 – Ensaio de compressão puntiforme 
 
Estes ensaios fornecem o índice de resistência puntiforme (Is) correlacionável à resistência 
à compressão uniaxial. 
 
O ensaio consiste basicamente em comprimir um corpo de prova de rocha (fragmento ou 
testemunho de sondagem) entre dois pontos (Figura 2.3), utilizando-se como proposta de 
padronização a sugestão da ISRM (1985). 
 
 
O índice de resistência puntiforme é definido como: 
 
2s D
PI = ............................................................................................................................(2.4) 
 
Onde: 
Is índice de resistência puntiforme (MPa) 
P carga na ruptura da amostra (N) 
D dimensão da amostra paralela ao carregamento (mm), ver Figura 2.3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ensaio diametral Ensaio axial Ensaio sobre fragmentos irregulares
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.3 - Esquema das possíveis formas de realizar o ensaio de carga puntiforme (apud 
Montoya, 2002). 
 
O ensaio pode ser executado em amostras cilíndricas, carregando-se axialmente ou 
diametralmente, ou sobre fragmentos irregulares de rocha (ISRM, 1985). Já Bieniawski 
(1975) recomenda a utilização de corpos de prova cilíndricos (testemunhos de sondagem 
com diâmetro NX ou 54 mm) carregados diametralmente. 
 
2.3.2 Ensaio de compressão uniaxial 
 
É o ensaio mais freqüentementeutilizado em mecânica das rochas na determinação da sua 
resistência e deformabilidade. A grande maioria das classificações de materiais rochosos 
utiliza dados de compressão simples (uniaxial). 
 
O ensaio de compressão uniaxial é de execução simples porém, a preparação da amostra, 
cilíndrica, deve ser cuidadosa, e em número relativamente grande que permita garantir a 
representatividade dos resultados. Quando se trata de um maciço rochoso heterogêneo 
necessita-se de um grande número de amostras o que pode se tornar dispendioso. 
 
 19
A resistência à compressão simples (uniaxial) da rocha (σc) é a máxima tensão que suporta 
um corpo cilíndrico com relação entre altura e o diâmetro (H/D) variando entre 2,5 e 3,0 
segundo determinação da ISRM(1981). 
Sendo assim a resistência à compressão simples (uniaxial) corresponde à carga de ruptura 
da amostra expressa por: 
 
σc = P ................................................................................................................................(2.5) 
 A 
Onde: 
 
σc resistência à compressão uniaxial máxima (MPa); 
P carga de ruptura (MN); 
A área inicial da amostra (m2). 
 
Bieniawski (1975) propôs para fins práticos uma relação direta entre resistência à 
compressão uniaxial (σc ) e o índice de resistência puntiforme (Is ), conforme esta relação: 
 
sc I.24≅σ .........................................................................................................................(2.6) 
 
Tabela 2.11 - Classificação de rochas em função da resistência uniaxial 
(modificado ISRM, 1981). 
 
Descrição Resistência à compressão uniaxial (MPa) 
Rocha extremamente fraca 0,25 - 1,00 
Rocha fraca 1,0 - 25 
Rocha medianamente forte 25 - 50 
Rocha forte 50 - 100 
Rocha muito forte 100 - 250 
Rocha extremamente forte > 250 
 
 
2.3.3 Ensaio de compressão triaxial 
 
O ensaio consiste na compressão axial do cilindro de rocha com a aplicação simultânea de 
pressão confinante, podendo-se obter as propriedades de resistência e deformabilidade do 
material controlando-se o estado de tensões durante o andamento do ensaio mediante 
diferentes aplicações de pressões de célula. 
 
O efeito do confinamento em ensaios triaxiais de rocha é obtido por meio da aplicação de 
óleo sob pressão na câmara triaxial, onde é colocada a amostra de rocha envolvida por uma 
membrana impermeável, considerando-se que quanto maior a pressão confinante maior a 
resistência. O aumento de resistência, exibido pelas rochas ensaiadas com confinamento, 
sugere vários tipos de trajetórias de tensões para os ensaios. 
 
