Ruptura planar

Wyllie & Mah (2004) propõem alguns critérios (Figura 4.4) para a ocorrência deste tipo de ruptura, são eles:

i) O mergulho do plano de escorregamento deve ser inferior ao ângulo de inclinação da face do talude (ψp<ψf);

ii) O mergulho do plano de escorregamento deve ser maior que o ângulo de atrito deste plano (ψp>ϕ);

iii) O mergulho do plano de escorregamento não deve variar em cerca de 20°, em relação à direção da face do talude;

iv) A extremidade superior da superfície de escorregamento deve interceptar o plano de topo do talude ou terminar em uma fenda de tração;

v) As superfícies de alívio lateral do maciço rochoso devem apresentar baixa resistência ou o plano de escorregamento deve passar pela porção convexa do talude (Figura 4.5).

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37 4.4.4 Ruptura em cunha

Wyllie & Mah (2004), propõem as seguintes condições para ocorrência desse modelo de ruptura (figura 4.6):

i) Existência de dois planos com direções opostas e que devem, necessariamente, se interceptar;

ii) A linha proveniente da interseção dos dois planos (representada no estereograma por um ponto) deve ter ângulo de mergulho menor que a inclinação da face do talude e ser maior que o ângulo de atrito médio dos dois planos de descontinuidades (ψfi> ψi> ϕ);

Figura 4.4 - Critérios para ocorrência de ruptura planar. A) Seção transversal com foco nos planos que formam a falha; B) Superfícies e extremidades do plano; C) Espessura do plano. Modificado de Wyllie & Mah (2004).

Figura 4.5 - Esquema representativo da ruptura planar através das suas estruturas planares. Parizzi et al.

(2010)

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iii) A linha de mergulho deve mergulhar para fora da face para que o escorregamento possa ocorrer. A orientação da linha é definida pelo ângulo (αi) e sua inclinação por (ψi).

4.4.5 Ruptura por tombamento

Segundo Wyllie & Mah (2004) a ruptura por tombamento envolve a rotação de colunas ou blocos de rochas sobre uma base fixa. Goodman e Bray (1976) descrevem três tipos de ruptura por tombamento:

tombamento flexural, tombamento por blocos e tombamento bloco-flexural (figura 4.7).

Figura 4.6- Ruptura em cunha A) Geometria da ruptura em cunha; B) Projeção dos planos no estereograma; C) Ângulos relacionados ao movimento. Modificado de Wyllie & Mah (2004).

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39 A) Tombamento flexural

De acordo com Dilascio (2004), o tombamento flexural ocorre com maior frequência em taludes que foram escavados em litologias como sedimentares estratificadas e metamórficas foliadas.

Ainda de acordo com este autor, algumas condições da geometria também se fazem necessárias à ocorrência deste movimento, tais como: a direção da foliação ou estratificação deve ser praticamente paralela à direção do talude e ter mergulho em sentido oposto a este. Outros litotipos também são passíveis de ocorrência de tombamento flexural, mas é necessário que haja pelo menos uma família de descontinuidade que obedeça às condições de geometria citadas anteriormente (Figura 4.7-a).

Goodman & Bray (1976) propõem uma condição matemática para a ocorrência do tombamento flexural nas descontinuidades que possuem mergulho em direção oposta à do talude, a saber:

Figura 4.7 - Tipos de ruptura por tombamento. A) Tombamento flexural, B) Tombamento de blocos, C) Tombamento bloco-flexural. Modificado de Goodman & Bray (1976).

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(90 – β) + θ < β’, em que β é o ângulo de mergulho do talude, β’ é o ângulo de mergulho da descontinuidade que possui direção distante do talude de até 10º e θ é o ângulo de atrito.

B) Tombamento de blocos

Benko (1997) caracteriza este modelo de ruptura como uma geometria em forma de escadarias que é constituída por juntas ortogonais que se situam na posição primária das trincas (Figura 4.7 b).

Piteau e Martín (1982) mencionam que as colunas de rochas são divididas por juntas e estas em função de sua geometria e condições mecânicas podem sofrer tombamento de blocos.

Hudson & Harrison (1997) propõe dois critérios para este modelo de ruptura. O primeiro deles refere-se à existência de dois planos de descontinuidade cuja interseção tenha mergulho contrário ao mergulho do talude. E o segundo que trata da base do bloco, segundo o qual ocorre um plano de descontinuidade, o que permite a formação do bloco susceptível ao tombamento.

