Classificação de Maciços Rochosos

Classificação de Maciços Rochosos

(Rock Mass Classification)

Introdução

Para que possamos ter um embasamento teórico bem fundamentado nos  cálculos de estabilidade de maciços subterrâneos, necessitamos de avaliar as condições rochosas através de algum estudo ou artifício.

Dentre as classificações disponíveis na literatura, usaremos os estudos de Barton e outros (1974) que define o valor denominado Q, Índice de Qualidade de Túneis (Tunnelling  Quality Index).

O índice Q, é calculado a partir de 6 parâmetros que podem ser definidos através de coleta de dados em furos de sonda e mapeamento em taludes, laterais e tetos de galerias de túneis e minas subterrâneas. Estes mapeamentos devem ser rotineiros, sempre que houver aberturas de novas frentes. É importante notar que a qualidade desses dados coletados, dependem de experiência, condições ambientais no local do trabalho, tais como temperatura, luminosidade, visibilidade, limpeza da superfície, instrumentos, etc.

Outro ponto importante é que, para alguns parâmetros, não existe um instrumento para avaliar o número, ou grau a ser utilizado. Como exemplo citamos a rugosidade, Jr, que pode ir de 0,5, o mais desfavorável, até 4,0 que é mais favorável à estabilidade. O valor a ser adotado depende única e exclusivamente da observação do profissional para avaliar a superfície em questão. Pessoas com pouca ou nenhuma experiência em levantamento geotécnico devem ser, invariavelmente, acompanhadas de pessoas experientes, internas ou externas. É também adequado, sempre que possível, retornar às medições iniciais para confirmar ou ajustar a avaliação definida.

No caso de Barton e outros (1974) o valor Q, é definido por seis parâmetros:

Onde:

Q - Índice de qualidade de Túnel, ou maciço (Tunnelling  Quality Index)
RQD - Designação da Qualidade da Rocha (Rock Quality Index)
Jn - Número de Definição de Juntas (Joint Set Number)
Jr - Número de Definição de Rugosidade (Roughness Set Number)
Jw - Número de Definição de Água (Joint Water Reduction Number)
SRF - Fator de Definição de Estresse (Stress Reduction Factor)

Proposição de Barton et al (1974)

 Os valores de Q variam de 0,001 a 1000.

RQD - Designação da Qualidade da Rocha (Rock Quality Designation)

É o índice de qualidade da rocha. Este parâmetro indica a porcentagem de rocha recuperada em pedaços de rocha intactos iguais ou maiores que 10 cm em um determinado trecho perfurado. RQD varia de 10  a 100 cm, que representam a porcentagem correspondente à recuperação, quando usado no cálculo de Q.

Obs: Quando RQD for menor que 10%, usar RQD = 10.

N.T.: O processo descrito acima é característico para furos de sondagem. Toma-se um comprimento, segundo sugerido pela literatura, 200 cm (2 m), e avaliado o comprimento somado dos pedaços iguais ou acima de 10 cm. A porcentagem dessa razão nos indica o RQD. Tem-se que tomar cuidado para identificar quebras mecânicas que acontecem na manobra de sondagem com as descontinuidades naturais.

Descrição geotécnica por furos de sondagem

Descrição geotécnica por mapeamento em galerias e túneis

Para mapeamento de galerias, o RQD pode ser calculado pelo número de famílias de descontinuidade de acordo com a demonstração abaixo:

O valor de RQD deve estar sempre entre 10% e 100%.

N.T.: No caso de mapeamento de galerias, uma das opções é marcar uma linha 200 cm e avaliar as descontinuidades contidas nessa levando-se em consideração as descontinuidades interceptadas  nessa linha em todo mapeamento. A altura dessa linha deve ser padrão e de forma estar a uma altura confortável para avaliação e leitura.

O posicionamento das seções devem ser definidos com antecedência pela equipe responsável e marcadas e identificadas em mapa e no campo. Para galerias de 4,00 m de largura, a escala de 1:500 vejo como adequada, pois terá 8 mm de espessura. É adequado, fazer um mapa de localização para orientação da área mapeada.

Jn -  Número de Definição de famílias de Juntas (Joint Set Number)

Jn é determinado pelo resultado do mapeamento de famílias de juntas no esteriograma e determinado grupo de contorno como mostrado a seguir. Note que a família de juntas deve ser bem desenvolvida como grupo. Por outro lado, deve ser considerado como uma junta aleatória. O valor de Jn varia de 0,5 (sem juntas) a 20 (rocha completamente fraturada)

N.T.: Para se considerar uma família de juntas, estas devem ser persistentes, paralelas e contínuas, independentemente das distâncias entre si. Caso as juntas sejam descontínuas e intermitentes devem ser consideradas como aleatórias.

RQD/Jn - É uma representação básica da "média" do tamanho dos blocos. Os valores limites (ou típicos) de RQD/Jn estão entre 0,5 e 200. Claramente este é um valor básico de índice do tamanho do bloco. Este valor pode, portanto, estimar uma comparação e pode ser usado para uma estimativa de espaçamento empírico de suporte para estabilidade de superfícies.

Jr - Número de Definição de Rugosidade da Superfície

Jr é determinado pela condição de rugosidade ou textura das superfícies principais, definindo sua escala, menor ou maior. Seu valor varia de 0,5 (desfavorável) a 4,0 (favorável).

