UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GUILHERME SILVEIRA BARZAN

Transcrição

1 UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC CURSO DE ENGENHARIA CIVIL GUILHERME SILVEIRA BARZAN MAPEAMENTO GEOLÓGICO E TECTÔNICO E CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DO MACIÇO ROCHOSO DA ÁREA DESTINADA PARA IMPLANTAÇÃO DO TÚNEL DA PCH RIO FORTUNA CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2009.

2 GUILHERME SILVEIRA BARZAN MAPEAMENTO GEOLÓGICO E TECTÔNICO E CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DO MACIÇO ROCHOSO DA ÁREA DESTINADA PARA IMPLANTAÇÃO DO TÚNEL DA PCH RIO FORTUNA Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para obtenção do grau de Engenheiro Civil no Curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC. Orientador: Prof. MSc. Clóvis Norberto Savi CRICIÚMA, NOVEMBRO DE 2009.

3 GUILHERME SILVEIRA BARZAN MAPEAMENTO GEOLÓGICO E TECTÔNICO E CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DO MACIÇO ROCHOSO DA ÁREA DESTINADA PARA IMPLANTAÇÃO DO TÚNEL DA PCH RIO FORTUNA Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado a Banca Examinadora para obtenção do grau de Engenheiro Civil, no Curso de Engenharia Civil da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC, com linha de Pesquisa em Geológica-geotécnica. Criciúma, 30 de Novembro de BANCA EXAMINADORA Prof. Clóvis Norberto Savi Mestre (UNESC) Orientador Prof. Adailton Antônio dos Santos Mestre (UNESC) Profª. Yasmine de Moura da Cunha Mestre (UNESC)

4 2 Dedico esse trabalho aos meus pais, Jander e Carmem, a minha irmã Nathália, pelo incentivo e por não medirem esforços para que essa nova etapa da minha vida se realizasse. A minha namorada, Taize, pelo apoio, incentivo e por entender os motivos pelo qual estive ausente em certos momentos.

5 3 AGRADECIMENTOS Primeiramente, a DEUS. Aos meus pais, minha irmã e minha namorada, pelo apoio a esse novo desafio. Ao orientador Clóvis Norberto Savi, pelo incentivo dedicado, pela orientação, pelo compartilhamento de suas experiências, pela cobrança e pela disponibilidade de ajuda sempre que solicitado. As empresas Pedra Branca Escavações LTDA, e a Geradora de Energia Rio Fortuna S/A por terem aberto as portas da empresa, onde obtive total acesso ao túnel, inclusive fornecendo materiais. Aos meus Avós, pelo incentivo e o desejo de ver esse sonho ser realizado. Aos meus familiares, amigos e colegas, que por algum motivo especial fazem parte da minha vida. Aos colegas e amigos da faculdade. Aos colegas de trabalho, pelos ensinamentos fornecidos ao longo dessa caminhada.

6 4 Santa Bárbara é a protetora dos que trabalham em túneis, porque foi em uma caverna que pediu ajuda a DEUS para que seu pai entendesse sua conversão ao cristianismo. Quando em túnel começa a ser construído, é colocada uma imagem da santa na sua entrada, sempre em lugar de destaque. Como o presente trabalho é sobre túneis, não é diferente.

7 5 RESUMO Neste trabalho foi realizado o mapeamento geológico e tectônico e a classificação do maciço rochoso do túnel de adução da PCH Rio Fortuna, localizado no município de Rio Fortuna, Santa Catarina. O levantamento constou de duas etapas sendo que na primeira efetuou-se o mapeamento geológico individualizando as unidades que caracterizam o percurso do túnel além de verificar a geologia definida pelos métodos de sondagem e geofísica. Na segunda etapa foi efetuado o levantamento tectônico, ao longo da parede oeste do túnel com verificação no teto e parede leste, do sistema de fraturamento predominante e as principais características de cada descontinuidade. A classificação geotécnica de maciços rochosos para túneis segundo Bieniawski (1976), são necessários cinco parâmetros característicos: resistência à compressão simples da rocha (MPa); índice RQD (Rock Quality Designation), relativo à qualidade da perfuração (%); espaçamento das fraturas (m); condições físicas e geométricas das fraturas e presença de água. Os dados geotectônicos obtidos in loco, permitiram classificar o maciço, mesmo sem contar com dois daqueles parâmetros, resistência à compressão simples da rocha e o índice RQD. A inexistência desses parâmetros, não impediu que fosse feita a classificação do maciço rochoso, considerando uma série de fraturas significativas do maciço e classificadas segundo método de Bieniaswki, constatando-se que mesmo sem esses parâmetros para uma classificação mais completa, o maciço se enquadrou na classe III, não necessitando de estruturas adicionais de estabilização, para uma obra em que a sua concepção é a transposição de água do barramento à casa de força da PCH Rio Fortuna. Palavras-chave: Classificação do Maciço Rochoso, Túnel de Adução, PCH Pequena Central Hidrelétrica.

