Aula_7_-_Classificaes_de_macios_rochosos

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Mecânica de Rochas
Classificações de maciços rochosos
Contexto, RQD, RMR, Índice Q, GSI
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais
Câmpus IV - Unidade Araxá
Engenharia de Minas
Disciplina: Mecânica de Rochas
Os sistemas de classificação de maciços
rochosos surgiram primeiramente como
ferramenta na seleção de suporte no âmbito
da estabilidade de escavações subterrâneas
rochosas.
Em engenharia de rochas, o primeiro maior
sistema de classificação foi proposto para
aberturas de túneis (Terzaghi, 1946).
Sistemas de Classificação
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Desde então, diferentes tipos de classificações
vêm sendo propostas com diferentes tipos de
aplicações, abrangendo tanto a engenharia
civil como a engenharia mineral.
Sempre que possível, é desejável que se busque
soluções analíticas para os problemas
envolvendo Mecânica das Rochas.
Entretanto, os processos envolvendo maciços
rochosos nem sempre se mostram possíveis de
serem mensurados dessa forma.
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Assim, deve-se buscar, na experiência prática,
soluções para as situações que se apresentam
no cotidiano dos trabalhos em uma mina.
Na tentativa de se estabelecer parâmetros
aplicáveis a diversos maciços, aproveitando-se
do conhecimento obtido de regiões específicas,
surgiram vários sistemas de classificação de
maciços rochosos.
Os sistemas de classificação geomecânica são
ferramentas bastante úteis na descrição do
comportamento de um maciço rochoso.
São capazes de fornecer uma visão geral do
maciço e estimativas iniciais sobre condições de
suporte de escavações e de propriedades de
resistência e deformabilidade.
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Os sistemas de classificação de maciços
rochosos têm por objetivo agrupar os maciços
rochosos em categorias de comportamento
similar, com soluções típicas para diversos
problemas de engenharia.
Embora sejam sistemas relativamente simples e
atrativos, em termos de execução, nem sempre
podem ser utilizados na avaliação completa das
situações vividas em uma mina.
Como eles são embasados em uma série de
simplificações e um certo grau de subjetividade,
o uso indiscriminado desses sistemas pode
acarretar em resultados completamente
discordantes da realidade, levando a prejuízos
consideráveis.
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Nome da
classificação
Autor e data País de origem Aplicações
1. Rock load Terzaghi (1946) USA Túneis
2. Stand-up time Lauffer (1958) Austrália Túneis
3. NATM Pacher et al. (1964) Áustria Túneis
4. Rock quality
designation
Deere et al. (1967) USA Furos de sondagem,
túneis
5. RSR concept Wickham et al. (1972) USA Túneis
6. RMR system Bieniawski (1973) África do Sul Geral
7. Q-system Barton et al. (1974) Noruega Geral
8. Strength-size Franklin (1976) Canadá Túneis
9. Basic geotechnical
description
ISRM (1981) Internacional Geral
10.Unified
classification
Williamson (1984) USA Geral
Nome da classificação Autor e data País de
origem
Aplicações
M - RMR Ünal e Özkan (1990) Turquia Mineração
RMS Stille et al. (1982) Suécia Mineração de metais
WCS Singh (1986) Índia Mineração de carvão
RMi Palmström (1996) Suécia Túneis
GSI Hoek e Brown (1997) Canadá Escavações subterrâneas
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Entre os vários sistemas de classificação de maciços
rochosos propostos ao longo do tempo, três se
apresentam com maior destaque e utilização ao
redor do mundo:
RMR (Rock Mass Rating - Bieniawski, 1972)
Sistema Q (Barton, 1974)
RMi (Palmström, 1996)
GSI (Hoek e Bray, 1994)
RQD
Rock Quality Designation (RQD) é um índice que
estima o grau de compartimentação do maciço.
Ele é obtido a partir de furos de sonda, onde
serão somados todos os fragmentos maiores
que 10 cm, e então dividindo o valor encontrado
pelo comprimento total analisado.
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Exemplo:
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Para aqueles casos em que não se dispõe de
dados de furo de sonda, Palmström (1982)
propôs a seguinte equação para se estimar esse
dado:
Onde Jv é o índice volumétrico de juntas, e
representa o número de juntas por metro cúbico
no maciço rochoso.
