Resumo P3 - Geologia de Engenharia

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Capítulo 8 – Estrutura dos maciços Rochosos 
1.Introdução 
 Esforços, rochas dúcteis e rúpteis 
2.Deformações das rochas 
Elástica-linearmente proporcional ao esforço aplicado. A rocha consegue voltar a sua 
forma original 
 Plástica-quando ultrapassa o limite de elasticidade a deformação se torna irreversível 
 Ruptura- ocorre quando o esforço é maior que o limite de resistência 
 
 2.1Fatores Relacionados ao comportamento da rocha submetida a um carregamento 
 Pressão hidro/litostática- pressão elevada pode tornar a rocha mais resistente 
ao faturamento; pressão litostática elevada faz com que as rochas se 
deformem de forma dúctil 
 Temperatura- a rocha se deforma mais facilmente e torna-se mais rúptil ou 
friável 
3.Domínios deformacionais em função da profundidade na crosta 
Domínio superficial- deformação essencialmente rúptil (quebras e descontinuidades) 
Domínio profundo- deformação dúctil (apenas deformação plástica, sem perda de 
continuidade). 
 
4. Estruturas atectônicas – são feições que se desenvolvem geradas por esforços do interior da 
terra. Restringem-se a Pequenas áreas e são formadas pela ação da gravidade. 
Juntas de alívio - são descontinuidades geradas por desplacamento, que ocorrem 
principalmente em maciços resistentes; tendem a se horizontalizar em profundidade; 
A origem é explicada como resultado do alívio de carga, devido a remoção de rochas 
sobrejacentes. Exemplo: a barragem de Camará (que vazou). 
Junta-falhas - correlata às juntas de alívio, observada principalmente, em fundos de 
vales. Aparecem nas porções de basalto compacto. É um importante problema 
geotécnico 
 
5.Estruturas Tectônicas 
5.1 Movimentos Tectônicos 
 Movimentos orogenéticos: são movimentos rápidos; exemplo: terremoto 
 Movimentos epirogenéticos: são movimentos lentos; caracteriza-se por 
movimentos no sentido vertical de vastas áreas continentais; deformam; 
afetam extensas áreas 
Define-se orogênese para áreas instáveis e epirogenese para as áreas estáveis da crosta. 
5.1.1 Tipos de estruturas tectônicas 
 Estado plástico - representado por dobras zonas de cisalhamento foliações e 
lineações; 
 Estado rígido – as estruturas são representadas, sobretudo por 
descontinuidades físicas como juntas e falhas. 
5.1.1.1 Formando Dobras 
Linha de charneira - corresponde à linha que une os pontos da curvatura máxima 
Linha de inflexão - corresponde à linha que une os pontos da curvatura mínima 
Antiforme – abertura voltada para baixo 
Sinforme- abertura voltada cima 
Sinclinal- dobra que possui camadas mais jovens em seu interior 
Anticlinal - camadas mais antigas, estão no núcleo 
5.1.1.2 Formando Falhas 
 Descontinuidades: caracteriza qualquer descontinuidade: juntas, planos de 
xistosidade, zona de fraqueza e falhas; 
 Juntas ou diaclases: termo para quando não há deslocamento na direção paralela ao 
plano de descontinuidade 
Tipos de falhas 
Rasas- afetam camadas superficiais da crosta 
Profundas- atravessam toda a litosfera, ex: falha de san Andreas 
 
Elementos de uma falha inclinada 
 Capa- bloco acima do plano de falha 
 Lapa- bloco situado abaixo do plano de falha 
 Escarpa-parte exposta na topografia 
 Traço-intersecção do plano de falha com a superfície topográfica 
 