8 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Relação entre vão livre e tempo de auto sustentação...24 Figura 2 Perfis de rugosidade...29 Figura 3 Técnica de sondagem elétrica vertical, arranjo schlumberger...36 Figura 4 Técnica de caminhamento elétrico, arranjo dipolo-dipolo...37 Figura 5 Sondagem Rotativa...39 Figura 6 Coroa de vídia com pastilhas retangulares...41 Figura 7 Coroa diamantada com saída de água lateral interna...41 Figura 8 Caixa de testemunhos de sondagem...42 Figura 9 Enfilagem tubular injetada...48 Figura 10 Concreto projetado via seca...50 Figura 11 Teor de umidade (h) x resistência (fc)...51 Figura 12 Localização do município de Rio Fortuna...53 Figura 13 Município de Rio Fortuna...54 Figura 14 Rota Tubarão Rio Fortuna...55 Figura 15 Rota Criciúma Rio Fortuna...56 Figura 16 Localização do túnel de adução na cidade de Rio Fortuna...57 Figura 17 Projeção do túnel de adução...58 Figura 18 Área da seção do túnel de adução...59 Figura 19 Seção do túnel de adução...59 Figura 20 Mapa geológico da região...61 Figura 21 Maciço rochoso do túnel...62 Figura 22 Perfil geológico do desemboque do túnel...63 Figura 23 Perfil geológico do emboque do túnel...64 Figura 24 Localização do caminhamento elétrico no emboque...65 Figura 25 Imagem elétrica do CE, cota 145m...66 Figura 26 Imagem elétrica do CE, cota 170m...67 Figura 27 Imagem elétrica do CE Figura 28 Imagem elétrica do CE Figura 29 Imagem elétrica do CE Figura 30 Imagem elétrica do CE Figura 31 Jumbo...73

9 7 Figura 32 Furação na rocha...74 Figura 33 Furação conforme plano de fogo...75 Figura 34 Brinel no respectivo furo, conforme plano de fogo...76 Figura 35 Colocação das bisnagas explosivas e o brinel nos furos...76 Figura 36 Conecção dos brinéis uns aos outros...77 Figura 37 Desmonte da rocha...78 Figura 38 Instalação da estação total...78 Figura 39 Marcação topográfica...79 Figura 40 Maciço de solo...80 Figura 41 Enfilagens...81 Figura 42 Perfuratriz...81 Figura 43 Perfuratriz furando para as enfilagens...82 Figura 44 Escavação da frente de avanço em solo...82 Figura 45 Instalação da cambota metálica...83 Figura 46 Armação interligando as cambotas...84 Figura 47 Fixação dos seguimentos da cambota metálica...84 Figura 48 Armação com telas metálicas entre as cambotas...85 Figura 49 Bomba do concreto projetado...86 Figura 50 Iniciando o concreto projetado...86 Figura 51 Mangote com o bico de injeção via seca...87 Figura 52 Projetando de forma correta...88 Figura 53 Limpeza da bomba do projetado...89 Figura 54 Perfil da fratura da seção Figura 55 Perfil das fraturas da seção Figura 56 Perfil das fraturas da seção Figura 57 Perfil das fraturas da seção Figura 58 Perfil da fratura da seção Figura 59 Perfil as fraturas da seção Figura 60 Perfil da fratura da seção Figura 61 Perfil das fraturas da seção Figura 62 Perfil das fraturas da seção Figura 63 Perfil da fratura da seção Figura 64 Perfil da fratura da seção Figura 65 Perfil das fraturas da seção

