Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Mecânica das Rochas Estabilidade de Taludes Rochosos Professor: André Pacheco de Assis PhD Mecânica das Rochas Estabilidade de Taludes Rochosos Parauapebas/PA – Junho 2012 Foto: mining-technology. Professor: André Pacheco de Assis PhD www.geofast.com.br Mecânica das Rochas Estabilidade de Taludes Rochosos Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................ 1.1 ÁREAS DE ATUAÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS 1.2 ROCHA INTACTA, DESCONTINUIDADE E MACIÇO ROCHOSO 1.3 PROJETO DE OBRAS APOIADAS OU ESCAVADAS EM ROCHA 2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS INTACTAS 2.1 AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE CORPOS DE PROVA 2.1.1 ESCOLHA DO LOCAL DE AMOSTRAGEM 2.1.2 PROCESSO DE AMOSTRAGEM 2.1.3 TRANSPORTE ................................ 2.1.4 ARMAZENAMENTO ................................ 2.1.5 PREPARAÇÃO DE CP ................................ 2.2 PROPRIEDADES-ÍNDICE DAS ROCHAS 2.2.1 Teor de Umidade ................................ 2.2.2 Peso Específico ................................ 2.2.3 Porosidade ................................ 2.2.4 Velocidade Sônica ................................ 2.2.5 Durabilidade ................................ 2.2.6 Resistência................................ Compressão diametral ou ensaio brasileiro 2.2.7 Permeabilidade ................................ 3 CARACTERIZAÇÃO QUANTITATIVA DE DESCONTINUIDADES 3.1 INTENSIDADE DE FRATURAMENTO DO MACIÇO ROCHOSO 3.2 ORIENTAÇÃO ................................ 3.3 ESPAÇAMENTO ................................ 3.4 PERSISTÊNCIA ................................ 3.5 RUGOSIDADE ................................ 3.6 RESISTÊNCIA DAS PAREDES 3.7 ABERTURA ................................ 3.8 PREENCHIMENTO ................................ 3.9 PERCOLAÇÃO E FLUXO DE ÁGUA EM MACIÇOS ROCHOSOS 4 CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS 4.1 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO RMR 4.2 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA Q 4.3 USO DOS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO 4.4 SISTEMA GSI ................................ Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br ................................................................................................ 1.1 ÁREAS DE ATUAÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS ................................................................ 1.2 ROCHA INTACTA, DESCONTINUIDADE E MACIÇO ROCHOSO ................................ 1.3 PROJETO DE OBRAS APOIADAS OU ESCAVADAS EM ROCHA ................................ 2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS INTACTAS ................................................................................................ 2.1 AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE CORPOS DE PROVA ................................................................ 2.1.1 ESCOLHA DO LOCAL DE AMOSTRAGEM ................................................................ 2.1.2 PROCESSO DE AMOSTRAGEM ................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ÍNDICE DAS ROCHAS ................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ensaio brasileiro ................................................................................................ ................................................................................................................................ 3 CARACTERIZAÇÃO QUANTITATIVA DE DESCONTINUIDADES ................................................................ 3.1 INTENSIDADE DE FRATURAMENTO DO MACIÇO ROCHOSO ................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3.6 RESISTÊNCIA DAS PAREDES................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 3.9 PERCOLAÇÃO E FLUXO DE ÁGUA EM MACIÇOS ROCHOSOS ................................ 4 CLASSIFICAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS ................................................................................................ 4.1 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO RMR ................................................................................................ 2 SISTEMA DE CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA Q................................................................ 4.3 USO DOS SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÃO DO MACIÇO ROCHOSO ................................ ................................................................................................................................ ...................................................................... 3 ........................................................ 3 ..................................................................... 3 .................................................................... 3 ................................................. 5 ............................................. 5 .................................................................... 5 ..................................................... 5 ..................................................... 6 ............................................ 7 ....................................... 8 ............................................... 9 ............................................... 10 .................................................. 10 .......................................................... 12 ............................................. 13 ........................................................ 15 .......................................................... 16 ............................................. 20 .................................................. 21 ........................................... 23 ..................................... 23 ............................................................ 24 ........................................................ 26 .........................................................27 ........................................................... 28 ............................................................... 29 ................................................................ 31 ................................................... 32 ................................................................... 34 ............................................ 36 ................................................... 38 ........................................................... 42 .......................................................... 48 ............................................................. 49 Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 5. RESISTÊNCIA DE ROCHAS ................................ 5.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ROCHAS EM LABORATÓRIO 5.2 COMPORTAMENTO TENSÃO 5.2.1 Evolução do Mecanismo de Ruptura Durante a Compressão Desviadora 5.2.2 Efeito da Pressão Confinante 5.3 CRITÉRIOS DE RUPTURA ................................ 5.3.1 Critério de Mohr-Coulomb 5.3.2 Critério de Barton & Choubey (1977) 5.3.3 Critério de Hoek e Brown 6 DEFORMABILIDADE DAS ROCHA 6.1 DEFORMABILIDADE DA ROCHA INTACTA: ENSAIOS DE LABORATÓRIO 6.2 DEFORMABILIDADE DO MACIÇO ROCHOSO: ENSAIOS “IN SITU” 6.2.1 Ensaio de Carga sobre Placa (Plate Bearing Test) 6.2.2 Dilatômetro (Borehole Test) 6.2.3 Macaco Plano (Flat Jack Test) 6.2.4 Ensaio Sísmico ou Dinâmico 7. ESTABILIDADE DE TALUDES EM ROCHA 7.1. MODOS DE RUPTURA DE TALUDES EM ROCHA 7.2. RUPTURA PLANA (BLOCO SIMPLES) 7.3. RUPTURA POR CUNHA ................................ 7.4. RUPTURA CIRCULAR................................ 7.5. RUPTURAS DE BLOCOS MÚLTIPLOS 7.6. TOMBAMENTO ................................ 7.7. RUPTURA DE PÉ ................................ 7.8. FLAMBAGEM ................................ 7.9. ANÁLISE TENSÃO-DEFORMAÇÃO 7.10. ABORDAGEM PROBABILÍSTICA 7.11. ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES (BERMAS, DRENAGEM E TIRANTE BIBLIOGRAFIA ................................................................ AGRADECIMENTOS ................................ Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br ................................................................................................................................ 5.1 ENSAIO DE RESISTÊNCIA DE ROCHAS EM LABORATÓRIO ................................................................ COMPORTAMENTO TENSÃO-DEFORMAÇÃO DE ROCHAS SOB COMPRESSÃO 5.2.1 Evolução do Mecanismo de Ruptura Durante a Compressão Desviadora ................................ 5.2.2 Efeito da Pressão Confinante ................................................................................................ ................................................................................................................................ Coulomb ................................................................................................ 5.3.2 Critério de Barton & Choubey (1977) ................................................................................................ 5.3.3 Critério de Hoek e Brown ................................................................................................ 6 DEFORMABILIDADE DAS ROCHAS ................................................................................................ 