 20
De acordo com a recomendação da ISRM (1981) os parâmetros coesão (c) e ângulo de 
atrito (φ) são obtidos da envoltória que resulta ao plotar num gráfico a pressão de 
confinamento nas abscissas e a tensão axial nas ordenadas, onde se determina os 
parâmetros coeficiente angular (m) e intercepto das ordenadas (b) e destes calcula-se os 
valores de c e φ e também da resistência à tração (σt ) através das seguintes equações: 
 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
+
−=
1
1arcsen
m
mφ ............................................................................................................(2.7) 
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ −= φ
φ
cos2
sen1bc ................................................................................................................(2.8) 
m
b
t −=σ ...........................................................................................................................(2.9)
 
 
Onde: 
m coeficiente angular da linha reta de melhor ajuste; 
b intercepto da linha reta com o eixo das ordenadas. 
 
 
2.4 MODELOS GEOMECÂNICOS 
 
O modelo geomecânico deve contemplar, segundo Serra Júnior e Ojima (1998), o meio 
rochoso no seu conjunto onde se insere a obra de engenharia, incluindo todas as 
informações necessárias à elaboração do modelo físico, devendo abranger todas as 
características globais do maciço, como as classes geomecânicas e as particularidades 
relevantes que possam condicionar o seu comportamento, como as descontinuidades, com 
seus respectivos parâmetros geomecânicos. 
 
O modelo geomecânico deverá ser elaborado após a caracterização e classificação do 
maciço rochoso estudado e investigado para a obra de engenharia em questão, devendo 
reunir todas as feições do meio rochoso, definidas e tratadas espacialmente, sendo 
específico para o local. 
 
O modelo geológico permite uma visualização adequada da geologia local, com suas 
unidades litológicas principais, geometrias internas e externas, coberturas de solo e 
capeamentos de rocha decomposta e as características estruturais das litologias presentes. 
 
Sobre esse modelo faz-se uma análise dos fatores mais significativos, considerando-se 
principalmente as características do projeto de engenharia, os tipos e geometrias das 
estruturas previstas a serem escavadas, a grandeza e orientação das solicitações mecânicas e 
 21
hidráulicas, e as hipóteses de mecanismos de instabilização. Deve-se priorizar os fatores 
geológicos mais significativos e se definir os condicionantes geológicos que merecem 
estudos mais detalhados na fase de projeto e acompanhamento da obra. Esta análise pode 
ser quantificada, conforme o porte da obra e a significação dos fatores geológicos, por meio 
de estimativas controladas, ensaios de laboratório ou ensaios de mecânica das rochas. Da 
introdução desses parâmetros quantitativos no modelo geológico resulta o modelo 
geomecânico. 
 
 
D
EN
SI
D
A
D
E 
D
E 
R
O
C
H
A
 (K
N
/m
 )3
DISPERSÃO MÉDIA DA RESISTÊNCIA
PARA A MAIORIA DAS ROCHAS (MPa)
O
R
IE
N
TA
Ç
Ã
O
 D
O
 M
A
RT
EL
O
DUREZA DE SCHIMIDT (h) ESCLERÔMETTRO (L)
R
EI
ST
ÊN
C
IA
 A
 C
O
M
PR
ES
SÃ
O
 (σ
c)
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 2.4 – Ábaco da correlação entre densidade, resistência à compressão 
uniaxial e resposta obtida com o esclerômetro de Schmidt (Deere 
& Miller - apud Hoek e Bray, 1981). 
 
 
 22
3 PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE DE ROCHAS, 
DESCONTINUIDADES E MACIÇOS ROCHOSOS. 
 
O maciço rochoso deve ser considerado como um material descontínuo, que pode ter 
propriedades diferentes em pontos e direções diferentes, submetido a ações mecânicas, 
térmicas e químicas ao longo do tempo geológico. 
 
Na engenharia de rochas deve-se resolver algumas questões relativas à resistência e ao 
colapso para um determinado estado de tensões atuantes no maciço rochoso, que poderão 
provocar ruptura local ou total do material e se definir os deslocamentos admissíveis sob os 
carregamentos aplicados, para que não ocorram rupturas. 
 
