Descontinuidades em Maciços Rochosos: Estabilidade e Influência nas Propriedades Mecânicas

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Entender o que são descontinuidades em maciços rochosos Identificar os tipos de descontinuidades em maciços rochosos Reconhecer a influência das características das descontinuidades na re sistência das rochas Introdução A estabilidade e a deformabilidade dos maciços rochosos se relacionam em grande parte com a presença de descontinuidades nas rochas Essas descontinuidades em sua maioria fraturas discordâncias contatos litológicos e foliações metamórficas produzem um agregado descontínuo de blocos com formas irregulares graus variáveis de meteorização etc Além disso as alterações por processos magmá ticos intempéricos e metamórficos causam a redução da resistência mecânica Em diversos casos a resistência do maciço rochoso como um todo depende mais fortemente das descontinuidades presentes nele do que da resistência da massa rochosa que o compõe Neste capítulo você vai estudar as descontinuida des nos maciços rochosos conhecendo os vários tipos de descontinuidades que interceptam os maciços rochosos e a influência das características na resistência das rochas Descontinuidades em maciços rochosos Lanna Caroline Normando Descontinuidades em maciços rochosos Os maciços rochosos Figura 1 podem ser definidos como massas de rochas interrompidas por descontinuidades sendo constituídas por blocos discretos que possuem propriedades de rochas intactas FIORI 2015 Em outras pa lavras o maciço rochoso é um meio sólido descontínuo formado pela rocha intacta e descontinuidades que a cortam compreendendo a água e estado de tensões presente no local Figura 1 Maciço rochoso Fonte Ávila e Lana 2014 documento online Esses planos de fraquezas descontinuidades podem se apresentar nas mais diversas escalas desde centímetros até dezenas de metros AZEVEDO MARQUES 2002 Por isso os maciços rochosos são tipicamente mais hete rogêneos e anisotrópicos do que as rochas intactas e as descontinuidades presentes neles influenciarão diretamente na sua estabilidade e deformidade De maneira geral as descontinuidades mais comumente encontradas nos maciços rochosos são falhas juntas foliações metamórficas e contatos litoló gicos situações que geram alterações como formas geométricas irregulares zonas intemperizadas com graus diferentes propriedades físicas diferentes Descontinuidades em maciços rochosos 2 entre outras Assim as descontinuidades constituem o principal fator de controle de resistência mecânica e deformabilidade além da alteração por processos magmáticos intempéricos ou metamórficos FIORI 2015 A avaliação das propriedades geotécnicas dos maciços rochosos pressupõe o conhecimento das propriedades da rocha intacta bem como da ocorrência tipo extensão grau de alteração e posição espacial das descontinuidades Além disso fatores como mineralogia granulometria textura e material cimentante também afetam a resistência e deformabilidade Rochas ígneas por exemplo são mais resistentes que as sedimentares devido ao arranjo textural da rocha O intemperismo químico também afeta as propriedades geotécnicas das rochas em maior ou menor intensidade dependendo do tipo de rocha do clima e do tempo Por fim o movimento de água através das descontinuidades gera pressões hidrostáticas e neutras diminuindo a resistência mecânica do maciço Segundo Fiori 2015 as descontinuidades são planos de fraqueza presentes nas rochas ao longo dos quais o material rochoso é es truturalmente descontínuo e apresenta menor resistência ao cisalhamento em relação à rocha intacta São exemplos de descontinuidades falhas juntas foliações diques veios etc A influência da descontinuidade na resistência e deformabilidade dos maciços rochosos depende de fatores como natureza abertura espaçamento frequência orientação rugosidade extensão grau de alteração e presença de água nas descontinuidades CAPUTO CAPUTO 2017 Os maciços rochosos são tipicamente heterogêneos e anisotrópicos por causa dos diferentes tipos litológicos graus variáveis de alteração e descontinuidades Nos domínios estruturais são as descontinuidades que desempenham papel preponderante na definição das propriedades dos maciços Tipos de descontinuidades As descontinuidades nos maciços rochosos influenciam diretamente na es tabilidade de taludes e sua importância relativa irá depender da orientação em relação ao talude ou em relação a outras descontinuidades da resistência ao movimento ao longo das superfícies do espaçamento e da porosidade e permeabilidade da descontinuidade capacidade de conter ou de permitir o fluxo de fluidos em seu interior Descontinuidades em maciços rochosos 3 Planos de acamamento O principal exemplo ocorre na gênese