CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS DE MACIÇOS ROCHOSOS

A caracterização geomecânica de um maciço rochoso é essencial para o estabelecimento de um modelo conceptual da geologia local. É com base neste modelo que poderão ser seleccionadas as variáveis a quantificar em função do tipo de trabalhos que se pretendem realizar (Marinos et al., 2005). Com as classificações geomecânicas, pretende-se avaliar o comportamento do maciço interessado por um projecto de engenharia através da integração e tratamento de parâmetros geotécnicos seleccionados (e.g. parâmetros de resistência e deformabilidade) e estimados por métodos empíricos, preferencialmente ensaios simples e expeditos. O objectivo último é, segundo Rocha (1976), o zonamento do maciço rochoso de forma a viabilizar o dimensionamento de soluções de engenharia específicas para cada zona. Segundo Hoek (2007) as classificações geomecânicas têm grandes benefícios em fases preliminares de projecto de obra devido à falta de informação detalhada sem, contudo, substituir a realização de investigações in situ e laboratoriais em fases mais avançadas.

Intervalo Designação Simbologia

10 cm3 _{a 200 cm}3 _{Muito pequeno MP}

0,2 dm3 _{a 10 dm}3 _{Pequeno P}

10 dm3 _{a 200 dm}3 _{Médio M}

0,2 a 10 m3 _{Grande G}

> 10 m3 _{Muito grande MG}

Forma dos blocos β

Cúbica (dimensões das faces aproximadamente iguais) 27

Prismática (ligeiramente alongada) ou tabular (ligeiramente planos) 28 - 32

Moderadamente prismáticos ou moderadamente planos 33 - 59

Alongado ou plano 60 - 200

Bastante alongados ou bastante planos > 200

Tabela 3.7  Classificação do tamanho do bloco unitário (Palmström 1995 in Cardoso et al., 2010)

3.3.1. Basic Geotechnical Description of Rock Masses (BGD)

Esta classificação, proposta inicialmente pela ISRM (1981), corresponde a um sistema de descrição geotécnica de maciços rochosos que pode servir de apoio a descrições e/ou classificações mais pormenorizadas ou exclusivas para certos tipos de rochas ou obras geotécnicas. Pinho (2003) refere que a aplicação desta classificação tem vindo a ser generalizada na comunidade geotécnica, traduzindo-se numa elevada utilização em estudos geotécnicos para vários tipos de obra, nomeadamente na fase de estudo prévio e eventualmente anteprojecto. Os parâmetros considerados na aplicação da BGD são:

 A designação da rocha, com uma descrição geológica simplificada;

 Duas características estruturais do maciço rochoso, nomeadamente a espessura das camadas e o espaçamento das fracturas;

 Duas características mecânicas do maciço rochoso, nomeadamente a resistência à compressão uniaxial (RCU) e o ângulo de atrito das fracturas;

 Grau de meteorização (W),opcional;

A meteorização de uma rocha consiste na sua desagregação e decomposição levadas a cabo por agentes físicos e químicos naturais, de modo a restabelecer o equilíbrio físico-químico com o ambiente. A ISRM (1978, 1981) sugere que deve ser descrito o estado de meteorização do maciço rochoso, podendo este ser avaliado no terreno, realizando-se uma observação directa do afloramento e fazendo uma comparação com descrições padrão simplificadas.

A terminologia utilizada na qualificação dos parâmetros referidos é apresentada nas Tabelas 3.9, 3.10 e 3.11, expondo-se na Tabela 3.12 a classificação referente ao estado de meteorização do maciço rochoso. No que diz respeito à descrição do espaçamento, a terminologia adoptada está descrita na Tabela 2.2, quando se apresentou esta propriedade em contexto apropriado.

RCU (MPa) Simbologia Descrição

>200 S1 _S

1-2 Muito elevada Elevada

60  200 S2 Elevada

20  60 S3 Moderada

6  20 S4 _S

4-5 Reduzida Reduzida

<6 S5 Muito reduzida

Tabela 3.12 - Grau de meteorização do material rochoso (ISRM, 1981)

3.3.2. Rock Quality Designation Index (RQD)

O índice RQD, é um parâmetro indicativo da qualidade do maciço rochoso in situ baseado no grau de fracturação e meteorização do material rochoso. Relativamente à implementação de estruturas de engenharia esta técnica tem na simplicidade a sua grande vantagem, permitindo a rápida delimitação de zonas rochosas de fraca qualidade. O procedimento é descrito em pormenor por Deere & Deere (1988), que recomendam a sua determinação a partir de tarolos recolhidos em sondagens orientadas. Com base neste índice Deere (1964) propõe a classificação apresentada na Tabela 3.13.

