4. METODOLOGIA
5.7. Análise cinemática
A partir dos parâmetros encontrados na classificação geomecânica (como o ângulo de atrito da descontinuidade) foram realizadas análises cinemáticas no software Dips v. 5 da Rocscience Inc. Os resultados de probabilidades de rupturas significativos foram a ruptura planar, cunha e tombamento de blocos com probabilidade de 100%, 22,10% e 31,3%, respectivamente. As Figuras 48, 49 e 50 apresentam as análises cinemáticas probabilísticas para ruptura planar, por cunha e tombamento de blocos, respectivamente.
92 Figura 49 - Probabilidade de ruptura por cunha no TLD-01.
Figura 50 - Probabilidade de tombamento de blocos no TLD-01. 5.7.2. TLD-02
O resultado mais significativo no caso do TLD-02 foram a ruptura por cunha e o tombamento de blocos com probabilidade de 27,08% e 29,08%, respectivamente. As Figuras
93 51 e 52 apresentam as análises cinemáticas probabilísticas para ruptura por cunha e tombamento de blocos, respectivamente.
Figura 51 - Probabilidade de ruptura por cunha.
94 5.7.3. TLD-03
A análise foi conduzida de forma determinística utilizando as orientações médias das descontinuidades. Foi considerado ângulo de atrito de 30°. Dois mecanismos de ruptura são possíveis: planar, segundo o plano de xistosidade ou por cunha segundo a interseção entre o plano de xistosidade e a família 1 (Figura 53).
Figura 53 - Análise cinemática do maciço localizado na rodovia dos Inconfidentes próximo ao SESC. 5.8.Retroanálises
5.8.1. TLD-02
O talude apresenta mecanismo de tombamento de blocos e o software utilizado para análise foi o RocTopple. Foram utilizados os critérios de Mohr-Coulomb e Barton-Bandis. Sabe-se que a análise deve retornar fator de segurança maior que 1, uma vez que o talude se apresenta estável. Os dados da geometria do talude com tombamento são apresentados (Tabela 37). O mecanismo de tombamento de blocos ocorre somente nos 5 primeiros metros de altura do talude e a superfície basal foi variada conforme faixa proposta por Goodman e Bray (1976), ou seja, entre 47⁰ e 67⁰.
Tabela 37 - Geometria do talude com tombamento de blocos.
Talude Descontinuidade que tomba
Altura 5.0 metros Espaçamento 0.44 metros
Mergulho 88° Mergulho 48°
95 No caso do critério de Mohr-Coulomb o valor utilizado para a coesão foi nulo e o ângulo de atrito da descontinuidade, com valor igual a 45°, foi obtido através da relação entre Jr e Ja proposta por Barton (2002). A análise retornou fator de segurança incompatível com a realidade do maciço, independentemente do valor da inclinação da superfície basal, demonstrando que os parâmetros utilizados, como previsto, não tinham valores razoáveis.
Já o critério de Barton-Bandis se mostrou aplicável. Os valores de resistência utilizados foram de12 para o JRC; 3,8 MPa JCS e 27º para o ângulo de atrito básico. A análise retornou como resultado um fator de segurança que reflete a condição real do maciço rochoso (Figura 54). Independente da inclinação da superfície basal adotada o resultado foi satisfatório (Figura 55). Foi adotado um nível de água igual a 43%.
96 Figura 55 - Influencia da superfície basal no fator de segurança do TLD-02.
5.8.2. TLD-03 Setor 1
O setor 1 do talude apresenta superfície de ruptura aproximadamente circular e, portanto, o software Slide v.6 foi utilizado para a análise. Foram feitas análises de sensibilidade do nível de água para determinação de sua posição à época da ruptura. Os níveis mínimo e máximo foram definidos com auxílio dos ábacos de Hoek e Bray. A figura 56 apresenta a geometria do talude, obtida através de instrumentos de medida, e a localização dos níveis de água mínimo (Wmin), máximo (Wmax) e médio (Wmean).