das rochas sedimentares que se dá pela acumulação de estratos camadas Os planos que separam esses es tratos apresentam propriedades físicas distintas e podem ocorrer como interfaces entre diversos tipos litológicos como ritmitos Em geral os planos de acamamento Figura 2 são paralelos e concordantes uns com os outros à exceção dos casos de estratificação cruzada ou estruturas decorrentes de escorregamento Fundamentalmente apresentam grande persistência lateral Portanto as características e inclinações das camadas são os fatores mais importantes nos estudos de estabilidade das rochas Figura 2 Planos de acamamento Fonte RDLHPixabaycom Planos de juntas São estruturas planares geradas pela atuação ou alívio de tensões ao longo das quais não há praticamente movimentação Figura 3 Ocorrem geralmente em famílias sendo de grande importância na estabilidade de taludes As famílias são normalmente paralelas ou subparalelas a falhas locais e apre sentam relação genética com eles FIORI 2015 GROTZINGER JORDAN 2013 Descontinuidades em maciços rochosos 4 Figura 3 Juntas Fonte Félix 2017 documento online Planos de falha São estruturas penetrativas caracterizadas por deslocamentos variando desde a escala microscópica a centenas de quilômetros Nas zonas de falha não há apenas um plano de deslocamento mas uma série deles dispostos em uma faixa ou zona alongada porém estreitas escala métrica constituídas por material esmagado cominuído Os planos de falha servem de conduto para percolação de águas meteóricas que por sua vez facilitam a alteração intempérica da rocha No contexto dos planos de falha podemos citar duas estruturas os planos de cisalhamento e as fendas de tração Os planos de cisalhamento resultam de movimentos das rochas ou solos recentes ou antigos e podem afetar a estabilidade de taludes especialmente se forem sobrecarregados ou afetados por atividades como cortes de estradas ou atividades de mineração Já as fendas de tração são feições recentes encontradas na parte superior dos taludes e indicam precariedade nas suas condições de estabilidade Descontinuidades em maciços rochosos 5 Foliação metamórfica Consiste num tipo de estrutura das rochas metamórficas relacionada com o tipo e arranjo geométrico dos minerais constituintes em função do fácies metamórficas Os tipos mais comuns de foliação metamórfica são a xistosi dade a clivagem ardosiana e o bandamento gnáissico FIORI 2015 A foliação metamórfica constitui planos ao longo dos quais a partição da rocha é facili tada Por exemplo em geral a xistosidade e a clivagem ardosiana são planos de mais fácil separação ao contrário do que ocorre na estrutura gnáissica e bandamento metamórfico GROTZINGER JORDAN 2013 Os planos de foliação Figura 4 se desenvolvem em maciços rochosos cortados por falhas ou zonas de cisalhamento gerando descontinuidades planas e contínuas cujo estudo é essencial na estabilidade de taludes Figura 4 Foliação metamórfica Fonte flyupmikePixabaycom Discordâncias Consistem em superfícies que separam unidades estratigráficas de idades significativamente diferentes e que representam um grande período de não deposição ou de erosão das camadas abaixo e acima desta superfície de discordância São particularmente significantes no contato entre o material sobrejacente e o subjacente especialmente no que diz respeito à ocorrência de processos erosivos ou inclinação de camadas Descontinuidades em maciços rochosos 6 As discordâncias Figura 5 são caracterizadas por estruturas que se dis tribuem por grandes áreas por vezes com rápidas mudanças de inclinação e sua superfície está geralmente associada a mudanças nas propriedades geotécnicas As discordâncias podem ser paralelas angulares ou inconformes quanto à estrutura das rochas acima e abaixo da superfície de discordância e a superfície de discordância pode ser irregular plana ou paralela aos estratos Figura 5 Discordâncias Fonte Fonseca 2012 documento online Contato de litologias O contato entre litologias forma um plano de fraqueza que facilita a movi mentação entre os blocos de rocha especialmente se as rochas em contato possuírem características reológicas contrastantes que afetam a competência do maciço rochoso Um exemplo é o contato entre rochas ígneas e sedimen tares pois as intrusões magmáticas podem cortar o acamamento sedimentar formando diques eou batólitos ou se dispor paralela ou subparalelamente ao acamamento como observado em sills ígneos Descontinuidades em maciços rochosos 7 Por vezes as rochas encaixantes sofrem metamorfismo de contato junto às margens afetando a resistência mecânica e produzindo paragêneses minerais menos resistentes ao intemperismo Outro processo geológico comum ao longo dos contatos de intrusões com as rochas encaixantes é a interação