10 8 Figura 66 Perfil da fratura da seção Figura 67 Perfil da fratura da seção

11 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Disparidade na escolha de critério de classificação...21 Tabela 2 Classificação geotécnica de maciços rochosos para túneis...23 Tabela 3 Guia para escavação e suporte para túneis...25 Tabela 4 Espaçamento de descontinuidades...28 Tabela 5 Tipos de superficie e preenchimento de descontinuidade...30 Tabela 6 Exemplos de valores de resistividade elétrica de alguns minerais e rochas...35 Tabela 7 Diâmetros mais comuns de furos e testemunhos...40 Tabela 8 Medidas das caixas de testemunhos...42 Tabela 9 Qualidade do maciço rochoso pelo RQD...43 Tabela 10 Classificações do maciço...107

12 10 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABGE Associação Brasileira de Geologia e Engenharia PCH Pequena Central Hidrelétrica MW Mega Watts ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica cm centímetro m metros mm milímetro MPa Mega Pascal NATM - New Austrian Tunnelling Method RQD Rock Quality Designation UNESC Universidade do Extremo Sul Catarinense Ø Diâmetro SEV Sondagem Elétrica Vertical CE Caminhamento Elétrico Ohm Unidade de medida da Resistência Elétrica ANFO ammonium nitrate + fuel oil

13 11 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Tema Problema Justificativa Objetivos Objetivo geral Objetivos específicos FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Geologia: Geral, de Engenharia, de Túneis Pequena Cental Hidrelétrica Túnel de Adução Mapeamento Geotectônico Maciço rochoso Classificação do maciço rochoso Classificação geomecânica de Bieniawski (1976) Caracterização do maciço rochoso Caracterização litológica Caracterização das descontinuidades Espaçamento Rugosidade Preenchimento Caracterização de alteração Caracterização das condições de água subterrânea Caracterização da deformabilidade e de resistência Caracterização do estado de tensão Investigações geológicas Métodos de investigação indireto Investigações geofísicas Métodos geoelétricos Eletrorresistividade Métodos de investigação direto Investigações mecânicas...37

14 Sondagem rotativa New Austrian Tunneling Method - NATM Escavação em rocha Esquipamento de furação Carregamento de explosivos Emulsão encartuchada Anfos Acessórios de detonação Brinel Cordel detonante Escavação em solo Enfilagens Enfilagens injetadas tubular Cambotas metálicas Telas metálicas Concreto projetado Concreto projetado via seca METODOLOGIA DO TRABALHO APRESENTAÇÃO DOS DADOS Localização da área de estudo Ponto de referência Localização da obra em estudo Descrição do túnel de adução Geologia regional Geologia local Prospecções Sondagem rotativa Prospecção geofísica Mapeamento geológico Processo executivo de escavação Escavação em rocha Escavação em solo Classificação do maciço conforme Bieniawski (1976) Análise dos reusltados...107

15 13 5 CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXO...110

16 14 1 INTRODUÇÃO 1.1 Tema Mapeamento geológico e tectônico e classificação geomecânica do maciço rochoso para garantir a segurança e viabilizar técnica e economicamente a implantação da obra. 1.2 Problema A construção de grandes obras civis, como túneis, por exemplo, em maciços rochosos exige o conhecimento prévio das condições geológica e tectônica dos mesmos. Portanto é de fundamental importância identificar tais condições, caracterizando as diferentes unidades geológicas presentes na área, bem como o comportamento tectônico do maciço, quando submetidos a diferentes solicitações. É necessário que se faça a relação entre as características dos elementos geológicos e tectônicos, para entendimento dos problemas técnicos e das causas de acidentes ocorridos ou passíveis de ocorrer. O conhecimento detalhado das condições geológicas e tectônicas dos maciços rochosos interfere diretamente nos custos e na própria segurança do empreendimento. Com base no exposto acima, percebe-se a importância do levantamento de informações geológicas e tectônicas, para que sejam tomadas as decisões de caráter geral e para direcionar os estudos futuros, com o intuito de garantir a segurança e viabilizar técnica e economicamente a implantação de obras subterrâneas. 1.3 Justificativa O pouco conhecimento das condições geológicas, tectônicas e geotécnicas do local escolhido para a implantação do túnel da Pequena Central Hidrelétrica (PCH) Rio Fortuna, encaminhou um estudo detalhado com o intuito de levantar dados que venham dar suporte à interpretação e classificação do maciço rochoso.