Para se determinar esse valor precisamos comparar com a tabela abaixo

Ja - É o Número de Alteração da Junta

Ja descreve a condição de alteração e fricção das juntas críticas e os limites de 0,75 (favorável) a 20 (desfavorável).

Jr/Ja representa a integridade de tensão nas juntas da superfície. Isto favorece rugosidade, alterações de descontinuidades das juntas. Quando as rochas são suaves ou lisas (polidas por cisalhamento) e/ou se elas contêm baixo contato de fricçao ou enchimento essas sãos condições favoráveis a estabilidade. Jr/Ja para famílias de juntas criticas devem ser usadas no cálculo de Q. Estas são as famílias de juntas (descontinuidades) que mais causam problemas baseados nos valores de Jr e Ja e também baseados na geometria das juntas. Juntas que fazem um ângulo suave, menor que 35º  com a superfície são mais as mais criticas, seguidos pelas juntas paralelas à superfície. Juntas perpendiculares à superfície da da parede (direção da galeria ou túnel) são as menos críticas.
Em casos onde o deslizamento por gravidade é dominando por descontinuidade, junta inclinadas, maior que 35º com a horizontal são críticas. Portanto, é requerido uma análise para determinar a família em condições críticas.

Jw - É o Fator de Redução da Água

Jw mede o efeito da fraqueza de alterações e os efeitos de pressão devido a pressão de água somente para os casos que seja persistente. Não considere fluxos para situações temporárias como perfuração, por exemplo. Jw varia de 1.0 para escavações secas a 0,05 para escavações com grande fluxo de água e pressão.

N.T. Muitas  vezer o que temos são superfícies úmidas que caem na classe de escavação seca. Em caso de água corrente, deve-se medir na época de situação de pico de fluxo devido considerar a pior estabilidade. No cálculo de estabilidade de aberturas subterrâneas esse fator é desconsiderado e considerado igual a 1,0 para determinação de N' que será usado no ábaco de avaliação. 


SRF - Fator de Redução de Estresse (Stress Reduction Factor)


SFR dimensiona o fraturamento da rocha devido ao excesso de estresse devido à escavação e ajustar o confinamento da estrutura dominante do maciço próximo à superfície (ou em um estágio posterior, o alívio de estresse devido ao desenvolvimento da mina). Influencia Q devido ao alto estresse que "in situ" que pode causar danos de compressão da rocha. O efeito de instabilidade para baixas condições de estresse é também considada. Caso a condição resultar em um alto valor de SRF, então teremos um baixo valor de Q.

Jw/SRF - É um fator complexo que representa o estado de estresse (ou tensões) no maciço rochoso, (como ocorre "in situ) como pode ser alterado pela presença de de água e aberturas de galerias em zonas de fraqueza estrutural.

SRF pode também ser usado para zonas de maior fraqueza onde sua presença é dominante pelo comportamento do maciço e causa instabilidade (perdas de estabilidade) quando escavadas. Use esses fatores (SRF; b) em vez de usar (SRF;a) quando estas zonas de fraqueza influenciam ou interceptam a escavações.

Notas Adicionais

• Para interseções críticas e acesso de rampa e galeria, use 2,0 a 3,0 x Jn para avaliação de Q.
• Quando não tiver testemunho de sondagem, veja como mapear em galerias de desenvolvimento ou túneis.
• Somente juntas bem orientadas e desenvolvidas podem ser consideradas como famílias.
• Famílias de foliação devem ser consideradas somente se tiverem um significado potencial. Em qualquer caso, esta famílias devem ser consideradas como aleatórias.
• Quando determinar Jn, filtrar (selecionar) as famílias de juntas que incluam somente as famílias de espaçamento com distância razoável da escavação proposta. Todas famílias de juntas não podem estar persentes em todos os locais. Delimitar as zonas de projeto baseados em passos convenientes de escavações (p. ex: para cada estope ou banco) ou baseado em mudanças estruturais e obter valores locais (localizados) de Q.
• A família de junta com um mínimo de Jr/Ja pode ser usada sem que a orientação seja favorável à estabilidade (perpendicular ao suporte ou contra-deslizamento). Neste caso, define-se como uma junta crítica. Jr/Ja  relata que a superfície esteja em situação de falha iminente ou inicial.
• Usar SRF;a se a rocha intacta domina a resposta ao estresse. Usar SRF;b se o maciço rochoso contem argila ou zona em grande escala de fraqueza esteja presente. Neste caso, a rocha intacta terá um pequeno papel na resposta ao estresse.

N.T. Jw e SRF são os dois fatores mais difíceis de se determinar na avaliação de Q, uma vez que é necessário determinar o fluxo de água para determinas Jw e  ensaios de laboratório ou até tensões virgens para se determinar o valor de SRF. Muitas vezes, são utilizados valores clássicos de bibliografia internacional ou algum ensaios feitos, onde podemos considerar como proximidade, por empresas  que se dispõem a contribuir com os resultados obtidos.
Para obtenção de N', ou Número de Estabilidade Modificado, o termo Jw/SRF é suprimido e compensado com os fatores A, B e C.

Hoek, E., Kaiser, P. K.,  Bawden, W.F. - Support of Underground Excavations in Hard Rock - Impressão 2000

Hutchinson, D. J., Diederichs, M. S. - Cablebolting in Underground Mines - Impressão 1996

Autor: Luciano Pena, Eng. de Minas
Tradução de ábacos - Luciano Pena
email: lucianopena.em@gmail.com