Classificação geométrica das falhas 
 Mergulho da superfície da falha: 
o Alto ângulo – maior que 45 
o Baixo ângulo – Menor que 45 
 Forma da superfície de falha: 
o Planar- quando a variação da direção da superfície encontra-se no 
intervalo de aproximadamente 5o; 
o Curva- relacionadas a regimes distensivo; 
 Movimento relativo 
o Normais- capa decresce em relação à lapa (em geral alto 
ângulo,margens do atlântico, bacias meso oceanicas) 
o Reverso (inversa)- bloco sobe em relação à lapa 
o Transcorrentes- associadas a limites de placas litosféricas(exemplo da 
cerca que se desloca) 
6. Feições geológicas associadas aos dobramentos e importância na engenharia 
Cortes ou taludes 
 O corte pode ser instável se for feito em uma rocha anticlinal, pois o sentido 
do mergulho coincide com o do corte. Enquanto o corte em uma rocha 
sinclinal tende a ficar estável; 
Túneis 
 Uma das condições mais adversas para a locação de um túnel é o 
posicionamento no eixo de uma sinclinal, pois os esforços no teto são 
convergentes. O melhor posicionamento do túnel é sobre uma rocha anticlinal. 
Fundações 
 Os dobramentos são importantes na captação de água subterrânea. 
Alternância de camadas de diferentes espessuras pode variar 
significativamente a profundidade do assentamento de uma fundação. 
7. Feições geológicas associadas aos falhamentos e importância na engenharia 
7.1 Feições geológicas 
 Brecha- fragmento maior que areia fina 
 Milonito – fragmentos menores que areia fina 
 Espelho de Falha – quando a rocha se mostra suscetível ao polimento 
 Omissão e repetição de camadas- 
 Dique- pode ou não significar plano de falha 
7.2 Feições do relevo 
 Escarpa- parte da topografia que fica exposta (não é necessariamente uma 
falha, pois encostas formadas por arenito e basalto também tendem a formar 
escarpas) 
 Vales orientados- 
 Cristas orientadas- falhas preenchidas com minerais mais resistentes ao 
intemperismo do que a rocha falhada 
 Deslocado- ilha das aranhas deslocadas em floripa 
8 características das descontinuidades 
8.1 Conceitos Básicos 
 Descontinuidade geomecânica – para obras de engenharia as condições como 
feições tabulares e planares e de reduzida qualidade mecânica são 
desfavoráveis. 
 Maciço Rochoso – é um meio heterogêneo, freqüentemente descontínuo. 
8.2Parâmetro descritivos das descontinuidades 
8.2.1 Orientação Espacial 
 Direção- definida pelo ângulo que a intersecção do plano da descontinuidade, 
com a horizontal, faz com o norte. 
 Mergulho – é o ângulo de inclinação em relação ao plano horizontal. 
 
A posição ocupada no espaço por uma estrutura geológica planar apresenta uma atitude que é 
definida pela sua direção e pelo ângulo de mergulho (define a posição de uma 
descontinuidade dada por direção e ângulo de mergulho). 
(na notação a primeira referencia é a direção e a segunda o mergulho, ex:N30E50SE) 
8.2.1.1 Noções básicas de projeção estereográfica 
É a projeção da superfície de uma esfera sobre o seu plano equatorial ou seu pólo. 
 Rede de wuff- aquela do desenho do exercício feito em sala 
 Rede de Schmitt ou rede de igual área- rede estereográfica corrigida tem 
maior aplicação em geologia estrutural. 
8.2.1.3 Diagrama de frequência 
Superpõe-se a transparência com a rede de KALSBEEK para a contagem de pólos. Conta-se o 
numero de pontos que caem em cada hexágono. Cada hexágono representa 1% da área total 
do diagrama. 
8.2.2 Persistência – é um parâmetro ligado ao tamanho e à forma geométrica da estrutura, é 
profundamente afetado pela orientação da superfície rochosa. 
8.2.3 Espaçamento - refere-se à quantidade de descontinuidades por unidade de 
medida(S=L*c0s(x)/Nc) 
8.2.4 Irregularidade e rugosidade das superfícies – são irregularidades de dimensões 
centimétricas. A rugosidade é uma importante componente na resistência ao cisalhamento. 
8.2.5 Resistência da parede da descontinuidade – outro componente importante da 
resistência ao cisalhamento. Essa propriedade pode ser determinada com o martelo de 
Schmidt, que estima quantitativamente a resistência. Existem tabelas para classificar o grau de 
intemperismo. 
8.2.6. Abertura e preenchimento 
É importante para o estudo da percolação da água no interior dos maciços. Os preenchimentos 
podem alterar significativamente a resistência ao cisalhamento e a condutividade hidráulica. 
8.3. Levantamento sistemático das descontinuidades 
Possui caráter quantitativo e trata os dados obtidos em campo de maneira estatística. Se 
aceita um número mínimo entre 100e 150 medidas. Após o tratamento estatístico, podem ser 
construídos histogramas de freqüência para cada uma das propriedades de interesse. 
 