17 15 Esta classificação será embasada na identificação de estruturas tectônicas tais como, falhas e fraturamento no maciço, que poderão provocar a redução da resistência do mesmo, exigindo a implantação de obras complementares de contenção do maciço. 1.4 Objetivos Objetivo geral Realizar o mapeamento geológico e tectônico para classificar o maciço rochoso da área destinada para implantação do túnel da PCH Rio Fortuna Objetivos específicos Definir as unidades litológicas encontradas ao longo do traçado do túnel. Definir o condicionamento tectônico do maciço ao longo do traçado do túnel. Identificar as zonas de intemperismo do maciço rochoso. Classificar o maciço com base na metodologia de Bieniawski.

18 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 Geologia: Geral, de Engenharia, de Túneis O termo Geologia vem do grego geo, que significa terra, e logos, palavra, pensamento, ciência, logo é a ciência que estuda a Terra. Segundo Popp (1998), a Geologia é a ciência da Terra, de seu arcabouço, de sua composição, de seus processos internos e externos e de sua evolução. O objetivo da Geologia Geral é o estudo dos agentes de formação e transformação das rochas, da composição e disposição das rochas na crosta terrestre. A geologia de Engenharia, ou Geologia aplicada à Engenharia, é o emprego dos conhecimentos geológicos para a solução de certos problemas de Engenharia Civil, principalmente nos setores de construção de ferrovias e rodovias, implantação de barragens, abertura de canais e túneis, projetos de fundação, obtenção de água subterrânea, etc. A Geologia de Engenharia apresenta interfaces como diversas especialidades de Engenharia Civil e Minas, não sendo fácil uma delimitação precisa. A experiência nos mostra que os projetos de Engenharia são bem sucedidos, em relação aos condicionamentos geológicos, quando há uma adequada integração entre geólogo e o engenheiro. Ou seja, o geólogo define quadro físico, o engenheiro concebe a obra e ambos ajustam à concepção e o projeto as condições do meio físico. (RUIZ E GUIDICINI, 1998 apud ABGE, 1998, p. 1) A Geologia de Engenharia tem uma estreita associação com dois outros campos das Ciências Técnicas, a Mecânica dos Solos e Mecânica das Rochas, junto as quais comumente reunidas sob a denominação Geotecnia e com as quais divide o acervo tecnológico básico, em nítido contexto, intercâmbio e colaboração mútua. A construção de obras subterrâneas tem adquirido uma importância no planejamento e gestão do espaço, tanto em áreas urbanas como no atravessamento de zonas montanhosas. Estas obras têm alcançado notável expansão nos últimos anos, prevendo-se que haverá no futuro incrementos ainda muito mais acentuadas, devido às funções cada vez mais importantes e diversificadas do ponto de vista da engenharia e meio ambiente, que tais obras virão a desempenhar. A Engenharia de Túneis recebeu parte do seu legado da Engenharia de Minas, área com vasta experiência do ambiente subterrâneo e que contribuiu

19 17 decisivamente para o lançamento e evolução desta técnica, sendo, ainda hoje, vários os métodos construtivos utilizados em túneis que tiveram o seu início em minas subterrâneas. Pelo que foi dito, é fácil de entender que a construção de um túnel envolve equipes multidisciplinares especializadas, onde a geologia e geotecnia têm uma intervenção preponderante em praticamente todas as etapas. 2.2 Pequena Central Hidrelétrica Pequena Central Hidrelétrica, ou abreviado simplesmente PCH, é toda usina hidrelétrica de pequeno porte cuja capacidade instalada seja inferior a 30 MW. Uma PCH típica normalmente opera a fio d'água, isto é, o reservatório não permite a regularização do fluxo d água. Com isso, em ocasiões de estiagem a vazão disponível pode ser menor que a capacidade das turbinas, causando ociosidade. Em outras situações, as vazões são maiores que a capacidade de engolimento das máquinas, permitindo a passagem da água pelo vertedor. Este tipo de hidrelétrica é utilizada principalmente em rios de pequeno e médio portes que possuam desníveis significativos durante seu percurso, gerando potência hidráulica suficiente para movimentar as turbinas. Segundo a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), a capacidade instalada das PCHs em 2007 no Brasil é cerca de MW Túnel de adução Quando a casa de força da PCH não é incorporada ao barramento, poderá ser cogitada a adução das vazões através de túnel. Essa opção, normalmente, será considerada nos seguintes casos: quando a topografia for desfavorável à adução em canal ou conduto de baixa pressão; quando a rocha no trecho a ser atravessado pelo túnel se mostrar de boa qualidade, de baixa permeabilidade e sem suspeita de ocorrência de materiais erodíveis ou solúveis;