6.1 DEFORMABILIDADE DA ROCHA INTACTA: ENSAIOS DE LABORATÓRIO ................................ 6.2 DEFORMABILIDADE DO MACIÇO ROCHOSO: ENSAIOS “IN SITU” ................................ 6.2.1 Ensaio de Carga sobre Placa (Plate Bearing Test) ................................................................ 6.2.2 Dilatômetro (Borehole Test) ................................................................................................ 6.2.3 Macaco Plano (Flat Jack Test) ................................................................................................ 6.2.4 Ensaio Sísmico ou Dinâmico ................................................................................................ 7. ESTABILIDADE DE TALUDES EM ROCHA ................................................................................................ 7.1. MODOS DE RUPTURA DE TALUDES EM ROCHA ................................................................ 7.2. RUPTURA PLANA (BLOCO SIMPLES) ................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ 7.5. RUPTURAS DE BLOCOS MÚLTIPLOS ................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ DEFORMAÇÃO ................................................................................................ 7.10. ABORDAGEM PROBABILÍSTICA ................................................................................................ 7.11. ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES (BERMAS, DRENAGEM E TIRANTES) ................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ .......................................... 52 ........................................ 53 DEFORMAÇÃO DE ROCHAS SOB COMPRESSÃO ................................... 54 ............................................... 55 ........................................................... 57 ...................................... 59 ................................................................ 60 .............................................. 62 .................................................................. 63 ............................................................. 71 ................................................ 71 ............................................................. 73 ...................................................... 74 ............................................................. 75 ......................................................... 76 ............................................................ 77 ................................................ 81 ........................................................... 83 ................................................ 84 ......................................... 85 ............................................. 88 ................................................ 89 ......................................................... 90 ..................................................... 90 ............................................................ 92 ..................................................... 94 ....................................................... 96 .................................................... 97 ...................................... 98 ............................................................ 99 Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 1 INTRODUÇÃO Mecânica das Rochas é uma ciência teórica e rochas e maciços rochosos; ou seja é a parte da Mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos quando sujeitos à ação de esforços solicitantes externos (p.ex., força, temperatura etc.). 1.1 ÁREAS DE ATUAÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS A Mecânica das Rochas é uma disciplina de interface se destacando principalmentenas seguintes áreas: • Engenharia Civil (Geotecnia) taludes naturais e escavados, túneis e cavernas de armazenamento (fluidos, rejeitos etc.); • Engenharia de Minas - projeto estrutural de minas à céu aberto (taludes) e subterrâneas (túneis, poços e cavernas); • Engenharia de Petróleo - estabilidade do furo e armazenamento de óleo • Geologia - hidrogeologia, cavernas naturais, zonas de falhas e dobras, terremotos etc. O maior problema entre estas interfaces é o uso de diferentes terminologias. Neste curso será utilizada a terminologia mais apropriada à Geotecnia e aqu for Rock Mechanics (ISRM). 1.2 ROCHA INTACTA, DESCONTINUIDADE E MACIÇO ROCHOSO Rocha Intacta é a parte do material que não possui descontinuidades predominantes, apesar de existirem pequenas fraturas, fissuras e fraqueza) são quaisquer feições que apresentem quebra do padrão de propriedades mecânicas e poderão controlar o comportamento do maciço rochoso (macro massa de rocha tendo ou não descontinuidades. O comportamento de um maciço rochoso será função da rocha intacta e das descontinuidades. Por exemplo, no caso da permeabilidade de um maciço rochoso, esta será função da permeabilidade primária (permeabilidade da rocha i descontinuidades). 1.3 PROJETO DE OBRAS APOIADAS OU ESCAVADAS EM ROCHA O projeto de obras apoiadas ou escavadas em rocha baseia • As tensões se distribuem num m • O princípio das tensões efetivas é válido; Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br Mecânica das Rochas é uma ciência teórica e aplicada que estuda o comportamento mecânico das rochas e maciços rochosos; ou seja é a parte da Mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos quando sujeitos à ação de esforços solicitantes externos (p.ex., força, temperatura REAS DE ATUAÇÃO DA MECÂNICA DAS ROCHAS A Mecânica das Rochas é uma disciplina de interface se destacando principalmente nas seguintes Engenharia Civil (Geotecnia) - projeto e execução de fundações (edificações, barragens etc.), scavados, túneis e cavernas de armazenamento (fluidos, rejeitos etc.); projeto estrutural de minas à céu aberto (taludes) e subterrâneas (túneis, estabilidade do furo e armazenamento de óleo e gás natural; hidrogeologia, cavernas naturais, zonas de falhas e dobras, terremotos etc. O maior problema entre estas interfaces é o uso de diferentes terminologias. Neste curso será utilizada a terminologia mais apropriada à Geotecnia e aquela padronizada pela Internacional Society 1.2 ROCHA INTACTA, DESCONTINUIDADE E MACIÇO ROCHOSO Rocha Intacta é a parte do material que não possui descontinuidades predominantes, apesar de existirem pequenas fraturas, fissuras e vazios (micro-escala). Já as descontinuidades (planos de fraqueza) são quaisquer feições que apresentem quebra do padrão de propriedades mecânicas e poderão controlar o comportamento do maciço rochoso (macro-escala). Maciço rochoso é qualquer ha tendo ou não descontinuidades. O comportamento de um maciço rochoso será função da rocha intacta e das descontinuidades. Por exemplo, no caso da permeabilidade de um maciço rochoso, esta será função da permeabilidade primária (permeabilidade da rocha intacta) e da permeabilidade secundária (permeabilidade das 1.3 PROJETO DE OBRAS APOIADAS OU ESCAVADAS EM ROCHA O projeto de obras apoiadas ou escavadas em rocha baseia-se nos seguintes princípios básicos: As tensões se distribuem num meio contínuo; O princípio das tensões efetivas é válido; 3 aplicada que estuda o comportamento mecânico das rochas e maciços rochosos; ou seja é a parte da Mecânica que estuda a resposta das rochas e maciços rochosos quando sujeitos à ação de esforços solicitantes externos (p.ex., força, temperatura A Mecânica das Rochas é uma disciplina de interface se destacando principalmente nas seguintes projeto e execução de fundações (edificações, barragens etc.), scavados, túneis e cavernas de armazenamento (fluidos, rejeitos etc.); projeto estrutural de minas à céu aberto (taludes) e subterrâneas (túneis, e gás natural; hidrogeologia, cavernas naturais, zonas de falhas e dobras, terremotos etc. O maior problema entre estas interfaces é o uso de diferentes terminologias. Neste curso será ela padronizada pela Internacional Society Rocha Intacta é a parte do material que não possui descontinuidades predominantes, apesar de escala). Já as descontinuidades (planos de fraqueza) são quaisquer feições que apresentem quebra do padrão de propriedades mecânicas e escala). Maciço rochoso é qualquer O comportamento de um maciço rochoso será função da rocha intacta e das descontinuidades. Por exemplo, no caso da permeabilidade de um maciço rochoso, esta será função da permeabilidade ntacta) e da permeabilidade secundária (permeabilidade das se nos seguintes princípios básicos: Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 • As propriedades do maciço rochoso são afetadas tanto pela rocha intacta quanto pelas descontinuidades. Sendo assim, para o projeto são necessários os seguintes estudos: • Estado de tensões in-situ; • Estado de tensões induzidas; • Propriedades das rochas. Quanto ao estudo das propriedades do maciço rochoso, tem então quem determina o tipo de propriedades (Figura 1.1) que controlará o comportamento da estrutura será a escala relativa entre a própria estrutura e as descontinuidades. Por exemplo, dado vários conjuntos de descontinuidades num maciço rochoso, a perfuração de um furo poderá afetar somente a rocha intacta; já um túnel de pequeno diâmetro poderá ter seu comportamento dominado por uma ou duas descontinuidades; por fim uma caverna de grandes dimensões terá seu comportamento afetado por um grande número de descontinuidades, ou seja um