Wyllie & Mah (2004) descrevem algumas condições cinemáticas (figura 4.8) para a ocorrência desta forma de ruptura,

i) A força peso deve estar fora do centro de gravidade do bloco, atendendo a condição:

∆x/y < tan ψp;

ii) Existência de duas descontinuidades que se cruzam, sendo uma a favor da inclinação da vertente e a outra contra;

iii) A descontinuidade que possui mergulho contra a vertente deve possuir ângulo de mergulho maior que 90- ϕp

,

^{em que ϕp} é o ângulo de atrito;

iv) A descontinuidade que possui mergulho a favor da vertente deve possuir ângulo de mergulho menor que o ângulo de atrito interno;

v) A direção de mergulho dessas duas descontinuidades identificadas devem se situar dentro da condição de 20º do rumo de mergulho da face da vertente;

vi) O ângulo de mergulho do plano da base do bloco deve ser menor que o ângulo de atrito, ou seja, ψp < ϕp.

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41 C) Tombamento bloco-flexural

Este tipo de movimento trata-se de uma combinação entre tombamento e escorregamento de blocos (Wong et al. 2005), e ocorre como resultado do deslocamento de juntas transversais (Figura 4.7- c). Segundo Hoek & Bray (1981) este modelo é um resultante intermediário entre os campos de deslocamentos contínuos do tombamento flexural e descontínuo do tombamento de blocos.

4.5 MÉTODO AUXILIAR 4.5.1 Geoprocessamento

O geoprocessamento é uma ferramenta muito utilizada em interpretações e análises, principalmente para identificar descontinuidades, padrões de drenagem, feições geológicas, dentre outras (Feitosa et al. 2008).

4.5.2 Mapa de lineamentos

Para obtenção deste modelo de mapa podem ser traçados lineamentos morfoestruturais que correspondente à feições de grande porte que compõem a estrutura do relevo, como drenagens,

Figura 4.8 - Condições cinemáticas do tombamento por blocos . A) Altura e largura do bloco para tombamento B) Direções de tensão e deslizamento C) Condições para deslizamento D) Projeção estereográfica. Fonte: Wyllie & Mah (2004)

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fraturas, cristas e vales, utilizando-se imagens sombreadas do relevo e o modelo digital de elevação (MDE) que pode ser obtido através da plataforma Alaska: https://search.asf.alaska.edu. O MDE trata-se de um modelo gerado através do satélite Alos com o trata-sensor Palsar e apretrata-senta resolução espacial de 12,5 metros. Esse modelo representa as altitudes das superfícies topográficas associada a elementos geográficos existentes sobre ela, como coberturas vegetais.

Os lineamentos morfoestruturais podem ser traçados manualmente, utilizando-se o MDE juntamente com a imagem de relevo sombreada, com o uso das ferramentas Hillshade do ArcTollbox.

Para melhor interpretação dos dados, é possível gerar a densidade desses lineamentos, utilizando-se a ferramenta Kernel Density do ArcGIS 10.2 e, para obtenção dos azimutes desses lineamentos pode-se utilizar ferramenta AzimuthFinder, como é proposto por Queiroz et al. (2014). Por fim, as estruturas são interpretadas através do software OpenStereo com a geração do diagrama de rosetas.

4.5.3 Mapa de declividade

A declividade de um terreno em relação ao plano horizontal pode ser representada através do mapa de declividade (INPE), o resultado deste tipo de mapa é representado em graus (0° a 90°) ou em porcentagem e tem como objetivo avaliar a influência da topografia sobre as feições erosivas. Para geração deste modelo de mapa, pode-se utilizar dados do Alos Palsar, obtidos através da plataforma Alaska, como consta no tópico 4.5.1 e, estes dados são então tratadas no software ArcGIS 10.2 com uso das ferramentas Slope e Reclassify.

CAPÍTULO 5 5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 LEVANTAMENTO DE DADOS DE CAMPO 5.1.1 Caracterização das voçorocas de estudo

Foi realizado o mapeamento geológico-geotécnico da área, a fim de identificar e caracterizar as principais feições estruturais, litologia e grau de alteração do afloramento. Foram analisadas duas principais voçorocas para compor este estudo, que aqui serão denominadas de voçoroca I e voçoroca II, que possuem área de aproximadamente 9.000 m² e 33.000 m², respectivamente.