(º) Simbologia Descrição

>45 A1 _A

1-2 Muito elevado Elevado

35  45 A2 Elevado

25  35 A3 Moderado

15  25 A4 _A

4-5 Reduzido Reduzido

<15 A5 Muito reduzido

Intervalos (cm) Simbologia Descrição

>200 L1 _L

1-2 Muito elevado Elevado

60  200 L2 Elevado

20  60 L3 Moderado

6  20 L4 _L

4-5 Reduzido Reduzido

<6 L5 Muito reduzido

Estado de meteorização Simbologia Descrição

Rocha sã

W1-2

W1

Não se observam sinais de alteração na matriz

rochosa _{Sã a pouco meteorizada} Rocha ligeiramente meteorizada W2 Mudanças na cor original da matriz (descoloração) Rocha moderadamente

meteorizada W3 Menos de metade do material rochoso está decomposto _{e/ou desagregado num solo}

Rocha muito meteorizada

W4-5

W4

Mais de metade do material rochoso está

decomposto e/ou desagregado num solo;

a rocha é muito friável. Muito meteorizada a decomposta Rocha completamente

meteorizada a decomposta W5

Todo o material rochoso está muito

decomposto e/ou desagregado num solo

residual

Tabela 3.10  Classificação do ângulo de atrito proposta pela BGD (ISRM,1981)

Nas situações em que não está disponível o testemunho de uma sondagem Palmström (1995 in Cardoso et al., 2010) sugeriu uma metodologia baseada na inventariação de superfícies de descontinuidade cujo traço é visível na face de um talude. Define-se assim a seguinte relação:

RQD 115 - 3.3J

[3.4]

Priest & Hudson (1976) _{correlacionaram o RQD com a designada frequência de fracturação (λ),} definida pelo número de descontinuidades por metro linear. Segundo diversos autores, de entre os quais se destacam Giani (1992), Hudson & Harrison (1997) e Vallejo et al., (2002), o espaçamento total (S) corresponde ao inverso da frequência. O valor de RQD obtido é um equivalente teórico do índice original e pode ser obtido graficamente ou mediante quantificação de λ através da medição em tarolos ou da utilização da técnica de amostragem linear de superfícies de descontinuidade.

RQD 100e

_{(0,1 λ 1)}

_λ

_[m

_{] [3.5]}

3.3.3. Geological Strength Index (GSI)

A implementação desta classificação geomecânica, proposta inicialmente por Hoek (1994 in Hoek et al., 1998), resultou da cada vez maior necessidade de interagir com maciços rochosos de muito baixa resistência, onde o valor numérico de RQD é próximo de zero ou desprezável.

A utilização do GSI baseia-se na observação cuidadosa das características do maciço rochoso, nomeadamente a sua estrutura e condição das superfícies de descontinuidade, com destaque para a rugosidade e estado de meteorização. Estes parâmetros devem ser avaliados qualitativamente através do gráfico indicado na Figura 3.8, de forma a estimar um valor ―numérico‖ para o índice GSI.

Inicialmente direccionada para maciços rochosos de baixa resistência litologicamente homogéneos, a classificação foi, entretanto, generalizada para maciços litologicamente heterogéneos, tipo Flysch, como se verifica na Figura 3.9 (Marinos & Hoek, 2001). Esta actualização foi baseada na experiência obtida pelos autores em projectos de obras subterrâneas realizadas sobre maciços rochosos muito heterogéneos e anisotrópicos, destacando-se os trabalhos executados sobre a Formação xistenta de Atenas (Hoek et al., 1998)

A resistência ao corte do maciço rochoso é reduzida com a presença de água nas descontinuidades, ou

RQD Descrição 0 – 25% Muito fraco 25 – 50% Fraco 50 – 75% Razoável 75 – 90% Bom 90  100% Excelente

rocha. O reconhecimento destas condições deverá ser materializado pelo desvio do GSI para a direita de forma a garantir a integridade da classificação.Apesar de se tratar de um parâmetro essencialmente qualitativo, o ―número‖ referente ao GSI pode ser utilizado para estimar alguns parâmetros de resistência e deformabilidade do maciço rochoso com base em equações empíricas associadas ao critério de rotura de HoekBrown (Hoek & Brown, 1997; Hoek et al., 2002).

A sua utilização pressupõe, contudo, que o maciço rochoso não sofra rotura segundo uma direcção preferencial imposta pela combinação de uma ou mais superfícies de descontinuidade (comportamento isotrópico). Nestas situações a utilização da classificação GSI não será aplicável dado que a rotura é governada pela resistência ao corte das descontinuidades e não do maciço rochoso (Marinos et al., 2005). Contudo os mesmos autores admitem como classificáveis maciços rochosos densamente fracturados, porém com camadas espessas que, em taludes, podem sofrer rotura controlada estruturalmente. É o caso particular da classe A, ilustrada pelos autores no ábaco em que os mesmos estimam o GSI para maciços rochosos fortemente heterogéneos, tipo Flysch (Figura 3.9).