Capítulo 9 – Classificações Geomecânicas 
 Métodos de Projeto 
o Analíticos: baseiam-se em métodos numéricos 
o Observacionais: baseado em medidas instrumentais (NATM) 
o Métodos Empíricos: relacionados a experiências anteriores 
 Objetivos das classificações geomecânicas: dividir um maciço em grupos de 
comportamento semelhante, fornecer dados para projetos de engenharia. Os dados 
obtidos com as classificações é um importante facilitador dos trabalhos de 
engenharia. 
 Parâmetros empregados nas classificações geomecânicas: resistência da rocha, RQD 
(∑( )*100, quanto mais próxima de 100 melhor é a qualidade da rocha), 
rugosidade, continuidade, separação, preenchimento, nível da água e tensões de 
campo. 
o Obtém-se a rocha para a determinação do RQD através de sondagem rotativa. 
 Extração de amostras de solo para análise: é feito com um barrilete de 
1,5 a 5m. A coroa utilizada varia de acordo com a dureza da rocha. A 
série de diâmetros é padronizada de acordo com as letras (EW, AW, 
BW, NW, HW). Nas perfurações em rochas calcárias, eventualmente, 
ocorre avanço da sonda sem qualquer resistência e esse fato deve ser 
indicado para uma analise mais precisa da qualidade da rocha. Após a 
extração os testemunhos devem ser devidamente guardados. 
 Medida do nível da água: analisa-se a quantidade de água, 
permeabilidade, aspectos geológicos. Esses dados podem 
fornecer informações sobre os condicionantes da percolação. 
 Amostragem Integral: desenvolvida pelo LNEC permite obter as 
atitudes das estruturas geológicas. 
o Características das rochas: resistência da rocha intacta, espaçamento das 
descontinuidades, condições das descontinuidades e sua orientação, 
condições da presença de água. 
 Principais Classificações geomecânicas: inicialmente foram concebidas para escavações 
subterrâneas. Não se deve esquecer a importância da consideração dos índices 
relativos a descontinuidades. Apesar da existência de inúmeras classificações, 
atualmente apenas as classificações de Bienawski(sistema RMR), a de 
Barton(Sistema Q). 
o Sistema RMR: (rock mass rating) utilizada seis parâmetros medidos no campo: 
resistência à compressão, RQD, espaçamento das descontinuidades, padrão 
das descontinuidades, orientação da água subterrânea, orientação relativa das 
descontinuidades/escavação. 
 Objetivos: caracterizar os parâmetros condicionantes do 
comportamento dos maciços rochosos; compartimentar uma 
formação rochosa em classes de maciço com qualidades distintas; 
prover dados quantitativos para o projeto geomecânico, servir como 
referência a comunicação de dados na própria obra e entre obras 
distintas, RQD, Espaçamento médio dos sistemas de juntas, padrão 
das descontinuidades. 
o Os parâmetros do RQD e o espaçamento médio das juntas procuram refletir 
uma única condição referente à densidade volumétrica das descontinuidades, 
ou seja, o estado de compartimentação do maciço. É necessário considerar 
que o espaçamento expressa tão somente a condição média de 
compartimentação do maciço, isto é, a dimensão média dos blocos rochosos. 
A partir da atribuição de pesos em função dos níveis de variação dos 
parâmetros analisados procede-se à classificação nominal do maciço rochoso 
pelo somatório dos pontos obtidos, determinando-se assim o RMR. Com base 
nesse valor é possível inferir valores de referência para o tempo de auto 
sustentação do maciço, bem como características da seção e métodos de 
suporte recomendados. 
 Guia para a utilização do sistema de classificação RMR: 
o Passos: dividir o túnel a ser escavado em regiões que apresente características 
geológicas similares que requerem de suporte específico, fazer um 
levantamento das feições geológicas de cada região delimitada, obter os 
valores dos seis parâmetros que somados fornecem o valor do RMR, 
Determinar (em função do RMR) e do comprimento do túnel selecionado o 
tempo de sustentação (aí então seleciona-se o suporte apropriado 
consultando-se tabelas). 
 Sistema Q: a partir de mais de 200 casos históricos de obras de escavações 
subterrâneas foi proposto um novo sistema para quantificar o comportamento 
geomecânico de maciços rochosos (NGI- instituto geotécnico da Noruega). Os 
autores definiram um parâmetro adicional que relacionado com o valor de Q 
permite a classificação nominal do maciço. Além do estabelecimento de correlações 
com inúmeras outras grandezas intervenientes no problema de interação 
suporte/maciço. O resultado de D varia de 0,001 e 1,000(plotado em escala 
logarítmica) abrange rochas brandas até maciços sem descontinuidades As 
correlações demostrada para o sistema RMR podem ser extrapoladas para o sistema 
Q, através da seguinte relação . Apesar de muito útil essa 
correlação apresenta grande dispersão. 
 Guia de utilização do sistema Q: 
o Passos: dividir o túnel a ser escavado em regiões geologicamente similares e 
que podem requerer um mesmo tipo de suporte, obter as descrições das 
feições geológicas e geotécnicas, determinar a classificação dos seis 
parâmetros e determinar o valor de Q, selecionar o valor de ESR e finalmente 
determinar o tipo de suporte utilizando o gráfico qxDe.(Ver cálculos de RMR e 
sitema Q). 
 Estudo de caso: Barragem de Campos Novos 
o Os tratamentos foram efetuados concomitantemente ao avanço das 
escavações, as superfícies foram mapeadas de modo a adquirir os parâmetros 
necessários para a determinação do índice Q, em ambos os túneis adotou-se o 
valor 9 para a relação vão/ESR (ESR=1,6). Executou-se revestimento com 
concreto projetado em camada com 4cm de espessura e em alguns trechos 
com 5cm. Além disso, foram instalados tirantes em malha de até 2,2m. 
o A maior ocorrência foi da categoria 2 (tirantes em função da possibilidade de 
cunhas). O maciço rochoso estava praticamente seco, com RQD da ordem de 
100%, juntas que apresentavam paredes sãs, rugosas com contato entre 
rochas. Nos trechos iniciais dos túneis os tratamentos foram estabelecidos de 
forma conservadora em relação aos sugeridos pelo índice Q sendo aplicado na 
abóbada 10cm de concreto projetado e tirantes dispostos em malha de 1,5m. 
 