maciço isotrópico formado por partículas angulares e embricadas. A transição do comportamento de uma estrutura controlado pela rocha intacta ou pelo maciço rochoso fraturado depende, como já dito, do tamanho da obra, da zona de influência ou da zona de interesse. Cada faixa de comportamento apresenta diferentes propriedades, crité e exibe diferentes modos de ruptura. Figura 1.1 Efeito escala entre tamanho da obra e intensidade de fraturamento do maciço rochoso e conseq Assim num programa geral de ensaios para determinaçã seguintes princípios básicos: • Descrever a resposta da rocha intacta sob uma vasta faixa de solicitações; • Prever a influência de um ou mais conjuntos de descontinuidades no comportamento (anisotropia); • Estimar as propriedades dos maciços fraturados. Na prática, pode-se perceber que a quantidade e a qualidade dos dados decresce rapidamente com o aumento do tamanho e volume das amostras, o que torna os programas de ensaios em maciços rochosos fraturados praticamente inviáve Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br As propriedades do maciço rochoso são afetadas tanto pela rocha intacta quanto pelas Sendo assim, para o projeto são necessários os seguintes estudos: tado de tensões induzidas; Quanto ao estudo das propriedades do maciço rochoso, tem-se que a maioria deles são fraturados e então quem determina o tipo de propriedades (Figura 1.1) que controlará o comportamento da a escala relativa entre a própria estrutura e as descontinuidades. Por exemplo, dado vários conjuntos de descontinuidades num maciço rochoso, a perfuração de um furo poderá afetar somente a rocha intacta; já um túnel de pequeno diâmetro poderá ter seu portamento dominado por uma ou duas descontinuidades; por fim uma caverna de grandes dimensões terá seu comportamento afetado por um grande número de descontinuidades, ou seja um maciço isotrópico formado por partículas angulares e embricadas. do comportamento de uma estrutura controlado pela rocha intacta ou pelo maciço rochoso fraturado depende, como já dito, do tamanho da obra, da zona de influência ou da zona de interesse. Cadafaixa de comportamento apresenta diferentes propriedades, crité e exibe diferentes modos de ruptura. Figura 1.1 Efeito escala entre tamanho da obra e intensidade de fraturamento do maciço rochoso e conseq propriedade relevante da rocha. Assim num programa geral de ensaios para determinação de propriedades, deve Descrever a resposta da rocha intacta sob uma vasta faixa de solicitações; Prever a influência de um ou mais conjuntos de descontinuidades no comportamento (anisotropia); dades dos maciços fraturados. se perceber que a quantidade e a qualidade dos dados decresce rapidamente com o aumento do tamanho e volume das amostras, o que torna os programas de ensaios em maciços rochosos fraturados praticamente inviável de serem realizados. rocha Intacta descontinuidades simples duas descontinuidades varias descontinuidades maciço rochoso rocha Intacta descontinuidades simples duas descontinuidades varias descontinuidades maciço rochoso 4 As propriedades do maciço rochoso são afetadas tanto pela rocha intacta quanto pelas se que a maioria deles são fraturados e então quem determina o tipo de propriedades (Figura 1.1) que controlará o comportamento da Por exemplo, dado vários conjuntos de descontinuidades num maciço rochoso, a perfuração de um furo poderá afetar somente a rocha intacta; já um túnel de pequeno diâmetro poderá ter seu portamento dominado por uma ou duas descontinuidades; por fim uma caverna de grandes dimensões terá seu comportamento afetado por um grande número de descontinuidades, ou seja um do comportamento de uma estrutura controlado pela rocha intacta ou pelo maciço rochoso fraturado depende, como já dito, do tamanho da obra, da zona de influência ou da zona de interesse. Cada faixa de comportamento apresenta diferentes propriedades, critérios de ruptura etc., Figura 1.1 Efeito escala entre tamanho da obra e intensidade de fraturamento do maciço rochoso e consequente o de propriedades, deve-se seguir os Prever a influência de um ou mais conjuntos de descontinuidades no comportamento (anisotropia); se perceber que a quantidade e a qualidade dos dados decresce rapidamente com o aumento do tamanho e volume das amostras, o que torna os programas de ensaios em maciços Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS INTACTAS Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral, que se apresenta em grandes massas ou fragmentados. A rocha é usualmente caracterizada por sua densidade, deformabilidade e resistência. Maciço rochoso é um meio descontínuo formado pelas porções de rocha intacta e pelas descontinuidades que o atravessam. As propriedades e parâmetros que vão controlar o comportamento das obras executadas ou escavada relativa entre o padrão de fraturamento do maciço rochoso e o tamanho da obra. Em alguns casos serão predominantes as propriedades da rocha intacta, em outros as propriedades das descontinuidades, e por fim, as do maciço rochoso como um todo. Descontinuidade é o termo utilizado em engenharia de rocha para todos os tipos de planos, para indicar que o maciço rochoso não é contínuo, diferente da rocha intacta, que é um meio mecanicamente contínuo. Neste capítulo será dada ênfase as propriedades da rocha intacta. Para obtenção destas propriedades, são necessários ensaios com amostras retiradas do local em que se deseja realizar a obra. Portanto é fundamental, primeiramente, discutir os processos de amostragem e pre corpos de prova. 2.1 AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE CORPOS DE PROVA O processo de amostragem e preparação de corpos de prova (CP) passa por diversas fases que devem ser respeitadas para que ao final se obtenha propriedades da rocha de boa qualidad confiáveis. 2.1.1 ESCOLHA DO LOCAL DE AMOSTRAGEM As amostras devem ser extraídas de um local que representa da forma fidedigna as condições rocha da obra em termos de: composição mineral; tamanho dos grãos; umidade; etc. 2.1.2 PROCESSO DE AMOSTRAGEM Existem basicamente dois processos de amostragem, sendo eles, amostragem a partir de blocos ou de testemunhos de sondagem rotativa. Para a amostragem a partir de blocos se faz necessária a existência de blocos soltos em locais de fácil acesso, como, taludes rochosos de uma encosta natural, cortes preexistentes na obra ou frente Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br 2 PROPRIEDADES DAS ROCHAS INTACTAS Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral, que se apresenta em grandes massas ou fragmentados. A rocha é usualmente caracterizada ensidade, deformabilidade e resistência. Maciço rochoso é um meio descontínuo formado pelas porções de rocha intacta e pelas descontinuidades que o atravessam. As propriedades e parâmetros que vão controlar o comportamento das obras executadas ou escavadas neste maciço rochoso vão depender da escala relativa entre o padrão de fraturamento do maciço rochoso e o tamanho da obra. Em alguns casos serão predominantes as propriedades da rocha intacta, em outros as propriedades das do maciço rochoso como um todo. Descontinuidade é o termo utilizado em engenharia de rocha para todos os tipos de planos, para indicar que o maciço rochoso não é contínuo, diferente da rocha intacta, que é um meio será dada ênfase as propriedades da rocha intacta. Para obtenção destas propriedades, são necessários ensaios com amostras retiradas do local em que se deseja realizar a obra. Portanto é fundamental, primeiramente, discutir os processos de amostragem e pre 2.1 AMOSTRAGEM E PREPARAÇÃO DE CORPOS DE PROVA O processo de amostragem e preparação de corpos de prova (CP) passa por diversas fases que devem ser respeitadas para que ao final se obtenha propriedades da rocha de boa qualidad 2.1.1 ESCOLHA DO LOCAL DE AMOSTRAGEM As amostras devem ser extraídas de um local que representa da forma fidedigna as condições rocha da obra em termos de: composição mineral; tamanho dos grãos; umidade; etc. 2.1.2 PROCESSO DE AMOSTRAGEM Existem basicamente dois processos de amostragem, sendo eles, amostragem a partir de blocos ou de testemunhos de sondagem rotativa. Para a amostragem a partir de blocos se faz necessária a existência de blocos soltos em locais de udes rochosos de uma encosta natural, cortes preexistentes na obra ou frente 5 Rochas são materiais sólidos consolidados, formados naturalmente por agregados de matéria mineral, que se apresenta em grandes massas ou fragmentados. A rocha é usualmente caracterizada Maciço rochoso é um meio descontínuo formado pelas porções de rocha intacta e pelas descontinuidades que o atravessam. As propriedades e parâmetros que vão controlar o s neste maciço rochoso vão depender da escala relativa entre o padrão de fraturamento do maciço rochoso e o tamanho da obra. Em alguns casos serão predominantes as propriedades da rocha intacta, em outros as propriedades das Descontinuidade é o termo utilizado em engenharia de rocha para todos os tipos de planos, para indicar que o maciço rochoso não é contínuo, diferente da rocha intacta, que é um meio será dada ênfase as propriedades da rocha intacta. Para obtenção destas propriedades, são necessários ensaios com amostras retiradas do local em que se deseja realizar a obra. Portanto é fundamental, primeiramente, discutir os processos de amostragem