com fluidos hidrotermais ao longo dos planos de fraqueza gerando minerais hidrotermais Essas zonas com minerais hidrotermais tendem a ser facilmente intemperizadas o que afeta a estabilidade do próprio maciço rochoso FIORI 2015 Influência das características das descontinuidades na resistência das rochas As principais características das descontinuidades são orientação espacial espaçamento extensão rugosidade abertura e preenchimento resistência das paredes percolação e alteração de maciços rochosos como você verá nos itens a seguir Orientação espacial É expressa em termos de sua direção e mergulho Sua importância na re sistência de maciços se evidencia no deslizamento de blocos de rocha ao longo de uma ou mais descontinuidades Escorregamentos com pequenos movimentos de massa ocorrem com certa frequência em cortes de estradas e minas a céu aberto Alguns aspectos são importantes na influência da orientação das juntas na estabilidade das rochas a saber a se as juntas ou suas intersecções afloram na vertente a um ângulo igual ou menor que a inclinação da vertente ou talude b se o ângulo de inclinação das juntas ou caimento das intersecções de juntas excede o ângulo de atrito ao longo das superfícies A anisotropia e a resistência são fatores influenciados pelo grau de orien tação das juntas dentro do maciço rochoso Juntas orientadas de maneira irregular propiciam um grau maior de interligação entre os blocos e menor anisotropia mecânica em relação a juntas espaçadas regularmente Assim a regularidade de orientação e a anisotropia estão diretamente relacionadas CAPUTO CAPUTO 2017 FIORI 2015 Descontinuidades em maciços rochosos 8 Rugosidade da superfície da descontinuidade É uma característica muito importante para definir a resistência ao cisalha mento embora sua relevância seja menor conforme aumentam a abertura da descontinuidade e a espessura do material de preenchimento A influência das irregularidades nas superfícies de cisalhamento é melhor entendida pelo esquema representado na Figura 6 Figura 6 Influência das irregularidades nas superfícies de cisalhamento σ tensão normal τ tensão cisalhante σi decomposição de σ na direção i τi decomposição de τ na direção i Fonte Fiori 2015 p 375 Em um corpo de prova contendo dentes sujeito a cisalhamento o des locamento só ocorrerá se houver o rompimento desses dentes ou se houver um deslocamento da parte superior do corpo de prova em relação à parte inferior ao longo dos planos dos dentes No primeiro caso a movimentação inicial não será paralela ao plano de falha mas se efetuará ao longo de um plano com inclinação i em relação ao plano de ruptura correspondente à inclinação dos dentes Portanto as tensões normais σ e cisalhantes τ podem ser expressas conforme a seguir FIORI 2015 Equação 4 Equação 5 Descontinuidades em maciços rochosos 11 Abertura e preenchimento das juntas A abertura das juntas é expressa em termos da distância média de afas tamento entre blocos adjacentes ou o espaço entre as paredes das juntas Quando há abertura pode haver percolação de água alteração das paredes e preenchimento com grande influência na resistência ao cisalhamento Se o espaço é suficientemente estreito e permite que as asperidades se toquem em pontos de contato entre rochas e sem a interveniência de materiais de preenchimento a resistência de pico da junta será influenciada pela resistência da rocha e pelo grau de rugosidade da junta Por outro lado se a separação é grande o suficiente e a espessura dos materiais supera a altura das projeções ou dentes do material rochoso de maneira que não haja contato entre as rochas a resistência ao cisalhamento da descontinuidade é controlada unicamente pelas propriedades do material de preenchimento seja em termos de ângulo de atrito seja em termos de coesão Evidências de deslocamentos Um aspecto importante a ser observado em uma descontinuidade preenchida é se há ou não evidências de deslocamentos afetando o próprio preenchimento como presença de estrias de atrito deslocamentos de juntas transversais etc Se ocorreram deslocamentos anteriores através de camadas menos resistentes ou zonas potencialmente mais fracas da descontinuidade preenchida isto é através de preenchimentos ou lentes de argila evidenciados pelas estrias de atrito e deslocamentos a razão de sobreadensamento da argila não será importante porque a descontinuidade terá sua resistência residual anulada Porém se não há evidência de deslocamentos anteriores através dessas camadas fracas a razão de sobreadensamento será importante pois o pico da resistência ao cisalhamento drenado da argila intacta será muito maior que a resistência residual Resistência do preenchimento ao cisalhamento O material de preenchimento especialmente a fração mais