�� = �
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��
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O parâmetro RQD nem sempre se mostra
confiável em representar a frequência das
descontinuidades, pelos seguintes motivos:
• Depende da capacidade do observador em
diferenciar fraturas naturais e aquelas provenientes
de desmontes ou da própria perfuração;
• Uma boa recuperação do testemunho de sondagem
depende do método de perfuração utilizado;
• Não é uma boa medida para maciços rochosos
em boas condições. Caso haja apenas uma
família de descontinuidades, uniformemente
espaçadas de 5 metros ou 15 centímetros, o
valor obtido para RQD será 100 em ambos os
casos;
• Em um maciço rochoso anisotrópico, o valor
medido de RQD irá depender da direção de
perfuração.
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RMR – Rock Mass Rating
São atribuídos pesos para cada parâmetro avaliado.
O valor do RMR é a soma desses pesos.
• Resistência à compressão uniaxial (qu)
• RQD
• Espaçamento das descontinuidades
• Condição das descontinuidades
• Água
• Orientação relativa entre a descontinuidade e a
escavação
Resistência à compressão uniaxial
RQD Espaçamento
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Condição das descontinuidades
Recomendações para condição das 
descontinuidades
Condição de Água
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Ajuste devido à orientação das 
descontinuidades
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Exemplo
Para um maciço rochoso com RMR=30 qual seria o vão 
livre e o tempo de autosustentação
Exercício
Um túnel ferroviário de 10m de diâmetro deverá ser executado
numa região montanhosa com clima tropical úmido direção EW,
sentido E.
O reconhecimento geológico de campo evidenciou 5 tipos
litológicos (siltito, arenito, gnaisse, granito e xisto) ao longo do eixo
do túnel de 1.5km. Assim determine a classificação geomecânica de
acordo com Bieniawski para o maciço em questão e em seguida
determine para cada unidade litológica os vãos livres máximos e
mínimos e seus respectivos tempo de auto sustentação.
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Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menor que 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menor que 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
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Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menor que 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menor que 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
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Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menorque 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
Xisto:
O xisto apresenta resistência à compressão axial não confinada menor que 2,5
Mpa, com RQD de 50% e espaçamento médio entre as descontinuidades de 300
mm. Fluxo de água razoável com gotejamento. Camadas mergulhando de 30°
para Oeste. Superfícies de descontinuidade lisas, planas e duras e levemente
alteradas.
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Sistema Q
NGI Tunneling Quality Index foi proposto por Barton et
al. (1974), como forma de se estimar os mecanismos de
suporte necessários para túneis escavados em rochas
competentes, de comportamento rúptil, na
Escandinávia.
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São atribuídos pesos para cada parâmetro avaliado.
RQD – Rock Quality Designation
Jn – índice relativo ao número de famílias de
descontinuidades
Jr – índice relativo à influência rugosidade das
descontinuidades
Ja – índice relativo à alteração das paredes das
descontinuidades
Jw – índice relativo à ação de água subterrânea
SRF – índice realtivo ao estado de tensões do maciço
O índice Q é obtido a partir da seguinte fórmula,
e seu valor varia de 0,001 a 1000:
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Primeira fração está relacionada à geometria do
maciço rochoso
Segunda fração à resistência ao cisalhamento do
maciço
Terceiro às tensões e poropressões atuantes.
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Classe Padrão geomecânico do maciço Valores de Q
IX Péssimo 0,0001 a 0,01
VIII Extremamente ruim 0,01 a 0,1
VII Muito ruim 0,1 a 1,0
VI Ruim 1,0 a 4,0
V Regular 4,0 a 10,0
IV Bom 10,0 a 40,0
III Muito Bom 40,0 a 100,0
II Ótimo 100,0 a 400,0
I Excelente >400,0
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Dentre as diversas aplicações para o sistema Q
destaca-se a estimativa do ângulo de atrito da
descontinuidade.
A obtenção do ângulo de atrito básico da
descontinuidade é feita segundo Palmström (2001), que
apresentou a Equação abaixo que relaciona Jr, Ja e �.
tan � =
��
��
(2.13)
ESR – Índice de suporte da escavação
Está relacionado com a intensidade da
escavação e o grau de segurança demandado do
sistema de suporte para manter a estabilidade
da escavação.
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Geological Strenght Index (GSI)
Este índice, proposto por HOEK (1994), visa à
classificação do maciço rochoso, segundo
critérios da mecânica das rochas, e pode ser
aplicado na estimação de parâmetros de
resistência do maciço.
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CORRELAÇÕES ENTRE RMR, SISTEMA Q E GSI
��� = 9. ��� + 44
��� = 10,5. ��� + 42
��� = ��� – 5, para RMR ≥ 23
��� = 9. ��� + 44, para GSI < 18
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