A voçoroca I apresenta formato dendrítico com três eixos principais vistos em campo, de orientação principal NW/SE, E-W e NE/SW, enquanto a voçoroca II apresenta formato bulbiforme com orientação preferencial, aproximadamente E-W (figura 5.1), o distanciamento entre as duas feições é de cerca de 5 metros. Possivelmente, as voçorocas I e II poderão se unir através do segmento E-W à medida que os processos erosivos forem se agravando, formando uma estrutura única. Ambas as voçorocas foram divididas em setores para melhor detalhamento das estruturas. A figura 5.2 mostra alguns detalhes dessas voçorocas.

Figura 5.1- Representação das voçorocas de estudo: voçoroca I (VI) e voçoroca II (VII). Imagem extraída do Google Earth Pro.

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44 5.1.2 Discriminação dos tipos de erosão

É possível identificar as principais fases do processo erosivo que culminaram na formação das voçorocas do presente estudo. A primeira delas é a erosão laminar, marcada pelo destacamento e carreamento de grãos, evento observado através das partículas soltas na superfície do talude, bem como acumuladas nas porções mais baixas da voçoroca, onde ocorreu o transporte desses grãos. É notório também o intemperismo em vastas áreas, bem como a remoção de coberturas superficiais do solo.

A erosão em sulcos, figura 5.3-A, é observada através de linhas e cortes que representam o caminho preferencial, pelo qual a água da chuva percorre. Essa concentração de água proveniente do escoamento superficial gerou incisões que atingiram as camadas mais superficiais do solo. Estes sulcos se fazem presentes em toda a área estudada.

A erosão em ravina, figura 5.3-B, é perceptível nas porções mais superiores da área estudada e é marcada pelo aprofundamento dos sulcos e queda nas laterais das paredes. Quanto à dimensão dessas formas erosivas, estas variam de 1 a 3 metros de comprimento e de 0,45 a 2 metros de largura.

Figura 5.2 - Voçorocas de estudo. À esquerda: voçoroca I e a direita: voçoroca II.

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45 5.1.3 Classificação litológica

A principal litologia identificada nas voçorocas foi o filito, pertencente à formação Cercadinho, do Supergrupo Minas. Esta rocha é composta basicamente por quartzo, sericita e argilominerais, em algumas porções ocorre a presença de hematita, a granulação predominante é fina, variando a média em algumas porções, a coloração varia de cinza prateado a amarelado, esta segunda cor ocorre principalmente em função do intemperismo. O filito apresenta-se alterado, na maior parte dos maciços e com intenso fraturamento, porém suas estruturas características, como a foliação ainda se conservam e nas zonas muito alteradas as estruturas reliquiares se fazem presentes. Observa-se também, em grande parte das voçorocas, que o maciço de filito é friável, de acordo com uma análise preliminar de campo. (Figura 5.4)

Figura 5.3 - Identificação de formas erosivas. Figura A) erosão em sulcos, B) erosão em ravina.

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Figura 5.4 - Identificação do filito, litologia predominante nas voçorocas.

5.1.4 Caracterização das descontinuidades

Nos maciços analisados nos quais o filito encontra-se em processo de intemperismo e formação de solo, a descontinuidade principal é do tipo fratura e essas foram agrupadas em famílias de acordo com suas atitudes.

As fraturas apresentam-se de inclinadas a subverticais (figura 5.5), sendo principalmente do tipo extensional, em que o deslocamento ocorre perpendicular à fratura. Estão sob processo de intemperismo, com grande parte do material rochoso em estágio de desagregação.

Utilizando-se de avaliação da média entre as famílias de fraturas analisadas, obteve-se que o espaçamento entre as descontinuidades varia em cerca de de 6 a 20 cm, o grau de fraturamento pode ser classificado como muito fraturado, apresentando em média de de 11 a 20 fraturas por metro, a persistência varia de baixa (1 a 3 m) a média (3 a 10 m), esta última classe de ocorrência principalmente onde foliação encontra-se presente. As fraturas apresentam-se majoritariamente fechadas, porém em algumas porções ocorrem aberturas pequenas entre 1 e 5 mm. O preenchimento das fraturas é pouco visível dada a condição da abertura ser do tipo fechada, porém onde esta é visível, nota-se que o preenchimento se dá por minerais intempéricos, provenientes da alteração da rocha fonte, o filito.

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A

B

Figura 5.5 - Representação das famílias de fraturas. A) Maciço da voçoroca I, com as famílias de fraturas: F1, F2, F3 e F4. B) Maciço voçoroca II, com as famílias de fraturas F1, F2 e F3.