Para se prever o comportamento da rocha como um material de engenharia, algumas 
propriedades da rocha intacta (sã), das descontinuidades e do maciço rochoso devem ser 
determinadas. 
 
3.1 PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA DAS ROCHAS 
 
Segundo Azevedo e Marques (2002) uma rocha quando perde a capacidade de resistir a 
uma determinada solicitação, resultante da implantação de uma obra de engenharia, ela 
pode perder totalmente a sua integridade e romper. Como existe uma grande diversidade de 
tipos de carregamento não é possível definir um modo de ruptura único para o maciço 
rochoso. 
 
Os principais mecanismos de ruptura (Azevedo e Marques, 2002) podem ser classificados 
como: 
 
• Ruptura por flexão: quando uma rocha é submetida a esforços de flexão ocorre o 
desenvolvimento e propagação de fraturas de tração. Essa ruptura pode ocorrer no 
teto de cavidades escavadas do tipo cavernas de casa de força e minas subterrâneas. 
• Ruptura por cisalhamento: ocorre quando as tensões de corte excedem a resistência 
ao cisalhamento provocando a formação de uma superfície de ruptura devidoao 
deslizamento do maciço rochoso. É comum em taludes de rochas pouco resistentes 
ou extremamente fraturados, como também em pilares de estruturas subterrâneas. 
• Ruptura por tração: ocorre em taludes em que há superposição de camadas ou 
estratos, em taludes com fraturas de pequena persistência e sem continuidade (não 
interligadas) e naqueles em que há presença de juntas de alívio de tensão. As 
superfícies formadas através da ruptura por tração caracterizam-se como bastante 
rugosas e com arestas vivas. 
• Ruptura por compressão: trata-se de um processo de ruptura bastante complexo, 
podendo incluir a formação de microfraturas de tração. A propagação e a 
coalescência das microfraturas levam à formação de uma superfície de 
deslizamento, caracterizada por cisalhamento. Também podem aparecer superfícies 
de clivagem axial subparalelas à compressão máxima (fenômeno designado por 
“splitting” ou “spalling”). 
 
 23
Geralmente o que ocorre é a combinação de dois ou mais modos de ruptura descritos 
anteriormente, o que dificulta a simulação da resistência de maciços rochosos em 
laboratório. 
 
Os principais ensaios para a caracterização de maciços rochosos estão descritos no capítulo 
2 desta tese, podendo-se destacar os ensaios de compressão uniaxial (simples), triaxial e de 
carga puntiforme. 
 
O comportamento mecânico da rocha intacta é melhor entendido aceitando-se as 
simplificações feitas ao considerá-la como um meio contínuo de comportamento elástico-
linear (Naylor et al., 1981 apud Montoya, 2002), sendo os parâmetros obtidos de ensaios de 
laboratório. Dessa forma a rocha intacta não representa um grande problema, porém o 
comportamento das descontinuidades é ainda pouco entendido. 
 
A relação entre as dimensões das escavações e os blocos de rocha devido ao fraturamento é 
chamada de efeito de escala (size efect) e tem grande importância na previsão de 
comportamento dos maciços rochosos nas obras de escavação. 
 
A resistência vai depender do tamanho da amostra ensaiada. As rochas são compostas de 
várias feições e descontinuidades, além do tamanho e distribuição dos grãos e cristais, 
microfraturas e fissuras, que condicionam o comportamento mecânico dos corpos de prova 
submetidos aos ensaios. Amostras de tamanho reduzido podem não ser representativas do 
maciço rochoso como um todo. Dessa forma, existe uma tendência de se aumentar a 
resistência com a diminuição do tamanho do corpo de prova de rocha, uma vez que no 
tamanho reduzido estes planos de fraqueza ou descontinuidades podem não estar presentes. 
 
Por recomendação da ISRM (1978) o diâmetro de um corpo de prova deve ser de no 
mínimo 10 vezes o tamanho do maior grão constituinte daquela rocha a ser ensaiada. Nem 
sempre é possível cumprir essa recomendação, sobretudo no caso de trabalhos de escavação 
em maciços rochosos fraturados, onde os blocos de rocha intacta, considerados como os 
grãos, podem ter dimensões de até vários metros. 
 