fina mais frágil pode ser testado em ensaios manuais A resistência ao cisalhamento não drenada dos solos Quadro 1 é a metade da resistência obtida na compressão uniaxial Descontinuidades em maciços rochosos 12 Quadro 1 Classificação da resistência ao cisalhamento não direcionada dos solos aplicada para o material de preenchimento argilas Classificação Descrição Identificação de campo Valor aproximado de resistência à com pressão uniaxial Mpa S1 Argila muito mole Facilmente penetrável em algumas polegadas com o pulso 0025 S2 Argila mole Facilmente penetrável em algumas polegadas com o dedo polegar 0025 005 S3 Argila firme Pode ser penetrável em algumas polegadas com o dedo polegar com esforço moderado 005 010 S4 Argila rígida Facilmente amolgada com o dedo polegar porém penetrável somente com grande esforço 010 025 S5 Argila muito rígida Facilmente recortada com a unha 025 050 S6 Argila dura Recortada com dificul dade com a unha 050 Fonte Adaptado de Fiori 2015 Resistência das paredes ao cisalhamento Para uma dada tensão normal σn mantida constante a tensão cisalhante mobilizada ao longo de uma superfície rugosa apresenta um pico causado pela asperidade no início do movimento diferencial entre os blocos Descontinuidades em maciços rochosos 13 Arranjos geométricos e interseções de descontinuidades A interseção e a orientação espacial de diferen tes sistemas de descontinui dades principalmente juntas determinam a formação de blocos rochosos sendo esta a estrutura elementar dos maciços e potencialmente da queda de blocos A orientação dos sistemas de descontinuidades em relação à geometria da superfície de corte de um talude por exemplo pode indicar se os blocos são instáveis ou não A presença de estruturas penetrativas ou seja estruturas que se repetem de maneira persistente no interior do maciço como a estratificação reliquiar ou foliações metamórficas pode servir como refe rência para determinar a orientação de outras descontinuidades planares Análise de estabilidade de encostas Muitos blocos em taludes escavados em rocha se encontram em condições estáveis mesmo con tendo planos de fraqueza beminclinados Nor malmente isso ocorre porque as condições locais de atrito na base dos blocos são altas ou não há liberdade de movimento ao longo das superfícies de fraqueza que os delimitam Tais fatores impe dem a movimentação Entretanto uma vez retirado o impedimento por erosão escavação ou crescimento de fraturas maiores o bloco ficará livre e deslizará A análise de estabilidade de blocos tem por base as atitudes dos planos de fraqueza em relação à ati tude da vertente ou do talude considerando se o ângulo de atrito atuante ao longo desses planos Identificar modelos potenciais de escorregamento é de grande importância para a análise de estabilidade e posterior tratamento de taludes Neste capítulo você estudou sobre o conceito de descontinuidades os tipos e características destas estruturas e como elas influenciam na esta bilidade e resistência mecânica dos maciços rochosos Esse conhecimento associado ao estudo das propriedades físicas e mecânicas das rochas e a análise das tensões naturais e induzidas é de grande importância para o profissional da mineração pois permite mais eficácia e segurança na con dução das atividades Descontinuidades em maciços rochosos 14 Referências ÁVILA C R de LANA M S Comportamento geotécnico e classificação geomecânica de maciços rochosos em taludes na região de Belo Horizonte RBGEA v 3 p 2129 2014 Disponível em httpswwwabgeorgbrdownloadsrevistasArtigoComporta mentoGeotecnicopdf Acesso em 14 dez 2020 AZEVEDO I C D MARQUES E A G Introdução à mecânica das rochas Viçosa UFV 2002 Cadernos Didáticos n 85 CAPUTO H P CAPUTO A N Mecânica dos solos e suas aplicações mecânica das rochas fundações e obras de terra 7 ed Rio de Janeiro LTC 2017 v 2 FÉLIX F Ilustrando o conceito de falha Porto Casa das Ciências 2017 Disponível em httpswwwcasadascienciasorgimagem8532 Acesso em 14 dez 2020 FIORI A P Fundamentos de mecânica dos solos e das rochas aplicações na estabilidade de taludes 3 ed São Paulo Oficina de Textos 2015 FONSECA P E T F da Discordância do telheiro Porto Casa das Ciências 2012 Dispo nível em httpswwwcasadascienciasorgimagem6448 Acesso em 14 dez 2020 GROTZINGER J JORDAN T Para entender a Terra 6 ed Porto Alegre Bookman 2013 Leituras recomendadas BRAJA D SOBHAN K Fundamentos de engenharia geotécnica 3 ed São Paulo Cengage Learning 2014 FERNANDES M M Mecânica dos solos São Paulo Oficina de Textos 2016 v 1 FIORI A P WANDRESEN R Tensões e deformações em geologia São Paulo Oficina de Textos 2014 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material No entanto a rede é extremamente dinâmica suas 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