e preparação de O processo de amostragem e preparação de corpos de prova (CP) passa por diversas fases que devem ser respeitadas para que ao final se obtenha propriedades da rocha de boa qualidade e As amostras devem ser extraídas de um local que representa da forma fidedigna as condições rocha Existem basicamente dois processos de amostragem, sendo eles, amostragem a partir de blocos ou Para a amostragem a partir de blocos se faz necessária a existência de blocos soltosem locais de udes rochosos de uma encosta natural, cortes preexistentes na obra ou frente Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 de escavação de túneis. Este tipo de amostragem é bastante atrativo em termos de facilidade, tempo e custo relativamente baixo. No entanto este procedimento de amostragem possui i desvantagens. O peso do bloco é geralmente muito grande, o que dificulta o transporte do mesmo. Além disso, pelo o fato do bloco estar numa face exposta, o mesmo está sujeito a um maior processo de degradação, natural ou por impactos construtivos, reais condições da rocha estudada. A amostragem de testemunhos de sondagem rotativa é um procedimento relativamente caro, contudo, a amostras obtidas são de excelente qualidade. Neste tipo de amostragem, deve um barrilhete que atenda certos quesitos, para evitar que o mesmo perturbe a amostra a ser extraída. Tais características desejáveis do barrilhete são: • Deve ser de parede dupla, com circulação de água ou ar entre as paredes, evitando, desta form a propagação de calor para a amostra; • A cabeça cortante do barrilhete deve propiciar uma folga interna e externa, evitando o atrito entre amostra e barrilhete e entre barrilhete e furo de sondagem (Figura 2.1). Figura 2.1- Barrilhete para sondagem ro 2.1.3 TRANSPORTE O transporte deve ser feito de forma que se mantenha a integridade da amostra. No caso de sondagem rotativa tem-se caixas especiais para transporte (Figura 2.2). Para os blocos se faz necessária a construção de caixas de madeira, onde as amostras são acomodadas por tocos e serragem, para evitar choques durante o transporte ( pancadas e trepidações durante o transporte são os maiores responsáveis por danos e perda de qualidade das amostras de rocha. Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br de escavação de túneis. Este tipo de amostragem é bastante atrativo em termos de facilidade, tempo e custo relativamente baixo. No entanto este procedimento de amostragem possui i desvantagens. O peso do bloco é geralmente muito grande, o que dificulta o transporte do mesmo. Além disso, pelo o fato do bloco estar numa face exposta, o mesmo está sujeito a um maior processo de degradação, natural ou por impactos construtivos, e portanto pode não representar fielmente as reais condições da rocha estudada. A amostragem de testemunhos de sondagem rotativa é um procedimento relativamente caro, contudo, a amostras obtidas são de excelente qualidade. Neste tipo de amostragem, deve um barrilhete que atenda certos quesitos, para evitar que o mesmo perturbe a amostra a ser extraída. Tais características desejáveis do barrilhete são: Deve ser de parede dupla, com circulação de água ou ar entre as paredes, evitando, desta form a propagação de calor para a amostra; A cabeça cortante do barrilhete deve propiciar uma folga interna e externa, evitando o atrito entre amostra e barrilhete e entre barrilhete e furo de sondagem (Figura 2.1). Barrilhete para sondagem rotativa e coroas diamantadas O transporte deve ser feito de forma que se mantenha a integridade da amostra. No caso de se caixas especiais para transporte (Figura 2.2). Para os blocos se faz e caixas de madeira, onde as amostras são acomodadas por tocos e serragem, para evitar choques durante o transporte (Figuras 2.3 e 2.4). Sacolejos, vibrações, pancadas e trepidações durante o transporte são os maiores responsáveis por danos e perda de idade das amostras de rocha. 6 de escavação de túneis. Este tipo de amostragem é bastante atrativo em termos de facilidade, tempo e custo relativamente baixo. No entanto este procedimento de amostragem possui inúmeras desvantagens. O peso do bloco é geralmente muito grande, o que dificulta o transporte do mesmo. Além disso, pelo o fato do bloco estar numa face exposta, o mesmo está sujeito a um maior processo e portanto pode não representar fielmente as A amostragem de testemunhos de sondagem rotativa é um procedimento relativamente caro, contudo, a amostras obtidas são de excelente qualidade. Neste tipo de amostragem, deve-se utilizar um barrilhete que atenda certos quesitos, para evitar que o mesmo perturbe a amostra a ser extraída. Deve ser de parede dupla, com circulação de água ou ar entre as paredes, evitando, desta forma, A cabeça cortante do barrilhete deve propiciar uma folga interna e externa, evitando o atrito entre tativa e coroas diamantadas O transporte deve ser feito de forma que se mantenha a integridade da amostra. No caso de se caixas especiais para transporte (Figura 2.2). Para os blocos se faz e caixas de madeira, onde as amostras são acomodadas por tocos e iguras 2.3 e 2.4). Sacolejos, vibrações, pancadas e trepidações durante o transporte são os maiores responsáveis por danos e perda de Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Figura 2.2- Caixa de PVC para transporte e armazenamento de testemunhos de sondagem rotativa. Figura 2.3 Figura 2.4 2.1.4 ARMAZENAMENTO As amostras devem ser acomodadas em local seco, de preferência com sílica gel, de forma que a amostra perca toda sua umidade antes de ser ensaiada. No caso do bloco, antes do armazenamento, deve-se obter amostras cilíndricas com um barrilhete portátil Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br Caixa de PVC para transporte e armazenamento de testemunhos de sondagem rotativa. Figura 2.3- Caixas para transporte de amostras de blocos. Figura 2.4- Esquema de transporte de blocos. As amostras devem ser acomodadas em local seco, de preferência com sílica gel, de forma que a amostra perca toda sua umidade antes de ser ensaiada. No caso do bloco, antes do armazenamento, se obter amostras cilíndricas com um barrilhete portátil (Figuras 2.5 e 2.6). 7 Caixa de PVC para transporte e armazenamento de testemunhos de sondagem rotativa. As amostras devem ser acomodadas em local seco, de preferência com sílica gel, de forma que a amostra perca toda sua umidade antes de ser ensaiada. No caso do bloco, antes do armazenamento, Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Figura 2.5 Figura 2.6 2.1.5 PREPARAÇÃO DE CP O primeiro passo é realizar um corte no topo e na base das amostras cilíndricas, utilizando uma serra diamantada, de forma a obter uma amostra com tamanho aproximado ao corpo de prova, ou seja, L/D entre 2 e 3 (Figura 2.7). Posteriormente leva forma a deixar as paredes laterais regularizadas. Em seguida deve evitar o atrito ou mau contato da aparelhagem ao realizar o ensaio (figura 2.8). Terminado este processo deve-se realizar 5 medidas maior que 0,1 mm (Figura 2.9). Este procedimento garante um cilindro reto, onde topo e base são planos paralelos entre si e perpendiculares à superfície lateral do cilindro. Figura 2.7 Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br (a) (b) Figura 2.5- (a) Retirada de amostras de bloco; (b) Barrilhetes. Figura 2.6- Bloco e amostras cilíndricas retiradas. so é realizar um corte no topo e na base das amostras cilíndricas, utilizando uma serra diamantada, de forma a obter uma amostra com tamanho aproximado ao corpo de prova, ou seja, L/D entre 2 e 3 (Figura 2.7). Posteriormente leva-se este cilindro irregular para um torno mecânico, de forma a deixar as paredes laterais regularizadas. Em seguida deve-se polir o topo e a base para evitar o atrito ou mau contato da aparelhagem ao realizar o ensaio (figura 2.8). Terminado este se realizar 5 medidas de L e de D, não podendo a diferença entre as medidas ser maior que 0,1 mm (Figura 2.9). Este procedimento garante um cilindro reto, onde topo e base são planos paralelos entre si e perpendiculares à superfície lateral do cilindro. Figura 2.7- Corte no topo da amostra com serra diamantada.8 so é realizar um corte no topo e na base das amostras cilíndricas, utilizando uma serra diamantada, de forma a obter uma amostra com tamanho aproximado ao corpo de prova, ou seja, L/D para um torno mecânico, de se polir o topo e a base para evitar o atrito ou mau contato da aparelhagem ao realizar o ensaio (figura 2.8). Terminado este de L e de D, não podendo a diferença entre as medidas ser maior que 0,1 mm (Figura 2.9). Este procedimento garante um cilindro reto, onde topo e base são Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Figura 2.8- Caso exista alguma imperfeição na parede do corpo de prova, deve epóxi que tenha a mesma dureza da rocha em questão. Tal procedimento se faz necessário para que se evite concentração de tensões no ponto da imperfeição. Como a preparação do corpo de prova e a realização do ensaio são processos dispendiosos, recomenda-se a utilização do ensa processo de amostragem. 2.2 PROPRIEDADES-ÍNDICE DAS ROCHAS As propriedades-índice das rochas são propriedades físicas que refletem a estrutura, a composição, a fábrica e o comportamento mecânico do material, tais como: • Teor de umidade; • Peso específico in-situ, seco, saturado e dos grãos; • Porosidade; • Velocidade Sônica; • Resistência à tração e à compressão; • Permeabilidade; • Durabilidade. Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br - Regularização de paredes, topo e base do cilindro. Figura 2.9- Medidas de D e L. Caso exista alguma imperfeição na parede do corpo de prova, deve-se preenche ma dureza da rocha em questão. Tal procedimento se faz necessário para que se evite concentração de tensões no ponto da imperfeição. Como a preparação do corpo de prova e a realização do ensaio são processos dispendiosos, se a utilização do ensaio de ultra-som para detectar possíveis imperfeições geradas no ÍNDICE DAS ROCHAS índice das rochas são propriedades físicas que refletem a estrutura, a composição, a ânico do material, tais como: situ, seco, saturado e dos grãos; Resistência à tração e à compressão; 9 se preenche-la com uma massa ma dureza da rocha em questão. Tal procedimento se faz necessário para que Como a preparação do corpo de prova e a realização do ensaio são processos dispendiosos, som para detectar possíveis imperfeições geradas no índice das rochas são propriedades físicas que refletem a estrutura, a composição, a Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 As propriedades-índice podem ser medidas diretamente atra uma indicação da qualidade da rocha. A importância destes índices é: • Caracterizar / quantificar a matriz da rocha intacta; • Correlacionar com propriedades mecânicas. Exemplos de utilização isolada destas propriedade intacta, são: • Operação de perfuração e corte; • Seleção de agregados para concreto; • Avaliação de rip-rap (barragens). 2.2.1 Teor de Umidade É obtida a partir de amostra de campo, onde, após o processo de extra fragmentos de rocha que devem ser guardados em recipientes hermeticamente fechados (ex.:saco plástico), com o objetivo de que a mesma não perca sua umidade. Já em laboratório, os fragmentos devem passar por procedimento similar a Deve-se determinar a massa úmida estufa a temperatura constante de 105 seca, ��. Alternativamente �� pode ser obtido secando a rocha empregando sílica gel, este método é recomendado para evitar possíveis mudanças mineralógicas com a temperatura. Com isso, a umidade é calculada como: Onde: � é o teor de água na rocha em porcentagem (kg); �� é a massa seca da amostra (kg). 2.2.2 Peso Específico O peso específico é dado pela relação entre o peso da amostra e seu volume e fornece uma idéia dos minerais constituintes da rocha. O peso específico aparente é calculado como segue: Onde: � é o peso específico aparente da rocha (kN/m³); volume total da amostra (m³). O valor deste índice depende do grau de in de umidade da amostra, podendo Portanto, atendendo à variabilidade da quantidade de água dentro da rocha, considera Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br índice podem ser medidas diretamente através de ensaios-índice, os quais fornecem uma indicação da qualidade da rocha. A importância destes índices é: Caracterizar / quantificar a matriz da rocha intacta; Correlacionar com propriedades mecânicas. Exemplos de utilização isolada destas propriedades em aplicações diretamente associadas a rocha Operação de perfuração e corte; Seleção de agregados para concreto; rap (barragens). É obtida a partir de amostra de campo, onde, após o processo de extração da amostra. Retira fragmentos de rocha que devem ser guardados em recipientes hermeticamente fechados (ex.:saco plástico), com o objetivo de que a mesma não perca sua umidade. Já em laboratório, os fragmentos devem passar por procedimento similar a determinação da umidade do solo. se determinar a massa úmida �� e a massa seca �� das amostras. A amostra é estufa a temperatura constante de 105° C em um período mínimo de 24 h para pode ser obtido secando a rocha empregando sílica gel, este método é recomendado para evitar possíveis mudanças mineralógicas com a temperatura. Com isso, a � � ��� 100 ocha em porcentagem �%�; �� é a massa de água contida na amostra é a massa seca da amostra (kg). O peso específico é dado pela relação entre o peso da amostra e seu volume e fornece uma idéia intes da rocha. O peso específico aparente é calculado como segue: � � �� é o peso específico aparente da rocha (kN/m³); � é o peso total da amostra (kN); O valor deste índice depende do grau de intemperismo da rocha, da profundidade da rocha e do grau de umidade da amostra, podendo-se associar com o estado saturado, úmido, natural e seco. Portanto, atendendo à variabilidade da quantidade de água dentro da rocha, considera 10 índice, os quais fornecem s em aplicações diretamente associadas a rocha ção da amostra. Retira-se fragmentos de rocha que devem ser guardados em recipientes hermeticamente fechados (ex.:saco plástico), com o objetivo de que a mesma não perca sua umidade. Já em laboratório, os fragmentos A amostra é levada à para determinar a massa pode ser obtido secando a rocha empregando sílica gel, este método é recomendado para evitar possíveis mudanças mineralógicas com a temperatura. Com isso, a (2.1) é a massa de água contida na amostra O peso específico é dado pela relação entre o peso da amostra e seu volume e fornece uma idéia intes da rocha. O peso específico aparente é calculado como segue: (2.2) é o peso total da amostra (kN); � é o temperismo da rocha, da profundidade da rocha e do grau se associar com o estado saturado, úmido, natural e seco. Portanto, atendendo à variabilidade da quantidade de água dentro da rocha, considera-se o peso Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 específico aparente seco um parâmetro mais representativo, que pode ser obtido como: Onde: �� é o peso específico aparente seco da rocha (kN/m³); o volume total da amostra (m³); � A ISRM (2007) compila diferentes métodos para obter o peso específico seco da rocha, onde cada método é aplicado segundo a geometria e as características da amostra. De forma geral, a massa seca, ��, é obtida pesando as amostras depois de serem secas na estufa ou com a varia em tais métodos é a forma de obter o volume do corpo de prova, amostra apresenta geometria regular ou irregular e das características da rocha. Portanto, o volume da amostra, �, pode ser calculado como • Usando instrumentos de medição, tais como o paquímetro. Este método é recomendado para amostras com uma geometria regular (por exemplo, amostras cilíndricas ou cúbicas); • Usando a técnica do deslocamento do volume de mercúrio ou de água. Este método recomendado para amostras comuma geometria irregular ou regular; • Usando o principio de Arquimedes, estabelecendo a diferença entre a massa saturada e submersa da amostra, o volume pode ser obtido como: Onde: ���� é a massa saturada da amostra (kg); densidade da água (≈ 1000 kg/m3). Este método pode ser aplicado em amostras com geometria regular recomendado em rochas que não desagregam em contato com a água e que não são expansíveis. A densidade da rocha é dada pela relação entre a massa do corpo de prova e seu volume, sendo possível relacionar a densidade e o peso específico Onde: �� é a densidade seca da amostra (kg/m³); específico aparente seco da amostra. A densidade real dos sólidos é a relação entre o peso específico real dos graus ou dos peso específico da água (Goodman, 1989). Onde: �� é densidade real dos sólidos ou gravidade específica da rocha (adimensional); específico real dos graus ou dos componentes sólidos da rocha (kN); Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br nte seco um parâmetro mais representativo, que pode ser obtido como: �� � � � � � ∗�� é o peso específico aparente seco da rocha (kN/m³); �� é o peso seco da amostra (kN); � é o valor da aceleração da gravidade (≈9,8m/s²). la diferentes métodos para obter o peso específico seco da rocha, onde cada método é aplicado segundo a geometria e as características da amostra. De forma geral, a massa , é obtida pesando as amostras depois de serem secas na estufa ou com a varia em tais métodos é a forma de obter o volume do corpo de prova, �, o qual vai depender se a amostra apresenta geometria regular ou irregular e das características da rocha. Portanto, o volume , pode ser calculado como segue: Usando instrumentos de medição, tais como o paquímetro. Este método é recomendado para amostras com uma geometria regular (por exemplo, amostras cilíndricas ou cúbicas); Usando a técnica do deslocamento do volume de mercúrio ou de água. Este método recomendado para amostras com uma geometria irregular ou regular; Usando o principio de Arquimedes, estabelecendo a diferença entre a massa saturada e submersa da amostra, o volume pode ser obtido como: � � ���� ��!"#� é a massa saturada da amostra (kg); ��$% é a massa submersa da amostra (kg); ≈ 1000 kg/m3). Este método pode ser aplicado em amostras com geometria regular e irregular, porém é recomendado em rochas que não desagregam em contato com a água e que não são expansíveis. A densidade da rocha é dada pela relação entre a massa do corpo de prova e seu volume, sendo possível relacionar a densidade e o peso específico no estado seco da seguinte forma: �� � & � é a densidade seca da amostra (kg/m³); � é a aceleração da gravidade (m/s²); específico aparente seco da amostra. A densidade real dos sólidos é a relação entre o peso específico real dos graus ou dos peso específico da água (Goodman, 1989). �� � &�&� � �� ��∗&� é densidade real dos sólidos ou gravidade específica da rocha (adimensional); específico real dos graus ou dos sólidos (kN/m³); �� é o peso específico da água (kN/m³); componentes sólidos da rocha (kN); �� volume dos componente sólidos da rocha. 