Quando nas sondagens utiliza-se diâmetro diferente dos recomendados nas normas de 
execução de ensaios de compressão uniaxial, Hoek e Brown (1980) propuseram correções 
considerando a resistência individual de cada amostra pela resistência de uma amostra de 
diâmetro igual a 50 mm, através da seguinte fórmula: 
 
 σcd = σc50
18,050 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
d
............................................................................................................(3.1) 
 
Onde: 
 
σcd resistência à compressão uniaxial do corpo de prova com diâmetro d 
σc50 resistência à compressão uniaxial do corpo de prova com diâmetro padrão (50 mm) 
d diâmetro do corpo de prova ensaiado 
 
 24
3.2 RESISTÊNCIA AO CISALHAMENTO DE DESCONTINUIDADES 
 
Os maciços rochosos são formados pela soma de matriz rochosa e descontinuidades. As 
descontinuidades são em geral planares, têm como origem a geotectônica regional e 
apresentam, do ponto de vista da mecânica das rochas, propriedades de resistência e rigidez 
muito inferiores à matriz rochosa circundante. O modelo estrutural de um maciço rochoso 
representa a distribuição espacial das descontinuidades e suas características geométricas, o 
que permite reconhecer quais as mais importantes no condicionamento do comportamento 
do maciço. 
 
As descontinuidades são consideradas como estruturas geológicas que podem interromper a 
continuidade física do maciço rochoso quando submetidos a certas cargas e englobam 
planos originais de juntas, fraturas, diáclases, falhas, foliações ou xistosidades, acamamento 
e contatos litológicos não gradacionais. A resistência dos maciços rochosos é afetada pela 
freqüência e orientação de sistemas de descontinuidades ou fraturas. Por definição da ISRM 
(1978) a descontinuidade pode ser designada como qualquer plano ou superfície natural 
onde a resistência a tração é nula ou muito baixa. 
 
A grande importância das descontinuidades é que elas irão influenciar as propriedades 
geomecânicas dos maciços rochosos relativas à resistência, deformabilidade e 
permeabilidade. 
 
3.2.1 Características geométricas das descontinuidades 
 
As principais características das descontinuidades registradas durante um levantamento 
geológico-geotécnico são espaçamento, persistência, rugosidade, resistência das paredes, 
abertura, preenchimento e condições de fluxo (já descritas no item 2.14 desta tese). Além 
dessas pode-se citar: 
 
• Orientação: atitude da descontinuidade no espaço, descrita pela direção (strike) e 
pelo mergulho (dip) do plano. Mais freqüentemente utiliza-se como anotação da 
atitude o sistema americano compreendido pela direção ou rumo do mergulho (dip 
direction), seguida do ângulo de mergulho (dip) que compreende a linha de maior 
inclinação da descontinuidade em relação à horizontal (Figura 3.1). A orientação da 
descontinuidade é feita no campo através de bússola de geólogo e os resultados 
podem ser apresentados através de diagramas de freqüência ou projeção 
estereográfica. 
• Número de famílias: um conjunto de descontinuidades com a mesma orientação e 
origem caracteriza uma família e um conjunto de famílias define um sistema. O 
comportamento geomecânico do maciço rochoso é influenciado pelo número de 
famílias de descontinuidades, que por sua vez determina a extensão do maciço que 
pode se deformar sem envolver a ruptura da rocha intacta. 
• Tamanho de bloco: é determinado pela persistência da descontinuidade e pelo 
espaçamento, além do número de famílias e suas orientações. A persistência e as 
orientações irão definir o formato dos blocos rochosos que podem ser instáveis ou 
não. 
 25
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.1 - Esquema mostrando o vetor mergulho de uma descontinuidade 
(modificado de Magalhães e Cella, 1998). 
 