Figura 56 - Geometria do talude e localização dos níveis de água mínimo, máximo e médio. O critério de resistência utilizado para a análise foi o critério de Hoek-Brown generalizado para maciços rochosos. As análises realizadas utilizaram os parâmetros obtidos através dos
1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 Fato r d e se gu ran ça
97 sistemas GSI e RMi (Tabela 38). As figuras 57 e 58 apresentam o resultado da análise de sensibilidade, utilizando o GSI e o RMi, respectivamente.
Tabela 38 - Valores dos parâmetros do critério de Hoek-Brown na retroanálise da ruptura aparentemente circular do TLD-03 Setor 1.
mb s a
GSI 0,689 0,000137 0,544
RMi 1,33 0,001 0,5
Observa-se que utilizando as duas maneiras de se obter os parâmetros de Hoek-Brown, obtêm-se resultados satisfatórios. Uma vez que se sabe que a ruptura ocorreu em uma época de altos índices pluviométricos, já era esperado que o talude se apresenta quase 100% de saturação, quando o fator de segurança fosse igual a 1, e esse foi o resultado obtido.
As figuras 58 e 59 apresentam um gráfico do fator de segurança obtido em função da localização do nível de água. É importante salientar que essa localização do nível de água varia de 0 (nível de água mínimo) até 1 (nível de agua máximo). No caso em que os parâmetros de resistência utilizados foram obtidos a partir do GSI o nível de água no instante da ruptura se localiza muito próximo ao nível mínimo de água. Já quando foram utilizados os parâmetros obtidos a partir do RMi a ruptura ocorreu no nível máximo de água adotado, ou seja, 100% de saturação.
Figura 57 - Análise de sensibilidade do nível de água utilizando o GSI. 0,8 0,85 0,9 0,95 1 1,05 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Fato r d e se gu ran ça - gl e /m o rg e n ste rn -p ri ce
98 Figura 58 - Análise de sensibilidade do nível de água utilizando o RMi.
5.8.3. TLD-03 Setor 2
Foi realizada análise da ruptura em cunha que ocorreu no setor 2 do TLD-03. A tabela 39 apresenta os dados de geometria da cunha e os parâmetros de resistência utilizados.
Tabela 39 - Dados de entrada da geometria da cunha.
Altura da cunha Atitude da face do talude Inclinação do plano de topo
7,2 m 226/52 0⁰
Atitude das descontinuidades
Família 1 Xistosidade
164/68 314/75
Parâmetros de resistência
Coesão Ângulo de atrito
0 34º
O critério de resistência utilizado foi o de Mohr-Coulomb. A coesão foi considerada nula e o ângulo de atrito utilizado, igual a 34º, foi obtido através da relação entre Jr e Ja sugerida por Barton. A saturação foi variada até que fosse obtido fator de segurança igual a 1. Isso ocorreu quando a saturação chegou a 100%. A figura 59 apresenta a análise.
1,03 1,08 1,13 1,18 1,23 1,28 1,33 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Fato r d e se gu ran ça - gl e /m o rg e n ste rn -p ri ce
99 Figura 59 - Análise da ruptura em cunha do setor 2 do TLD-03.
100
6. CONCLUSÕES
Os objetivos do trabalho foram alcançados. Os maciços rochosos foram facilmente selecionados devido à grande diversidade geológica presente no Quadrilátero Ferrífero. Todos foram classificados geomecanicamente de forma satisfatória, mesmo que em alguns casos foram necessárias generalizações e suposições. Ocorreram algumas dificuldades em se realizar a classificação por essas se mostrarem qualitativas e não haver uniformidade na terminologia, que pode variar de região para região.
Entre os sistemas de classificação o RQD não foi considerado um bom índice para classificar os maciços rochosos estudados. A dependência da direção do levantamento e o fato de não considerar as características das descontinuidades o torna um método falho. Entre os outros métodos de classificação o RMi apresentou vantagens por ser um método com mais características quantitativas do que qualitativas, além de fornecer a resistência à compressão simples do maciço rochoso.
Existem na literatura diversas equações que correlacionam os sistemas de classificação geomecânica e as propriedades dos maciços rochosos. Essas foram testadas para os três maciços estudados e forneceram valores diferentes para uma mesma propriedade em um mesmo talude. Isso ocorreu devido ao fato de que elas foram desenvolvidas de maneira empírica e cada autor utilizou diferentes maciços para obtenção da equação.