20 18 quando houver suficiente cobertura de rocha ao longo da diretriz prevista para o túnel; quando houver solução econômica para a implantação de uma chaminé de equilíbrio (se esse dispositivo se mostrar necessário). O mais comum, nestes casos, é ter o túnel de baixa pressão, com pequena declividade e a chaminé de equilíbrio e o túnel de alta pressão ou conduto forçado a céu aberto até a casa de força. Normalmente, por interesses construtivos, a seção de escavação do túnel, a princípio, deve ser considerada como em arco-retângulo. No trecho onde se requer a sua blindagem o diâmetro final interno será circular. O túnel de adução deve ser projetado para resistir à pressão máxima interna decorrente das condições operacionais extremas da usina. O traçado do túnel deve representar, de preferência, a ligação mais curta entre a tomada d água e a casa de força e deve atender ao critério de cobertura mínima de rocha. 2.3 Mapeamento Geotectônico No mapeamento geológico levanta - se dados para elaboração de mapas que mostram a distribuição dos tipos de rochas e das estruturas geológicas como fraturas, falhas, dobras, posição das camadas, etc. Cada unidade geológica, tipo de rocha, existente numa determinada área, é individualizada por linhas cheias, denominadas linhas de contato geológico. Um mapa geológico pode ser construído ou a partir de uma base topográfica, na qual são colocados os dados geológicos, ou a partir de dados obtidos por fotografias aéreas. No Brasil, até o momento, existem mapas geológicos de caráter regional, o que obriga em certos projetos a elaboração, a curto prazo, de mapa geológico que permita a sua execução. Ex.: as barragens construídas ultimamente no país, o projeto do metrô de São Paulo, para os quais não havia mapas geológicos detalhados adequadamente.

21 19 A existência de um mapa geológico facilita enormemente um projeto de engenharia, uma vez que, por exemplo, para um traçado de uma rodovia, de um túnel ou de uma barragem, será possível antecipar certos problemas, por simples consulta ao mapa antes mesmo da ida dos geólogos e engenheiros ao campo. (CHIOSSI, 1975, p. 397) Segundo Maciel Filho (1997), as seções geológicas representam um corte teórico na crosta terrestre, num plano vertical, representando a distribuição das rochas neste plano. O mapa geológico é sempre acompanhado por uma coluna que apresenta a idade das formações geológicas na ordem crescente, de cima para baixo. O mapa geológico representa a distribuição das formações seccionadas pela superfície topográfica. Na sua interpretação, no entanto, deve se considerar que eles não apresentam o estado de alteração das rochas constituintes das formações nem tampouco a existência ou não de solos sobre elas. (MACIEL FILHO, 1997, p. 119). 2.4 Maciço rochoso As características que traduzem a qualidade dos meios rochosos, do ponto de vista de seu aproveitamento em Engenharia Civil, associam-se, fundamentalmente, à constituição litológica, ao estado de alteração, estado de coerência, e a distribuição espacial das descontinuidades. Um maciço rochoso, do ponto de vista do seu aproveitamento em engenharia é um conjunto de blocos de rocha, justapostos e articulados. O material que forma os blocos constitui a matriz do maciço rochoso, também denominada rocha intacta, e as superfícies que os limitam, as descontinuidades. (JUNIOR E OJIMA, 1998 apud ABGE, 1998, p. 211) Deve-se ter claro que um mesmo maciço rochoso pode reagir de maneira diferenciada, conforme as solicitações que lhe são impostas. Estas, por sua vez, dependem do tipo, das dimensões e particularidades da obra. Assim, para a previsão do comportamento do maciço, deve-se avaliar suas características em função da obra a ser implantada.