3.2.2 Critérios de resistência de descontinuidades 
 
Vários critérios de resistência (ruptura) para descontinuidades têm sido formulados nas 
últimas décadas, porém o primeiro entendimento sobre comportamento das 
descontinuidades de rochas foi estabelecido pelo Critério de Patton (1966) à respeito da 
influência da rugosidade na resistência das descontinuidades. Esse autor realizou ensaios de 
cisalhamento direto sobre amostras com descontinuidades artificiais e constatou que a 
resistência ao cisalhamento depende do ângulo de atrito do material e da inclinação das 
rugosidades e a envoltória foi definida por: 
 
τ = σ n tg(φ b + i)..............................................................................................................(3.2) 
 
 Onde: 
 
τ tensão cisalhante ao longo da descontinuidade 
σ n tensão normal no plano da descontinuidade 
φ b ângulo de atrito básico da superfície 
 i ângulo de inclinação da rugosidade 
 
Posteriormente Barton (1971) descreveu a resistência ao cisalhamento de juntas artificiais 
com base em dados experimentaise observou evidências físicas da influência das 
propriedades da superfície das juntas, através de resistência a compressão e rugosidades das 
paredes, no comportamento geomecânico. Com base em inúmeros estudos experimentais 
em juntas naturais e artificiais, chegou-se a uma equação empírica para a resistência ao 
cisalhamento das juntas, definida como critério de Barton e Bandis (1983), tal que: 
 
τ = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
b
n
n
JSCJRCtg φσσ log ............................................................................................................................. (3.3) 
 26
Onde: 
 
τ tensão cisalhante ao longo da descontinuidade (Figura 3.2) 
σ n tensão normal no plano da descontinuidade (Figura 3.2) 
φ b ângulo de atrito básico da superfície 
JSC resistência à compressão uniaxial da rocha na parede da descontinuidade 
JRC coeficiente de rugosidade da descontinuidade que varia no intervalo 0-20 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2 - Envoltórias de ruptura de descontinuidades (modificado de Patton, 1966). 
 
O JRC também pode ser obtido através da fórmula abaixo proposta por Barton et al. (1985) 
e derivados a partir dos ensaios de rampa inclinada (tilt test), onde blocos de rochas 
interceptados por juntas são retirados do maciço rochoso e inclinados até que a parte 
superior do bloco deslize em relação à parte inferior. (Figura 3.3) 
 
O coeficiente de rugosidade da descontinuidade JRC pode ser obtido por comparação do 
perfil de rugosidades típicas apresentado por Barton e Choubey (1977), conforme mostrado 
na Figura 3.4, e varia de 0 para juntas lisas até 20 para juntas com alta rugosidade. 
 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
−=
no
r
JSC
JRC
'log σ
φα
 ...................................................................................................................................................... (3.4) 
Onde: 
 
α ângulo no qual se dá o deslizamento do bloco superior 
σ ’no tensão normal no plano da descontinuidade 
JSC resistência à compressão uniaxial da rocha na parede da descontinuidade 
φ r ângulo de atrito residual 
 
 
 
 27
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.3 - Esquema dos ensaios de rampa inclinada: (a) simulação de uma 
descontinuidade deslizando em blocos retangulares; (b) testemunhos de sondagem sem 
polimento; (c) simulação de descontinuidade longitudinal em corpo de prova cilíndrico 
(modificado de Montoya, 2002). 
 
Como no tilt test esquematizado na Fig. 3.3(b), se obtém o ângulo de atrito básico do 
material (φ b) e em razão dos efeitos do intemperismo, foi proposta outra fórmula que 
utiliza o martelo de Schmidt para obter: 
 ( ) Rrbr 2020 +−= φφ ..................................................................................................................................................... (3.3) 
 
Onde: 
 
φ b ângulo de atrito básico obtido do tilt test (Figura 3.3) 
r é o “rebound” (índice obtido com o esclerômetro de Schmidt L) para juntas 
alteradas e saturadas; 
R é o “rebound” (idem) para juntas não alteradas e secas; 
0 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.4 - Perfis de rugosidade e os intervalos de valores de JRC 
(modificado de ISRM, 1981) 
 