11 nte seco um parâmetro mais representativo, que pode ser obtido como: (2.3) é o peso seco da amostra (kN); � é ²). la diferentes métodos para obter o peso específico seco da rocha, onde cada método é aplicado segundo a geometria e as características da amostra. De forma geral, a massa , é obtida pesando as amostras depois de serem secas na estufa ou com a sílica gel. O que , o qual vai depender se a amostra apresenta geometria regular ou irregular e das características da rocha. Portanto, o volume Usando instrumentos de medição, tais como o paquímetro. Este método é recomendado para amostras com uma geometria regular (por exemplo, amostras cilíndricas ou cúbicas); Usando a técnica do deslocamento do volume de mercúrio ou de água. Este método é Usando o principio de Arquimedes, estabelecendo a diferença entre a massa saturada e submersa (2.4) é a massa submersa da amostra (kg); �� é a e irregular, porém é recomendado em rochas que não desagregam em contato com a água e que não são expansíveis. A densidade da rocha é dada pela relação entre a massa do corpo de prova e seu volume, sendo da seguinte forma: (2.5) é a aceleração da gravidade (m/s²); �� peso A densidade real dos sólidos é a relação entre o peso específico real dos graus ou dos sólidos e do (2.6) é densidade real dos sólidos ou gravidade específica da rocha (adimensional); �� é a peso é o peso específico da água (kN/m³); �� peso dos volume dos componente sólidos da rocha. Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 A gravidade específica da rocha pode ser obtida pelos seguintes métodos (Goodman, 1989): • Por meio do exame de lâmina delgada feito no microscópio polarizador ou petrográfico, identificando a constituição mineralógica da rocha e quantificando a proporção de volume que o mineral ocupa em relação ao volume total da amostra. Neste caso, a densidade rel calculada assim: Onde: �� é a densidade relativa seca da rocha (adimensional); mineral constituinte ' (valores obtidos de tabelas); ocupado no volume total da lâmina delgada; • De modo semelhante ao ensaio de densidade real dos sólidos em solo, por meio da trituração da amostra de rocha e da determinação da densidade do material moído em picnôme constante. 2.2.3 Porosidade A porosidade expressa a proporção de vazios na massa total da rocha, ou seja: Onde: n – porosidade; Vv – volume de vazios da amostra; A porosidade das rochas é extremamente variável. Por exemplo, em rochas sedimentares a porosidade geralmente decresce com a idade geológica e com a profundidade, quando outros fatores são mantidos constantes. Alguns exemplos são: • Rochas sedimentares : 0 < n < 90% (calcários • Rochas ígneas e metamórficas: n Uma das maneiras de obter a porosidade é a medida direta, através do volume de vazios: A amostra de rocha é saturada p saturação é lento para rochas de baixa porosidade. Após a saturação, a amostra é pesada, determinando seu peso saturado (W e pesada, determinando seu peso seco, W repetido até que sejam obtidos valores de peso constantes, em balança de precisão. O volume total da amostra, V, pode ser determinado a partir da geometria do corpo de pr em rochas coerentes (que não se desagregam quando em contato com a água), não expansíveis quando secas e imersas em água e de geometria regular. Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br A gravidade específica da rocha pode ser obtida pelos seguintes métodos (Goodman, 1989): eio do exame de lâmina delgada feito no microscópio polarizador ou petrográfico, identificando a constituição mineralógica da rocha e quantificando a proporção de volume que o mineral ocupa em relação ao volume total da amostra. Neste caso, a densidade rel �� � ∑ ��)�)*)+, é a densidade relativa seca da rocha (adimensional); ��) é a densidade relativa do (valores obtidos de tabelas); �) é a porcentagem do vol ocupado no volume total da lâmina delgada; n é o número de minerais. De modo semelhante ao ensaio de densidade real dos sólidos em solo, por meio da trituração da amostra de rocha e da determinação da densidade do material moído em picnôme A porosidade expressa a proporção de vazios na massa total da rocha, ou seja: 100(%) ⋅= V V n v volume de vazios da amostra; V – volume total da amostra. ochas é extremamente variável. Por exemplo, em rochas sedimentares a porosidade geralmente decresce com a idade geológica e com a profundidade, quando outros fatores são mantidos constantes. Alguns exemplos são: Rochas sedimentares : 0 < n < 90% (calcários: n ≥ 50%; arenitos: n = 15%) Rochas ígneas e metamórficas: n ≤ 2 % (sã) e entre 20 e 50% (intemperizadas) Uma das maneiras de obter a porosidade é a medida direta, atravésdo volume de vazios: w dsat v WW V γ − = A amostra de rocha é saturada por imersão em água livre de gás, submetida a vácuo. O processo de saturação é lento para rochas de baixa porosidade. Após a saturação, a amostra é pesada, determinando seu peso saturado (Wsat). Em seguida, a amostra é seca em estufa a 105 esada, determinando seu peso seco, Wd. O processo de saturação e secagem da amostra é repetido até que sejam obtidos valores de peso constantes, em balança de precisão. O volume total da amostra, V, pode ser determinado a partir da geometria do corpo de prova. Este método é utilizado em rochas coerentes (que não se desagregam quando em contato com a água), não expansíveis quando secas e imersas em água e de geometria regular. 12 A gravidade específica da rocha pode ser obtida pelos seguintes métodos (Goodman, 1989): eio do exame de lâmina delgada feito no microscópio polarizador ou petrográfico, identificando a constituição mineralógica da rocha e quantificando a proporção de volume que o mineral ocupa em relação ao volume total da amostra. Neste caso, a densidade relativa seca, ��, é (2.7) é a densidade relativa do é a porcentagem do volume do mineral i De modo semelhante ao ensaio de densidade real dos sólidos em solo, por meio da trituração da amostra de rocha e da determinação da densidade do material moído em picnômetro de volume (2.8) volume total da amostra. ochas é extremamente variável. Por exemplo, em rochas sedimentares a porosidade geralmente decresce com a idade geológica e com a profundidade, quando outros fatores 2 % (sã) e entre 20 e 50% (intemperizadas) Uma das maneiras de obter a porosidade é a medida direta, através do volume de vazios: (2.9) or imersão em água livre de gás, submetida a vácuo. O processo de saturação é lento para rochas de baixa porosidade. Após a saturação, a amostra é pesada, ). Em seguida, a amostra é seca em estufa a 105 oC, por 24 h, . O processo de saturação e secagem da amostra é repetido até que sejam obtidos valores de peso constantes, em balança de precisão. O volume total ova. Este método é utilizado em rochas coerentes (que não se desagregam quando em contato com a água), não expansíveis Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Outra forma de avaliar a porosidade de rochas é através do teor de umidade de sat e da densidade relativa dos grãos: Onde: n – porosidade; wsat – teor de umidade de saturação; grau de saturação. O teor de umidade de saturação é obtido através da sat (Wsat), é relacionada ao seu peso seco (W Por fim a porosidade pode ser medida através de lâmina delgada. A porosidade é obtida pela contagem de poros em lâminas delgadas, de esp Para a visualização dos poros, a lâmina é preparada impregnando os vazios com resinas contendo corantes. No entanto, esta técnica apresenta alguns inconvenientes: • A espessura reduzida da lâmina ressalta o volu poros, dificultando a interpretação; • Ocorre escurecimento dos poros pequenos e microporos na lâmina, os quais podem ser facilmente confundidos com outros constituintes sólidos da amostra de rocha. 2.2.4 Velocidade Sônica Esta propriedade índice quantifica a velocidade de propagação das ondas P (primária) e S (secundária) em um corpo de prova de rocha, por meio de ensaios não destrutivos, fornecendo informação sobre as características elásticas e o fissuramento da r utilizado para avaliar a integridade das amostras antes de fazer algum ensaio e para agrupar amostras de comportamento similar para análises estatísticas. A ISRM (2007) compila diversos métodos visando calcular as velocidades de primária (�.) e da onda transversal ou secundária ( ondas ultra-sônicas por meio de amostras cilíndricas de rocha utilizando equipamentos eletrônicos especializados. O procedimento geral consiste em gerar ond transversais para estimar �/), transmitidas na rocha por meio de um transdutor piezelétrico (que transforma a onda elétrica em uma onda mecânica) localizado no topo da amostra. A onda atravessa a rocha até chegar ao transdutor de saída (que transforma a onda mecânica em onda elétrica), localizado na base da amostra. Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br Outra forma de avaliar a porosidade de rochas é através do teor de umidade de sat e da densidade relativa dos grãos: ssat ssat Gw Gw n ⋅+ ⋅ = 1 teor de umidade de saturação; Gs – densidade relativa dos grãos; O teor de umidade de saturação é obtido através da saturação completa da amostra, que, pesada ), é relacionada ao seu peso seco (Ws) por: d dsat sat W WW w − = Por fim a porosidade pode ser medida através de lâmina delgada. A porosidade é obtida pela contagem de poros em lâminas delgadas, de espessura igual a 0,03 mm, em microscópio óptico. Para a visualização dos poros, a lâmina é preparada impregnando os vazios com resinas contendo corantes. No entanto, esta técnica apresenta alguns inconvenientes: A espessura reduzida da lâmina ressalta o volume dos grãos em detrimento do espaço dos poros, dificultando a interpretação; Ocorre escurecimento dos poros pequenos e microporos na lâmina, os quais podem ser facilmente confundidos com outros constituintes sólidos da amostra de rocha. Esta propriedade índice quantifica a velocidade de propagação das ondas P (primária) e S (secundária) em um corpo de prova de rocha, por meio de ensaios não destrutivos, fornecendo informação sobre as características elásticas e o fissuramento da rocha. Este índice também é utilizado para avaliar a integridade das amostras antes de fazer algum ensaio e para agrupar amostras de comportamento similar para análises estatísticas. A ISRM (2007) compila diversos métodos visando calcular as velocidades de ) e da onda transversal ou secundária (�/). Uma técnica muito utilizada é a passagem de sônicas por meio de amostras cilíndricas de rocha utilizando equipamentos eletrônicos O procedimento geral consiste em gerar ondas ultrassônicas (longitudinais para estimar ), transmitidas na rocha por meio de um transdutor piezelétrico (que transforma a onda elétrica em uma onda mecânica) localizado no topo da amostra. A onda atravessa rocha até chegar ao transdutor de saída (que transforma a onda mecânica em onda elétrica), 13 Outra forma de avaliar a porosidade de rochas é através do teor de umidade de saturação (S = 100%) (2.10) densidade relativa dos grãos; S – uração completa da amostra, que, pesada (2.11) Por fim a porosidade pode ser medida através de lâmina delgada. A porosidade é obtida pela essura igual a 0,03 mm, em microscópio óptico. Para a visualização dos poros, a lâmina é preparada impregnando os vazios com resinas contendo me dos grãos em detrimento do espaço dos Ocorre escurecimento dos poros pequenos e microporos na lâmina, os quais podem ser facilmente confundidos com outros constituintes sólidos da amostra de rocha. Esta propriedade índice quantifica a velocidade de propagação das ondas P (primária) e S (secundária) em um corpo de prova de rocha, por meio de ensaios não destrutivos, fornecendo ocha. Este índice também é utilizado para avaliar a integridade das amostras antes de fazer algum ensaio e para agrupar onda longitudinal ou ). Uma técnica muito utilizada é a passagem de sônicas por meio de amostras cilíndricas de rocha utilizando equipamentos eletrônicos as ultrassônicas (longitudinais para estimar �. ou ), transmitidas na rocha por meio de um transdutor piezelétrico (que transforma a onda elétrica em uma onda mecânica) localizado no topo da amostra. A onda atravessa rocha até chegar ao transdutor de saída (que transforma a onda mecânica em onda elétrica), Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Figura 2.10. Equipamento pare medir a onda sônica longitudinal Finalmente, um dispositivo mede o tempo de viagem da onda entreos e, desta forma, as velocidades das ondas P e S são calculadas com os dados da distância e do tempo de viagem da onda entre os transdutores. A ISRM (2007) recomenda realizar o ensaio sobre corpos de prova que apresentem uma seja pelo menos 10 vezes o tamanho do grão meio da rocha. Teoricamente, a velocidade de propagação de onda na rocha está relacionada com as propriedades elásticas dos minerais constituintes e da d ondas longitudinais �. e também transversais dinâmicas da matriz rochosa, tais como o módulo dinâmico de Young e de cisalhamento. Porém, os valores dos módulos dinâmicos são levemente maiores (10 obtidos de ensaios estáticos convencionais. Uma vez determinadas as velocidades de onda ser obtidas com as seguintes expressões (Zhao, 2008): Onde: 0� é o módulo de Young dinâmico (N/m longitudinal ou primária (m/s). Onde: �� é o módulo de cisalhamento dinâmico (N/m secundária (m/s). Onde: ν� é o coeficiente de Poisson dinâmico (adimensional). Fourmaintraux (1976) propõe determinar por meio de um ábaco que relaciona o índice rocha (Figura 2.11). Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br Figura 2.10. Equipamento pare medir a onda sônica longitudinal Finalmente, um dispositivo mede o tempo de viagem da onda entre os dois transdutores piezelétricos e, desta forma, as velocidades das ondas P e S são calculadas com os dados da distância e do tempo de viagem da onda entre os transdutores. A ISRM (2007) recomenda realizar o ensaio sobre corpos de prova que apresentem uma geometria que permita que a distância percorrida pela onda seja pelo menos 10 vezes o tamanho do grão meio da rocha. Teoricamente, a velocidade de propagação de onda na rocha está relacionada com as propriedades elásticas dos minerais constituintes e da densidade. Desta forma, se o equipamento é apto para gerar e também transversais �/, é possível estimar algumas características elásticas dinâmicas da matriz rochosa, tais como o módulo dinâmico de Young e de cisalhamento. Porém, os valores dos módulos dinâmicos são levemente maiores (10-30%) do que os obtidos de ensaios estáticos convencionais. Uma vez determinadas as velocidades de onda �. e �/, as características elásticas dinâmicas podem ser obtidas com as seguintes expressões (Zhao, 2008): 0� � ��.1 é o módulo de Young dinâmico (N/m2); � é a densidade (kg/m3); �. é a velocidade de onda �� � ��/1 é o módulo de cisalhamento dinâmico (N/m2); �/ é a velocidade de o ν� � , 1��2 �3⁄ �51�, ��2 �3⁄ �5� é o coeficiente de Poisson dinâmico (adimensional). Fourmaintraux (1976) propõe determinar um índice que quantifica o grau de fissur que relaciona o índice IQ e a porosidade (n) com o grau de fissuramento 14 dois transdutores piezelétricos e, desta forma, as velocidades das ondas P e S são calculadas com os dados da distância e do tempo de viagem da onda entre os transdutores. A ISRM (2007) recomenda realizar o ensaio sobre geometria que permita que a distância percorrida pela onda Teoricamente, a velocidade de propagação de onda na rocha está relacionada com as propriedades ensidade. Desta forma, se o equipamento é apto para gerar , é possível estimar algumas características elásticas dinâmicas da matriz rochosa, tais como o módulo dinâmico de Young e de cisalhamento. Porém, os valores de módulos , as características elásticas dinâmicas podem (2.12) é a velocidade de onda (2.13) é a velocidade de onda transversal ou (2.13) um índice que quantifica o grau de fissuramento na rocha, com o grau de fissuramento da Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 Figura 2.11. Ábaco para qualificar o grau de fissuramento nu O índice IQ é determinado da seguinte maneira: Onde: �. é a velocidade de onda longitudinal medida numa amostra de rocha utilizando o aparelho ultrassônico; �. ∗ é a velocidade longitudinal se a amostra de rocha não tivesse microfissuras. Se a constituição mineralógica é conhecida, velocidade sônica de cada mineral constituinte da rocha. Onde: �.) é a velocidade longitudinal de cada mineral '. 2.2.5 Durabilidade Todas as rochas são mais ou menos afetadas por ciclos de variação no nível de tensões (aquecimento-resfriamento, umedecimento ruptura do material. O índice de alterabilidade está diretamente relacionado ao grau de intemperismo da rocha e indica a tendência de desagregação desta. Este índice é bastante útil, por oferecer uma faixa de durabilidade da rocha. Durabilidade é a dificuldade que uma determinada rocha tem de se alterar. Alterabilidade é o inverso da durabilidade, ou seja, a facilidade que uma determinada rocha tem de se alterar. O índice de durabilidade pode ser obtido através de vários ensaios propostos na literatura, porém 100 90 75 50 25 10 IQ ( % ) Extrem. fissuradaI II Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br Figura 2.11. Ábaco para qualificar o grau de fissuramento numa rocha (Fourmaintraux; 1976). da seguinte maneira: 67 � �3�3∗ é a velocidade de onda longitudinal medida numa amostra de rocha utilizando o aparelho é a velocidade longitudinal se a amostra de rocha não tivesse ção mineralógica é conhecida, �. ∗ é calculada considerando a ponderação da velocidade sônica de cada mineral constituinte da rocha. , �3∗ � ∑ 89 �39 *) é a velocidade longitudinal de cada mineral (obtido de tabelas); :) é a proporção do mineral Todas as rochas são mais ou menos afetadas por ciclos de variação no nível de tensões resfriamento, umedecimento-secagem, congelamento-degelo), que leva a fadiga e ura do material. O índice de alterabilidade está diretamente relacionado ao grau de intemperismo da rocha e indica a tendência de desagregação desta. Este índice é bastante útil, por oferecer uma e que uma determinada rocha tem de se alterar. Alterabilidade é o inverso da durabilidade, ou seja, a facilidade que uma determinada rocha tem de se alterar. O índice de durabilidade pode ser obtido através de vários ensaios propostos na literatura, porém 10 20 30 40 50 60 n (%) Não fissurada Pouco fissurada M oderadamente fissurada M uito fissurada Extrem. fissurada II III IV V 15 ma rocha (Fourmaintraux; 1976). (2.14) é a