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48 5.1.5 Discriminação de outras estruturas

Além das fraturas, ocorrem outras estruturas, tais como dobras, foliação e laminação. As dobras são elementos de ocorrência comum em filitos, dadas as características dessas rochas como a baixa resistência, o que as torna mais susceptíveis a esforços geradores de deformação. No afloramento foram identificadas algumas ocorrências pontuais, na figura 5.6-A, tem-se uma dobra aberta e na figura 5.6-B, uma dobra suave. A foliação (figura 5.6-C) pode ser observada tanto nos locais em que se encontram a rocha matriz, nos quais a foliação ocorre paralela ao plano de fratura principal, quanto em porções intemperizadas, onde estas ainda se encontram preservadas. O acamamento (figura 5.6-D) identificado é do tipo laminado com lâminas internas horizontais de espessuras menores que 1,0 cm, delimitando os sets.

Figura 5.6 - Estruturas presentes nos maciços. A e B) dobras; C) foliação e D) acamamento.

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49 5.2 CLASSIFICAÇÃO RMR

A classificação RMR obtida através dos dados de campo, consta na tabela 5.1. Os resultados encontrados estão de acordo com o esperado, dadas as características geomecânicas dos maciços e suas descontinuidades que foram observadas em campo. Pôde-se avaliar que os maciços apresentam baixa resistência mecânica, se fraturando facilmente quando submetido a golpes de martelo, além disso, esses maciços encontram-se sob elevado grau de alteração e intemperismo, com o filito já em processo de pedogênese. O intenso faturamento e pequeno espaçamento entre as descontinuidades constituem algumas das condições que contribuem para a classificação do RQD de ruim a muito ruim.

Quanto às condições das descontinuidades, estas variam de onduladas a rugosas, com aberturas pequenas, normalmente menores do que 3,0 mm e a persistência, como informado no tópico anterior, varia de baixa a média. De forma geral, a presença de água nos maciços era mínima em função do período de estiagem em que foram realizados os trabalhos de campo, portanto, as análises consideraram os maciços sob condições drenadas.

Tabela 5.1- Parâmetros e pontuações da classificação RMR

Setor Resistencia

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50 5.3 ANÁLISE CINEMÁTICA

Para realizar esta análise foi utilizado o software Stereonet 11. Dadas as condições geométricas das voçorocas de estudo, como as distintas orientações dos maciços, dado que as voçorocas não são de formato linear, foram analisados dois maciços principais para avaliar os modelos de ruptura, a escolha se deu com base nos maciços com características mais representativas, como maior número de fraturas e pior condição das descontinuidades.

5.3.1 Estimativa do ângulo de atrito

O ângulo de atrito considerado para este estudo foi estimado de acordo com o método proposto por Barton (2002), a partir do qual foram obtidos os valores que constam na tabela 5.2.

Considerou-se a média entre os ângulos de atrito encontrados, a partir dos quais se obteve como resultado o ângulo de 17,08º. Para a obtenção do ângulo de atrito com maior acurácia, recomenda-se a realização de ensaios laboratoriais, como o de cisalhamento direto.

Tabela 5.2- Estimativa do ângulo de atrito entre as descontinuidades, de acordo com Barton (2002).

5.3.2 Maciço Voçoroca I

Para as análises a seguir foram considerados: o talude, denominado de T1, de atitude N30E/65NW, quatro famílias de fraturas: F1, F2, F3 e F4, de atitudes N15W/86SW, N17E/56NW, N35E/64NW, N86E/75NW, respectivamente, e a foliação S1, N10W/56SW. A seguir encontram-se as análises feitas para os modelos de ruptura circular, planar, cunha, tombamento de blocos e tombamento flexural.

Ruptura circular: pode-se afirmar que a ruptura circular não ocorre no maciço analisado, pois o material que o compõe é uma rocha, que mesmo apresentando-se alterada ainda possui planos de ruptura bem definidos, o que não condiz com a ruptura circular, que é caracterizada por ocorrência de modo difuso, sem planos preferenciais.

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Ruptura planar: de acordo com as análises, esta ruptura pode ocorrer com as famílias de fraturas F2 e F3 (figura 5.7). Pela avaliação das demais fraturas e da foliação, interpreta-se a impossibilidade de ocorrer este tipo de ruptura.

Figura 5.7 - Estereograma representando a ruptura planar nas famílias de fraturas F2 (cor cinza) e F3 (cor azul escuro).