22 20 A natureza das características do maciço difere de local para local, função da história geológica da região considerada, é necessário evidenciar os atributos do meio rochoso que, isolada ou conjuntamente, condicionam o seu comportamento ante as solicitações impostas pela obra em questão. Tal procedimento denomina-se caracterização geológico - geotécnica ou geológico - geomecânica do maciço rochoso. A caracterização objetiva, portanto, a emergência das características de uma realidade para sua posterior classificação. (JUNIOR E OJIMA, 1998 apud ABGE, 1998, p ) Classificação do maciço rochoso A Classificação faz uma avaliação da qualidade do maciço, situando-o numa classe conforme a pertinência de determinadas características geotécnicas que permitem fazer previsões quanto ao comportamento do maciço, e fazer recomendações quanto ao suporte julgado mais adequado para as condições verificadas. A primeira classificação geotécnica voltada para a construção de túneis, foi elaborada por Terzaghi em Com o passar do tempo verificou-se um aumento progressivo no número de classificações existentes em decorrência dos avanços tecnológicos na construção de túneis. Entre as variadas classificações aplicáveis a túneis, podem citar-se como mais representativas, as dos seguintes autores: Terzaghi (1946), Rabcewicz (1957), Lauffer (1958), Ikeda (1970), AFTES (Association Française des Travaux en Souterrain) (1974), Pacher e Rabcewicz (1974), Wickham et al. (1974), Barton (1974), Rocha (1976) e Bieniawski (1976). A Tabela 1 demonstra a grande disparidade existente na escolha de critério de classificação.

23 21 Tabela 1 Disparidade na escolha de critério de classificação Classificações Critérios Terzaghi Rabcewicz Lauffer Ikeda Whickhan AFTES Natureza da rocha X X X Pacher Barton Rocha Bieniawski Estrutura do maciço X X X X X X Resistência à compressão simples X X X X Alteração X X X X X Orientação das fraturas X X Espaçamento das fraturas X X X X X X X X Condições das fraturas X X X X X Número de famílias de fraturas X X Condições de águas X X X X X X X X Tensão natural X X X X Expansão de materiais X X X Método construtivo X X X X RQD X X Velocidades de propagação de ondas X Índice de compressão pontual X Fonte: OJIMA, 1982, p. 84 A classificação geotécnica de maciços rochosos, para a construção de túneis, deve dividir o maciço num certo número de classes, de modo que o comportamento do maciço dentro de uma classe seja homogêneo em relação à escavação. Segundo Ojima (1982), o número de classes deve ser tal que todos os tipos possíveis de comportamento do maciço interessado pelo túnel estejam

24 22 representados na classificação. O comportamento do maciço em relação á escavação dependerá das características do maciço e do método construtivo utilizado. Portanto, uma classificação deverá ser elaborada a partir da escolha de características que condicionem o comportamento do maciço Classificação geomecânica de Bieniawski (1976). Classificação geomecânica utilizada na África do Sul e desenvolvida a partir de escavações subterrâneas mineiras. A avaliação da qualidade do maciço é feita mediante a atribuição de pesos a cada um dos 5 parâmetros, que são: Resistência à compressão simples da Rocha (MPa); Índice RQD (Rock Quality Designation), relativo à qualidade da Perfuração (%); Espaçamento das fraturas (m); Condições físicas e geométricas das fraturas; Presença de água. A Tabela 2, mostra a atribuição de pesos à cada um dos 5 parâmetros de avaliação da qualidade do maciço.

25 23 Tabela 2 Classificação geotécnica de maciços rochosos para túneis Índice de compressão 8 MPa 4-8 MPa 2-4 MPa 1-2 MPa Resistência pontual da rocha Resistência à intacta compressão 200 MPa MPa 25 MPa MPa simples MPa Utiliza ensaio de comp. simples MP MP a a Peso relativo R.Q.D. % Peso relativo Espaçamento das fraturas > 3m 1-3m 0,3-1m mm < 50 mm Peso relativo Condições das fraturas Superfícies Superfícies Superfícies Superfícies muito estriadas ou Preenchimento pouco pouco rugosas. preenchidas mole > 5 mm ou rugosas. rugosas. Não < 5 mm ou abertura > 5 Separação Separação contínuas. abertura 1-5 mm. < 1mm. < 1mm. Fechadas. mm. Fraturas Paredes Paredes Paredes Fraturas contínuas. duras moles duras. contínuas. Peso relativo Infiltração em Nenhuma < 25 l/min 10m de túnel l/min > 125 l/min Relação: Pressão de água na Água 0 0,0 0,2 0,2 0,5 0,5 fratura/tensão subterrânea principal máxima Água sob Condições Problemas Completamente seco Umidade pressão gerais graves de água moderada Peso relativo Fonte: OJIMA, 1982, p. 82 Segundo Ojima (1982), o grau de alteração da rocha foi suprimido como índice básico de caracterização do maciço, pois seus efeitos se encontram nos valores de resistência à compressão simples da rocha.

