Ensaios de laboratório

De acordo com Hoek (1974) apenas um número limitado de ensaios efetuados em laboratório são considerados relevantes para o projeto de uma fundação. A razão é que o comportamento do maciço rochoso é governado pela orientação e natureza das descontinuidades na massa rochosa, enquanto que as amostras enviadas ao laboratório geralmente consistem no material rochoso intacto. A Tabela 2.12 apresenta os principais ensaios de laboratório realizados em amostras de rocha para orientação de projetos de fundações.

Tabela 2.12 – Finalidade e tipo dos principais ensaios de laboratório em maciço rochoso.

Finalidade do ensaio Tipo de ensaio

Tensão Compressão uniaxial Cisalhamento direto Compressão triaxial Ensaio brasileiro Carga pontual Deformabilidade Compressão uniaxial Compressão triaxial Permeabilidade Permeabilidade ao gás Teor de água Porosidade Densidade Massa específica Absorção

Caracterização Análise petrográfica Resistência a abrasão Durabilidade

Velocidade de ondas sísmicas

Fonte: Adaptado de USCE (1994).

Entretanto, os ensaios realizados em amostras de rocha podem fornecer indícios sobre alguns dos problemas que são susceptíveis de surgir na escala do maciço rochoso. Além disso, oferecem importantes informações e parâmetros sobre os seguintes aspectos:

a) Caracterização petrográfica: segundo a ABGE (2011), a caracterização é realizada em laboratório através da análise petrográfica em seções delgadas, ensaios granulométricos e

análises químicas.

Esses procedimentos permitem a classificação litológica, composição mineralógica, granulação, textura, presença de estruturas, determinação de sua estabilidade química e física e detecção de minerais deletérios.

Normalmente são utilizados os procedimentos de caracterização petrográfica e difração de raio X.

b) Determinação das propriedades índices: conforme destacou Goodman (1989), as propriedades índice são muito importantes pelo seu significado físico, facilidade de interpretação dos resultados, pela possibilidade de obtenção de correlações com outras propriedades e por serem obtidas através de ensaios relativamente simples.

Para a ABGE (2011), as propriedades índices abrangem basicamente, o teor de umidade, a porosidade, o peso específico, a absorção d’água, a expansão e o desgaste.

No que se refere a porosidade, Chiossi (2013) considera que uma rocha pode ser classificada conforme apresenta a Tabela 2.13.

Tabela 2.13 - Classificação das rochas quanto à porosidade.

Classificação Porosidade _{η (%)} Extremamente porosa 30 a 50 Muito porosa 10 a 30 Bastante porosa 5 a 10 Medianamente porosa 2,5 a 5 Pouco porosa 1 a 2,5 Muito compacta ˂ 1 Fonte: Chiossi (2013).

De acordo com Pinho (2003), a porosidade de uma rocha depende da sua gênese, sendo, geralmente influenciada pelos seguintes fatores: granulometria, forma dos grãos, composição dos grãos, orientação dos grãos e grau de compactação. Além disso, a porosidade pode variar para um mesmo tipo de rocha segundo sua profundidade, sua idade geológica e seu grau de intemperismo.

Segundo a ISMR (2007), do ponto de vista mecânico, um pequeno aumento na fração de volume de vazios pode produzir efeitos mecânicos notáveis na rocha, tais como a redução da resistência e o aumento da deformabilidade.

O peso específico pode ser obtido no estado saturado, úmido, natural e seco, podendo também, estar relacionado com a resistência à compressão da rocha, uma vez que, a resistência da rocha intacta aumenta com o aumento do peso específico da mesma. A Tabela 2.14 apresenta valores típicos de peso específico e porosidade para alguns tipos de rocha.

Tabela 2.14 – Valores típicos de peso específico e porosidade das rochas.

Tipo de rocha Peso específico (kN/m3₎ Porosidade η (%) Granito 26 – 27 0,5 - 1,5 (0,9) Riolito 24 – 26 4 – 6 Andesito 22 – 23,5 10 – 15 Gabro 30 – 31 0,1 - 0,2 Basalto 27 – 29 0,1 – 2,0 Dolomito 25 – 26 0,5 – 1 Gnaisse 27 – 30 0,5 - 1,5 Mármore 26 – 28 0,3 – 2 (0,6) Quartzito 26 – 27 0,1 - 0,5 Fonte: Chiossi (2013)

A absorção d’água refere-se a uma grandeza que também tem ligação com a resistência à compressão da rocha, isto porque a presença de água no interior do maciço leva a uma redução de tensões efetivas e consequentemente a diminuição da resistência do maciço rochoso.

c) Determinação das propriedades mecânicas: as propriedades de interesse para o estudo da resistência, deformabilidade e tensões naturais dos maciços rochosos, são: resistência à compressão simples, resistência à tração, velocidade de ondas sônicas, módulo de elasticidade, etc.