Túneis- Capítulo 10 
1. Etapas do empreendimento 
a. Estudos: são analisadas várias alternativas para o traçado 
i. Túneis Rodoviários: 
 Corte Túnel 
Desvantagens  Maiores desapropriações 
 Manutenção contínua 
 Interrupções do trânsito 
 Traçado mais complicado 
 Maiores danos ecológicos 
 Contenção cara 
 
 Investigações preliminares 
caras 
 Problemas sísmicos 
 Mao de obra especializada 
 Custos operacionais 
Vantagens  Mais barato em pequenas 
alturas (<40m) 
 Fácil execução 
 Poucas investigações 
 Desapropriações menores 
 Isento de manutenção 
 Traçado menor 
 Danos ecológicos mínimos 
 
b. Escolha do traçado: requer um conhecimento da geologia local. O estudo 
inicial é dividido em duas partes: estudo da FOTOGRAMETRIA da região, e o 
levantamento da superfície. Procede-se à etapa em campo para sondagens de 
solo (para definir a profundidade da rocha) e sondagens rotativas (para definir 
o tipo de rocha no traçado do túnel). 
O custo das investigações preliminares varia entre 2 a 5% do valor estimado do 
túnel. Nos projetos em que são feitos investigações preliminares, a diferença 
entre o custo orçado e o custo real da obra é mínima. 
c. Escolha da seção: São dimensionados conforme o gabarito rodoviário, e as 
seções não são padronizados no Brasil. (O emboque é mais fácil para seções 
que apresentam rochaaflorada ou com pouca cobertura de solo. Ao passo que 
grandes coberturas de solo ou elevadas inclinações dificultam a execução). 
 