Resultados experimentais comprovaram a dependência da escala nos valores de JRC e JCS. 
Barton et al. (1985) apresentaram uma formulação na qual correlacionam o índice de 
rugosidade e a resistência à compressão uniaxial da parede da descontinuidade obtidos em 
ensaios de laboratório com aqueles da descontinuidade in situ: 
 
oJRC
o
n
on L
LJRCJRC
02,0−
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡= ................................................................................................(3.6) 
 
oJRC
o
n
on L
LJCSJCS
03,0−
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡= ................................................................................................(3.7) 
 
Onde: 
 
JRCn coeficiente de rugosidade da descontinuidade in situ 
 29
JRCo coeficiente de rugosidade da descontinuidade no laboratório 
JCSn resistência à compressão uniaxial não confinada da rocha nas paredes da 
descontinuidade in situ 
JCSo resistência à compressão uniaxial não confinada da rocha nas paredes da 
 descontinuidade em laboratório 
Ln dimensão do corpo de prova considerado in situ, limitado ao espaçamento de juntas 
 transversais delimitando os blocos do maciço. 
Lo dimensão do corpo de prova considerado em laboratório 
 
3.3 DEFORMABILIDADE DE DESCONTINUIDADES 
 
Bandis et al. (1983), em função de ensaios cíclicos de compressão normal e ensaios de 
cisalhamento executados em amostras de descontinuidades alteradas e sem alteração, 
verificaram que existe um comportamento não linear da rigidez cisalhante e da normal. A 
rigidez normal de descontinuidades fechadas pode ser obtida pelas seguintes expressões: 
 
2
1 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
+−= nnim
n
nin KV
KK σ
σ ..............................................................................................(3.8) 
 
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛++−=
j
ni a
JCSJRCK 02,075,115,7 ...............................................................................(3.9) 
 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −= 1,02,0
5 JCS
JRCa Cj
σ
..............................................................................................(3.10) 
 
Onde: 
 
Kn rigidez normal da descontinuidade 
Kni rigidez normal inicial da descontinuidade 
aj abertura inicial da descontinuidade σ n tensão normal no plano da descontinuidade σ c resistência à compressão uniaxial da rocha 
JSC resistência à compressão uniaxial da rocha na parede da descontinuidade 
JRC coeficiente de rugosidade da descontinuidade que varia no intervalo de 0-20 
φ r ângulo de atrito residual 
Vm fechamento máximo da descontinuidade 
 
Já Barton Choubey (1977) propuseram para a rigidez cisalhante (Ks) a expressão: 
 
r
n
nS
JCSJRCtg
L
K φσσ +⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛= 10log100 .............................................................................(3.11) 
Onde: 
 
 30
L comprimento da descontinuidade para levar em conta o efeito do tamanho dos 
corpos de prova 
 
Barton et al. (1974) e Barton (1995) mencionam um método de obtenção de valores do 
ângulo de atrito das descontinuidades críticas em função da rugosidade e do estado de 
alteração das paredes da descontinuidade, tal que: 
 
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛=
a
r
J
Jarctanφ ...............................................................................................................(3.12) 
 
Onde: 
 
φ ângulo de atrito da descontinuidade crítica do maciço rochoso 
Jr e Ja índices de rugosidade e de alteração do sistema de classificação Q (Barton, 1974) 
para as famílias de descontinuidades mais críticas 
 
De forma similar, os valores do ângulo de atrito são calculados com a coesão e o atrito 
combinados: 
 
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= σ
τφ arctan ................................................................................................................(3.13) 
 
Onde: 
 
τ tensão cisalhante 
σ tensão normal 
 
 
3.4 RESISTÊNCIA E DEFORMABILIDADE DE MACIÇOS ROCHOSOS 
 
O entendimento do comportamento provável de uma estrutura de engenharia escavada num 
maciço rochoso, dentro de um campo de tensões induzidas, requer o conhecimento das 
características de resistência e deformabilidade do maciço para o sucesso da obra. 
 
O maciço rochoso é considerado mais freqüentemente como um meio contínuo equivalente, 
tendo-se apresentado modelos empíricos ou semi-empíricos que consideram implicitamente 
as propriedades das descontinuidades envolvidas. Critérios empíricos de ruptura de maciços