As retroanálises constituíram uma boa ferramenta para estimação das propriedades mecânicas. De uma maneira geral elas provaram que algumas equações e outras não forneceram resultados compatíveis com a geomecânica dos maciços rochosos estudados.
Portanto, esse trabalho destaca a importância do uso das classificações geomecânicas como ferramenta para estimação de parâmetros dos maciços rochosos, uma vez que não é possível ensaiá-los em laboratório. No entanto, o seu uso deve ser feito de maneira cuidadosa para que não sejam cometidos erros grosseiros.
101
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107
108
Apêndice A – Planilhas de cálculo do RMR
Classificação segundo o RMR do TLD-01 Setor1.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 50 a 100 MPa
Obtido através do teste com o
martelo de geólogo 7
RQD 94,4% Estimado através da equação
proposta por Palmström (1982) 20
Espaçamento das
descontinuidades 70 cm - 15
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 4 m, abertura > 5 mm; rugosa; preenchimento
macio > 5 mm; sem alteração
11
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe II Descrição Bom RMR 68
109 Classificação segundo o RMR do TLD-01 Setor2.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 100 a 250 MPa
Obtido através do teste com o
martelo de geólogo 12
RQD 99% Estimado através da equação
proposta por Palmström (1982) 20
Espaçamento das
descontinuidades 60 cm Situação limítrofe – uso do ábaco 12
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 4 m, abertura > 5 mm; rugosa; preenchimento
macio > 5 mm; pouco alterada
10
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe II Descrição Bom RMR 69
110 Classificação segundo o RMR do TLD-01 Setor 3.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 50 a 100 MPa
Obtido através do teste com o
martelo de geólogo 7
RQD 95,2% Estimado através da equação
proposta por Palmström (1982) 20
Espaçamento das
descontinuidades 56 cm - 10
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 4 m, abertura > 5 mm; rugosa; preenchimento
macio > 5 mm; pouco alterada
10
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe II Descrição Bom RMR 62
111 Classificação segundo o RMR do TLD-01 Setor 4.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 100 a 250 MPa
Obtido através do teste com o
martelo de geólogo 12
RQD 100% Estimado através da equação
proposta por Palmström (1982) 20
Espaçamento das
descontinuidades 122 cm - 15
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 4 m, abertura > 5 mm; rugosa; preenchimento
macio > 5 mm; sem alteração
11
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe II Descrição Bom RMR 73
112 Classificação segundo o RMR do TLD-01 Setor 5.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 100 a 250 MPa
Obtido através do teste com o
martelo de geólogo 12
RQD 100% Estimado através da equação
proposta por Palmström (1982) 20
Espaçamento das
descontinuidades 71 cm - 15
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 4 m, abertura > 5 mm; rugosa; preenchimento
macio > 5 mm; pouco alterada
10
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe II Descrição Bom RMR 72
113 Classificação segundo o RMR do TLD-02.
Rock Mass Rating Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 25 a 50 MPa
Obtido através do teste com o martelo de
geólogo 4
RQD 85,2% Estimado através da equação proposta por
Palmström (1982) 17
Espaçamento das
descontinuidades 25 cm - 10
Condição das
descontinuidades -
Persistência de cerca de 15 m, abertura <0,1mm; lisa (ondulada); preenchimento
macio < 2 mm; ligeiramente alterada
12
Condição de água - Seco 15
Classificação do maciço rochoso Classe III Descrição Razoável RMR 60
114 Classificação segundo o RMR para o TLD-03 Setor 1.
Rock Mass Rating – SETOR 1 Parâmetro
analisado
Valor Descrição Valor associado no
RMR
Resistência à
compressão uniaxial 1 a 5 Mpa
Obtido através do teste com o martelo de
geólogo 1
RQD 20,7% Estimado através da equação proposta por
Palmström (1982) 3
Espaçamento das
descontinuidades 10,5 cm Estimado através dos blocos formados 8
Condição das
descontinuidades -
Persistência 10 a 20 m, abertura < 0,1mm, lisa (plana), fino preenchimento macio;
muito alterada
10
Condição de água - Seco 15
Classificação do
115
116 Classificação segundo o RMR para o TLD-03 Setor 2.