26 24 A influência das descontinuidades é considerada em três parâmetros a parte: o RQD, o espaçamento das fraturas e as condições físicas e geométricas das fraturas. O parâmetro relativo da descontinuidade engloba características de abertura, persistência, rugosidade, alteração das paredes e condições do material de preenchimento. Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), os Parâmetros RQD e o espaçamento médio das juntas procuram refletir uma única condição, referente à densidade volumétrica das descontinuidades, ou seja, o estado de compartimentação do maciço. A somatória dos pesos (somatório cujo valor máximo é 100), permite distinguir o maciço rochoso em uma de 5 classes. Utilizando-se de um ábaco com as classes de maciço em conjugação com a extensão do túnel, é obtido o período de estabilidade sem suporte ( Figura 1 ), isto é, o tempo de auto-sustentação do maciço, bem como características da seção de escavação e métodos de suportes recomendados, conforme a Tabela 3. Ainda em relação a cada classe, é feita uma estimativa da coesão e ângulo de atrito do maciço. Figura 1 Relação entre vão livre e tempo de auto sustentação. Fonte: OJIMA, 1982, p. 82

27 25 Tabela 3 Guia para escavação e suporte para túneis CLASSE DE ESCAVAÇÃO MACIÇO Muito Boa Seção total; Classe I 3 m de avanço. Peso: 81 a 100 Seção total; Boa 1 a 1,5 m de Classe II avanço; Peso: 61 a 80 Suporte completo a 20m da frente. Seção parcial (frente e rebaixo); Regular avanço de 1,5 a 3 Classe III m; Início do 41 a 60 suporte após cada fogo; Suporte completo a 10 m. Seção parcial (frente e rebaixo); Má avanço de 1 a 1,5 Classe IV m; instalação do 21 a 40 suporte concomitantemente com a escavação. Seções múltiplas; 0,5 a 1,5 m de avanço, Instalação Muito Má do suporte Classe V concomitantemente < 20 com a escavação; Concreto projetado logo após o fogo. Fonte: OJIMA, 1982, p. 83 SUPORTE ANCORAGENS CONCRETO PROJETADO CAMBOTAS Geralmente não requer suporte com a exceção de ancoragens ocasionais. Ancoragens com 3 m de comprimento, espaçadas de 2,5 50 mm no teto m, ocasionalmente quando Nenhum com malha em necessário. certas zonas do teto. Ancoragens sistemáticas com 4 50 a 100 mm no m de comprimento, teto espaçadas de 2 30 mm nas nas paredes e paredes. tetos, com malha Nenhum no teto. Ancoragens sistemáticas com a 150 mm no Cambotas leves a 5 m de teto espaçadas de comprimento, 100 mm nas 1,5 m espaçadas de 1 a paredes. 1,5 m com malha no teto e paredes. Ancoragens sistemáticas com 5 Cambotas a 6 m de médias a 100 a 150 mm no comprimento, pesadas teto espaçadas de 1 a espaçadas de 100 mm nas 1,5 m com malhas 0,75 m. paredes no teto e paredes. Fechamento na Ancoragem na soleira soleira

28 Caracterização do maciço rochoso Segundo Ojima (1982), a caracterização é uma operação que tem como objetivo evidenciar as características previamente desconhecidas do maciço. Um aspecto fundamental para a importância na caracterização é a quantificação das propriedades do maciço. A caracterização das seguintes propriedades podem ser consideradas importantes para a construção de túneis: Litologia; Descontinuidades; Alteração; Condições de água subterrânea; Deformabilidade e resistência; Estado de tensão. Quando não se tem um conhecimento adequado do maciço, é necessário caracterizar o maior número possível de propriedades, para que se possa efetuar a seleção de critérios convenientemente. Uma vez definidos quais os critérios de classificação, a operação de caracterização deve objetivar apenas a emergência daquelas propriedades selecionadas como critérios, as quais serão necessárias e suficientes para classificar o maciço. (OJIMA, 1982, p. 31) Caracterização litológica A litologia refere-se à ciência que estuda os processos de categorização e tempos geológicos em que ocorrem, a composição granulométrica, a porosidade, a plasticidade, a coesão, o ângulo de atrito, e a permeabilidade estão ligados a sua origem, grau metamórfico, grau de diagêneses, tectônica e intemperização que tenha sido submetido. Segundo Ojima (1982), para a identificação do tipo litológico é interessante recorrer-se as classificações desenvolvidas para fins de Engenharia, classificação esta de suma importância, principalmente nas suas fases inicias.