Ruptura em cunha: esta análise foi realizada considerando-se os parâmetros descritos por Wyllie & Mah (2004) e, também, o teste de Markland, extraído de HOEK & BRAY (1981), em que se considera que a área de instabilidade é aquela que se encontra entre o círculo de atrito e a face do talude. Contudo a probabilidade de ocorrência de ruptura em cunha aumenta quando o rumo de mergulho da descontinuidade se aproxima do rumo de mergulho do talude. De acordo com os dados analisados, a ruptura em cunha ocorre entre as famílias de fraturas F1-F2; F2-F4; F2-F3; F3-F4; e entre a foliação e famílias de fraturas S1-F2; S1-F3 e S1-F4, como mostra a figura 5.8-A. Para uma análise menos conservadora, pode-se considerar ainda a restrição do ângulo de 20º em relação à direção da face do talude, para este caso, as possibilidades de ruptura seriam entre F2-F4; F3-F4 e S1-F4 (figura 5.8-B).

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Ruptura por tombamento de blocos: os resultados dessa análise mostraram que esse modelo de ruptura não ocorreria entre os conjuntos de família de fraturas, nem entre fraturas e foliação. Tal resultado é esperado visto que a condição de que a descontinuidade que mergulha a favor do talude deve possuir ângulo menor que o ângulo de atrito não ocorre para nenhuma das descontinuidades.

Uma segunda análise, considerando-se os polos das famílias de fraturas, e a área de instabilidade delimitada pelo grande círculo e o círculo de atrito, corrobora este resultado para este modelo (Figura 5.9)

Figura 5.8 - Estereograma representando as possíveis rupturas em cunha no maciço da voçoroca I.

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Figura 5.9 - Estereograma com a análise da possibilidade de ruptura por tombamento de blocos no maciço da voçoroca I, com a representação das famílias de fraturas e seus respectivos polos.

Tombamento flexural: considerando-se o parâmetro indicado por Goodman & Bray (1976), nenhuma família de fratura ou foliação está sujeita a tal modelo de ruptura.

5.3.3 Maciço voçoroca II

O maciço da voçoroca II encontra-se em uma área mais elevada do terreno, porém com características muito semelhantes ao maciço da voçoroca I. Para as análises a seguir foram considerados o talude, denominado de T2, de atitude N20E/65NW e três famílias de fraturas: F1, F2 e F3, de atitudes respectivamente: S45E/64NE, N26E/44NW e N70E/67NW e ângulo de atrito também de 17º, dada a semelhança entre as características das descontinuidades.

Ruptura circular: mostrou-se improvável para o maciço rochoso associado a essa voçoroca, dada às condições de preservação de estruturas que favorecem a ocorrência de rupturas através de planos preferencias. Em campo também não foram identificados registros desse modelo de ruptura.

Ruptura planar: de acordo com os dados este modelo de ruptura ocorreria apenas com a família de fratura F2, como representado na figura 5.10.

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Figura 5.10 – Estereograma representando a ruptura planar em F2, no maciço da voçoroca II.

Ruptura em cunha: Os dados indicam que é provável ocorrer entre as famílias F1 e F2 e entre F2 e F3 (figura 5.11-A). Já para uma análise menos conservadora, considerando-se a área de instabilidade dentro da restrição do ângulo de 20º em relação à direção da face do talude, não há possibilidades de ruptura entre nenhuma das famílias de fraturas (Figura 5.11-B).

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Ruptura por tombamento de blocos: para esta análise foram consideradas as possibilidades de ocorrência entre as famílias de fraturas F1 e F2; F1 e F3; e, F2 e F3. Os resultados mostraram que esse modelo de ruptura não ocorreria em nenhum dos conjuntos de família citados. Uma segunda análise considerando-se os polos das famílias das fraturas corrobora este resultado (figura 5.12).

Figura 5.12 – Estereograma representando a análise da ruptura por tombamento de blocos para maciço da voçoroca II.

Figura 5.11 – Representação das possibilidades de ruptura em cunha no maciço da voçoroca II. A) análise considerando-se as condições convencionais e B) condição menos conservadora

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Tombamento flexural: de acordo com os parâmetros indicados por Goodman & Bray (1976), nenhuma família de fratura ou foliação está sujeita a tal modelo de ruptura.

5.4 ANÁLISE GEOMORFOLÓGICA

Para avaliação dos condicionantes geomorfológicos relacionados à formação e evolução das voçorocas, foram identificadas 58 feições erosivas ativas e inativas, através do Google Earth Pro, que

Para avaliação dos condicionantes geomorfológicos relacionados à formação e evolução das voçorocas, foram identificadas 58 feições erosivas ativas e inativas, através do Google Earth Pro, que

No documento TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO (páginas 56-0)