A classificação do maciço rochoso com relação a sua resistência à compressão uniaxial pode ser feita pelo critério estabelecido na Tabela 2.15.

Tabela 2.15 – Classificação conforme a resistência à compressão uniaxial.

Termo Resistência à compressão _σ

u (MPa) Fraco 1,5 - 15* Moderadamente forte 15 - 50** Forte 50 – 120 Muito forte 120 -230 Extremamente forte > 230

* rochas com resistência de 1,25 MPa, são considerados solos e devem ser testados como solo; ** rochas brandas são mais fracas que 50 MPa; rochas fortes são mais fortes que 50 MPa.

Fonte: IAEG (1979)

d) Determinação das propriedades hidráulicas: a principal propriedade de interesse é a permeabilidade. Sabe-se que, em um meio poroso, a permeabilidade está associada a parâmetros, tanto em nível microscópico quanto em nível macroscópico. No nível microscópico, os principais parâmetros são tamanho, forma, orientação e interconexão dos poros. No macroscópico, os parâmetros incluem a abertura da fratura, a rugosidade da superfície da fratura e a distribuição e conexão das famílias de fraturas.

2.5 CRITÉRIOS DE RUPTURA

A resistência dos maciços rochosos é função das propriedades da rocha intacta e das descontinuidades.

Conforme apresenta Assis (2003), para estimar a resistência das rochas intactas é possível recorrer a ensaios triaxiais ou cisalhamento direto, que podem apresentam algumas dificuldades, entre elas, a preparação dos corpos de prova e a robustez e os custo do equipamento utilizado. No caso das descontinuidades, os ensaios de cisalhamento podem ser realizados na própria descontinuidade, porém, o custo pode ser um fator de inviabilidade do ensaio. Entretanto, as dimensões e condições naturais do maciço rochoso não podem ser reproduzidas em laboratório, uma vez que uma amostra representativa pode ser muito grande, inviabilizando a execução de ensaios.

Dessa forma, para a obtenção de parâmetros geomecânicos podem ser utilizados critérios de ruptura. Goodman (1989) define critérios de ruptura, como equações que indicam o limite do estado de tensões de determinado maciço, através de relações correspondentes ao estado de ruptura do material.

Zingano (2002) destaca que um critério de ruptura deve satisfazer, de forma geral, as seguintes condições:

• Ter uma boa correlação com os resultados dos ensaios triaxiais realizados em laboratório;

• Ser expresso por uma formulação matemática simples;

• Oferecer a possibilidade de estimar a resistência do maciço rochoso e de rochas fraturadas.

De acordo com Vallejo (2002), os critérios de ruptura permitem avaliar a resistência dos maciços rochosos a partir dos esforços atuantes e das propriedades do maciço. Azevedo e Marques (2002) consideram que os principais mecanismos de ruptura de uma rocha são: ruptura por flexão, ruptura por cisalhamento, ruptura por tração e ruptura por compressão.

Ao longo dos anos foram propostos vários critérios de ruptura, entretanto, muitos têm aplicação limitada. A Tabela 2.16 apresenta os principais critérios e suas aplicações.

Tabela 2.16 - Principais critérios de ruptura e aplicações.

Material Rochoso Critério de Resistência Obtenção de parâmetros

Rocha intacta Mohr-Coulomb Direta (ensaios de cisalhamento

direto ou triaxiais) Hoek & Brown

Descontinuidade

Contato

parede/parede Barton & Choubey Semi-direta (ensaios simples) Parcialmente

preenchida Mohr-Coulomb

Indireta (parâmetros Jr e Ja da classificação de Barton et al., 1974) Preenchimento

dominante Mohr-Coulomb

Direta (ensaios de cisalhamento no material do preenchimento)

Maciço rochoso Mohr-Coulomb

Indireta (determinação de parâmetros através da classificação geomecânica GSI)

Hoek & Brown

Fonte: Assis (2003)