velocidade de onda longitudinal medida numa amostra de rocha utilizando o aparelho é a velocidade longitudinal se a amostra de rocha não tivesse poros ou considerando a ponderação da (2.15) é a proporção do mineral Todas as rochas são mais ou menos afetadas por ciclos de variação no nível de tensões degelo), que leva a fadiga e ura do material. O índice de alterabilidade está diretamente relacionado ao grau de intemperismo da rocha e indica a tendência de desagregação desta. Este índice é bastante útil, por oferecer uma e que uma determinada rocha tem de se alterar. Alterabilidade é o inverso da durabilidade, ou seja, a facilidade que uma determinada rocha tem de se alterar. O índice de durabilidade pode ser obtido através de vários ensaios propostos na literatura, porém um dos mais Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 conhecidos é o Slake Durability Test determinar a resistência de rochas a ciclos de molhagem O procedimento geral para obter este índice consiste em colocar 10 fragme cada uma) dentro de redes metálicas cilíndricas com abertura de 2 mm, deixando os fragmentos parcialmente imersos. Depois, são aplicadas rotações a 20 revoluções por min. Depois de 10 min, o material retido é secado e pesado. Assim, durabilidade 6� corresponde à percentagem de rocha seca que fica retida nos tambores da rede metálica após 1 ou 2 ciclos completos, estimando 6� A Tabela 2.1 mostra a classificação da durabilidade da rocha baseada no índice Gamble (1971). Tabela 2.1. Classificação da durabilidade da rocha (Gamble, 1971). Grupo Durabilidade extrema Durabilidade alta Durabilidade médioDurabilidade média Durabilidade baixa Durabilidade muito baixa 2.2.6 Resistência A resistência determina a eficiência d coesos os seus componentes. 2.2.6.1 Resistência a Compressão Pode ser obtida de maneira direta, com o ensaio de compressão uniaxial, e de maneira indireta, pelo ensaio de carga puntiforme (point compressão uniaxial (Figura 2.1 cilíndrica, pode ser difícil e cara. A relação entre altura e diâmetro (H/D) deve variar entre 2,0 e 3,0. diâmetro D deve ser maior que 10d compõe a rocha. A resistência à compressão simples (uniaxial) corresponde à carga de ruptura da amostra, expressa por : Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br conhecidos é o Slake Durability Test (6�), proposto por Franklin & Chandra (1972), que é usado para determinar a resistência de rochas a ciclos de molhagem-secagem. O procedimento geral para obter este índice consiste em colocar 10 fragmentos de rocha (com 50 g cada uma) dentro de redes metálicas cilíndricas com abertura de 2 mm, deixando os fragmentos parcialmente imersos. Depois, são aplicadas rotações a 20 revoluções por min. Depois de 10 min, o material retido é secado e pesado. Assim, o ciclo pode ser repetido de novo. Finalmente, o índice de corresponde à percentagem de rocha seca que fica retida nos tambores da rede metálica após 1 ou 2 ciclos completos, estimando 6�, e 6�1 respectivamente. � � .;�< �;=< �;><)� �; $? <$ �<)� =)=@<�.;�< )*)=)�@ �� �?<��A� mostra a classificação da durabilidade da rocha baseada no índice Classificação da durabilidade da rocha (Gamble, 1971). BCD Durabilidade extrema >99 Durabilidade alta 98-99 Durabilidade médio-alta 95-98 Durabilidade média 85-95 Durabilidade baixa 60-85 Durabilidade muito baixa <60 A resistência determina a eficiência da rocha em manter o seu arranjo original, ou seja, em manter .1 Resistência a Compressão Pode ser obtida de maneira direta, com o ensaio de compressão uniaxial, e de maneira indireta, pelo ensaio de carga puntiforme (point load test) ou pelo esclerômetro de Schmidt. O ensaio de compressão uniaxial (Figura 2.12) é de execução simples, entretanto a preparação da amostra, cilíndrica, pode ser difícil e cara. A relação entre altura e diâmetro (H/D) deve variar entre 2,0 e 3,0. diâmetro D deve ser maior que 10d50 e 6d100, sendo estes os diâmetros médio e maior dos grãos que A resistência à compressão simples (uniaxial) corresponde à carga de ruptura da amostra, expressa A P c =σ 16 , proposto por Franklin & Chandra (1972), que é usado para ntos de rocha (com 50 g cada uma) dentro de redes metálicas cilíndricas com abertura de 2 mm, deixando os fragmentos parcialmente imersos. Depois, são aplicadas rotações a 20 revoluções por min. Depois de 10 min, o o ciclo pode ser repetido de novo. Finalmente, o índice de corresponde à percentagem de rocha seca que fica retida nos tambores da rede (2.16) mostra a classificação da durabilidade da rocha baseada no índice 6�, proposta por Classificação da durabilidade da rocha (Gamble, 1971). BCE >98 95-98 85-95 60-85 30-60 <30 a rocha em manter o seu arranjo original, ou seja, em manter Pode ser obtida de maneira direta, com o ensaio de compressão uniaxial, e de maneira indireta, pelo load test) ou pelo esclerômetro de Schmidt. O ensaio de ) é de execução simples, entretanto a preparação da amostra, cilíndrica, pode ser difícil e cara. A relação entre altura e diâmetro (H/D) deve variar entre 2,0 e 3,0. O , sendo estes os diâmetros médio e maior dos grãos que A resistência à compressão simples (uniaxial) corresponde à carga de ruptura da amostra, expressa (2.17) Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 onde: σc – resistência à compressão uniaxial máxima ou última; da amostra. Figura 2.1 • Índice de resistência à carga puntiforme O ensaio desenvolvido por Broch & Franklin (1972) fornece o índice de resistência à carga puntiforme da rocha (Is), o qual é utilizado como parâmetro de entrada para diversas aplicações, tais como em classificações geomecânicas e na estimativa da resistência à compressão unia portátil para seu uso em campo e os ensaios podem ser executados de forma rápida e sem custos adicionais sobre amostras regulares e irregulares de rocha (Hidalgo, 2002). No ensaio de compressão puntiforme, a rocha é carregada pontualm metálicos e a ruptura é provocada pelo desenvolvimento de fraturas paralelas ao eixo de carregamento. A ISRM (2007) sugere os métodos de execução e cálculo do ensaio, os métodos vão depender da geometria do corpo de prova, e se (Figura 2.13). Figura 2.13. Ensaio de carga puntiforme em diferentes seção transversal. (modificado a) Ensaio diametral L> 0,5D L D L> 0,5D L D c) Ensaio num bloco regular L> 0,5D L D d) Ensaio num bloco irregular Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) www.geofast.com.br resistência à compressão uniaxial máxima ou última; P – carga de ruptura; Figura 2.12 Esquema de ensaio de compressão uniaxial. Índice de resistência à carga puntiforme o por Broch & Franklin (1972) fornece o índice de resistência à carga puntiforme é utilizado como parâmetro de entrada para diversas aplicações, tais como em classificações geomecânicas e na estimativa da resistência à compressão uniaxial. O equipamento é portátil para seu uso em campo e os ensaios podem ser executados de forma rápida e sem custos adicionais sobre amostras regulares e irregulares de rocha (Hidalgo, 2002). No ensaio de compressão puntiforme, a rocha é carregada pontualmente por meio de dois cones metálicos e a ruptura é provocada pelo desenvolvimento de fraturas paralelas ao eixo de carregamento. A ISRM (2007) sugere os métodos de execução e cálculo do ensaio, os métodos vão depender da geometria do corpo de prova, e se o carregamento é feito diametral ou axialmente Ensaio de carga puntiforme em diferentes corpos de prova e requerimentos das dimensões da seção transversal. (modificado – ISRM, 2007). a) Ensaio diametral W=(W1+W2)/2 0.3W<D<W 0.3W<D<W D W b) Ensaio axial Diamêtro equivalente De W 0.3W<D<W c) Ensaio num bloco regular Diamêtro equivalente De d) Ensaio num bloco irregular Diamêtro equivalente De W2 W1 Seção carregada 17 carga de ruptura; A – área inicial o por Broch & Franklin (1972) fornece o índice de resistência à carga puntiforme é utilizado como parâmetro de entrada para diversas aplicações, tais como em xial. O equipamento é portátil para seu uso em campo e os ensaios podem ser executados de forma rápida e sem custos ente por meio de dois cones metálicos e a ruptura é provocada pelo desenvolvimento de fraturas paralelas ao eixo de carregamento. A ISRM (2007) sugere os métodos de execução e cálculo do ensaio, os métodos vão o carregamento é feito diametral ou axialmente corpos de prova e requerimentos das dimensões da Diamêtro equivalente Instrutor: André Pacheco de Assis (PhD) Parauapebas/PA – Junho/12 O índice de resistência ao carregamento pu Onde: 6� é o índice de resistência ao carregamento puntiforme (kN/m²); F; é o diâmetro equivalente do corpo de prova (m). A carga P é obtida como a relação entr da carga. Para corpos cilíndricos carregados diametralmente, Onde: F é o diâmetro do cilindro e também a distância entre os cones de carregamento Para corpos de prova regulares ou irregulares carregados axialmente, Onde: � é a largura do corpo de prova (m); Visando padronizar os resultados, foi proposta uma correção devido ao tamanho do corpo de prova no índice 6�, definindo o índice de resistência ao carregamento puntiforme corrigido 6��GH� é definido como se o valor do índice diâmetro equivalente (F;) igual a 50 mm. Portanto, para ensaios executados em amostras com diâmetro equivalente diferente de 50 mm, deve ser introduzida uma correção no resultado do índice de resistência à carga
Compartilhar