2. Métodos de construção 
a. Escavação a fogo: qualquer maciço rochoso pode ser escavado a fogo. Esse 
tipo de escavação além de ser mais versátil pode ser mais econômica. É feita 
abrindo furos na cabeceira, carregando-os com explosivos e detonando em 
uma ordem pré-determinada (previamente decidida pelo esquema de fogo). 
i. Métodos de avanço: variam conforme as dimensões das seções 
Tamanho da seção Método 
Pequena (2 a 15m) Avanço em plena seção, furos paralelos, pequenos carregadores e 
transporte do material escavado sobre trilhos. 
Média (15 a 100m) Avanço em plena seção com perfuração mecanizada e transporte do 
material escavado sob pneus. 
Grande (mais de 100) Escavação plena da abobada. A escavação restante pode ser feita em 
bancada 
GG (mais de 250) Podem ser atacados pelos seus extremos. Avanços por frente única 
aumentem em 15 a 30% os custos 
ii. Esquema de Fogo: é composto por três partes distintas 
1. Pilão: é responsável pela primeira abertura no centro da 
cabeceira e no sentido do eixo do túnel. O objetivo é criar uma 
superfície livre contra a qual será efetuado o restante do 
desmonte. 
2. Alargamento: devera providenciar a fragmentação satisfatória 
3. Contorno: deve propiciar o melhor acabamento possível à 
superfície final da seção. 
iii. Equipamentos de furação: são utilizados equipamentos tipo jumbo 
com perfuratrizes. O diâmetro dos furos varia entre 45 e 64mm. 
iv. Disposição dos Materiais Escavados; as rochas, provenientes das 
escavações, que estão em boas condições é geralmente utilizada como 
agregado após britagem. 
b. Escavação mecanizada: competem econômica e tecnicamente com as 
escavações a fogo. Sua velocidade de avanço é superior à escavação a fogo 
tradicional e a eliminação do desconforto ambiental é uma vantagem 
importante. Maciços que tem rochas que não ultrapassam 30MPa podem ser 
escavados por escarificação mecânica. 
i. Escavações sob couraça: requer previa investigação dos parâmetros 
geológicos do local para evitar comprometer investimentos 
significativos. Dividem-se em dois tipos: 
1. Face Aberta: mais simples e avançam com menor velocidade, 
porém são mais versáteis diante a mudança de material. 
2. Face fechada: escavam automaticamente, são mais seguras em 
terrenos desmoronáveis e apresentam maior produtividade. 
c. Novo Método Austríaco (NATM): utilizado para escavar rochas brandas, 
favorece a deformação do maciço adjacente para redistribuir e reduzir as 
tensões induzidas. 
i. Medidas a serem tomadas: aplicar suporte flexível em torno do 
contorno escavado, dimensionar o revestimento final durante a obra 
(em função do comportamento mecânico da frente de escavação), 
controlar o desempenho do maciço. 
ii. Tem produtividade menor às escavações mecanizadas em maciços sob 
condições geotécnicas desfavoráveis. No metro de São Paulo foi 
atingida uma produção de 13m/dia em argila porosa (1989 a 1990). 
d. Escavações abaixo do Nível da água: utiliza-se o rebaixamento do nível da água 
a partir da superfície. 
3. Condicionantes geológicos 
a. Litologia: granulometria, porosidade, plasticidade, ângulo de atrito, 
permeabilidade. Além do grau metamórfico, intemperismo... 
b. Intemperismo e solos em geral: rocha alterada pelo intemperismo tem baixa 
resistência às solicitações mecânicas 
c. Falhas e Fraturas: podem constituir surpresas indesejáveis se não previstas 
através de métodos geofísicos 
d. Estratificação, xistosidade e dobramentos: as dobras podem ter grande 
importância no direcionamento do campo de tensão, em geral orientado 
segundo a geometria da dobra e maiores tensões nos ápices. 
e. Água: pode ser drenada por túnel. Caso não seja possível, os túneis devem 
prover de sistema de captação e evacuação continua das infiltrações. 
4. Aspectos Geotécnicos 
a. Tensões naturais e induzidas: 
i. Verticais: são estimadas em função da espessura em z. 
ii. Horizontais: são influenciadas por relevos enérgicos, tectonia residual, 
intemperização diferencial profunda e heterogeneidades litológicas e 
estruturais. Tendem a serem maiores que as tensões verticais. 
b. Recalques abatimentos e subsidências: resultam do adensamento de solos 
compressíveis causado pelo aumento das tensões efetivas, devido ao 
rebaixamento do nível da água. Deslocamentos superficiais podem refletir 
deformações não drenadas. 
 
 
5. Tratamentos 
a. Ancoragens: introdução de uma barra de aço em um furo no maciço rochoso 
pode ser: (aumentar as tensões de confinamento da região melhorando a 
resistência) 
i. Ativa: Tirante. A barra é fixada no fim da perfuração com substâncias 
aderentes e então tracionada, produz um esforço compressivo no 
maciço. 
ii. Passiva: Chumbadores. A barra é introduzida na perfuração e injetada 
ao longo de sua extensão, ocorrendo o tracionamento do maciço. 
b. Concreto projetado: pode ser por via seca (água adicionada somente no bico) 
ou úmida. Fibras de aço e polipropileno são adicionadas ao concreto para 
aumentar sua resistência a esforços de tração. É largamente utilizado em 
túneis em solo pelo método NATM. É um sistema de suporte temporário. 
c. Combotas metálicas: são estruturas metálicas utilizadas como sistema de 
suporte, geralmente quando o tempo de sustentação do túnel é muito 
reduzido. (melhor tratamento para região de falha) 
d. Enfilagens: reforços colocados acima da abóboda de forma a possibilitar a 
escavação. 
i. Cravadas: introduz-se sem furos prévios. Em geral barras de aço de 3m 
utilizado em solos com resistência muito baixa. 
ii. Injetadas: introduzidas com furos prévios, as barras são injetadas e 
preenche-se o furo com calda de cimento. As barras de aço podem 
alcançar de 10 a 20m. 
6. Revestimento Final: o revestimento final tem dupla finalidade: aumentar o fator de 
segurança e satisfazer valores estéticos. Pode se deixar o túnel em rocha aparente, 
revestir com concreto projetado, ou concreto estrutural (com o auxilio de formas) em 
todo o perímetro.