29 Caracterização das descontinuidades Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), o estudo das descontinuidades mostra-se de importância fundamental, pois estas estruturas condicionam, de maneira muito forte, o comportamento dos maciços rochosos, especialmente em relação à deformabilidade, resistência e permeabilidade, podendo controlar toda a estabilidade do meio rochoso. Em termos práticos, pode-se designar por descontinuidade qualquer superfície natural em que à resistência à tração é nula ou muito baixa (separação ao longo da superfície facilmente conseguida com o esforço das mãos, como por exemplo, em certos planos de estratificação e de foliação). (OJIMA, 1982, p. 33). Sob a designação descontinuidade engloba-se qualquer feição geológica que interrompa a continuidade física de um dado meio rochoso, a exemplo das superfícies de foliação, acamamento, fraturas, juntas-falhas, etc. Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), algumas descontinuidades, como falhas e juntas de grande extensão lateral, merecem estudo individualizado, devido às suas dimensões, expressivas em relação ao volume do maciço rochoso considerado, e por possuírem, em geral, propriedades muito distintas das demais estruturas presentes no meio rochoso. As descontinuidades de menor persistência que, isolada ou associadamente, respondem pela estruturação do meio rochoso e, em geral, ocorrem em grande número, merecem estudo conjunto, revestido de caráter estatístico. O modelo estrutural de um determinado maciço representa a distribuição espacial das descontinuidades e suas características geométricas, permitindo reconhecer as mais importantes no condicionamento do comportamento do maciço. Eventualmente pode fazer parte do modelo à definição da gênese tectônica do seu arranjo estrutural Espaçamento Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), o espaçamento corresponde à distância entre duas descontinuidades adjacentes de uma mesma família. O

30 28 espaçamento pode ser expresso por meio de adoção de intervalos de variação numérica. Tabela 4 Espaçamento de Descontinuidades SIGLAS ESPAÇAMENTO (cm) DENOMINAÇÕES E1 > 200 Muito Afastado E2 60 a 200 Afastadas E3 20 a 60 Medianamente Afastada E4 6 a 20 Próximas E5 < 6 Muito Próximas Fonte: JUNIOR E OJIMA, 1998, apud ABGE, 1998, p. 215 Esta característica interfere no comportamento do meio rochoso, em relação à deformabilidade, resistência ao cisalhamento e permeabilidade. Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), é comum se verificar uma diminuição do espaçamento das descontinuidades, em especial fraturas, à medida que se aproxima da superfície do terreno, resultado da descompressão causada pela erosão e ação do intemperismo Rugosidade Segundo Junior e Ojima apud ABGE (1998), a rugosidade corresponde às ondulações nas superfícies das descontinuidades, influenciando a resistência o cisalhamento, principalmente quando se trata de descontinuidades não-preenchidas, conferindo um incremento ao ângulo de atrito. O meio mais prático de quantificar a rugosidade é identificar o seu perfil geométrico, enquadrando-as nas opções apresentadas abaixo, Figura 2:

31 29 Figura 2 Perfis de rugosidade Fonte: JUNIOR E OJIMA, 1998, apud ABGE, 1998, p Preenchimento O preenchimento tem notável influência nos parâmetros geotécnicos da descontinuidade. A diferença de comportamento, quanto a deformabilidade e a resistência ao cisalhamento, são notáveis entre uma descontinuidade preenchida por material argiloso mole e por material pétreo, que por vezes, é mais resistente e menos deformável que o próprio material do maciço rochoso. Nas falhas, o material de preenchimento corresponde, em geral, ao material rochoso esmagado pelo processo tectônico que as originou, podendo se encontrar em fases mais ou menos avançadas de cominuição e alteração. (JUNIOR E OJIMA, 1998 apud ABGE, 1998, p. 216). A caracterização do preenchimento deve conter a descrição da natureza de seus constituintes, granulação, mineralogia, textura e cor, além da espessura. A tabela 5 exemplifica a descrição de superfícies e tipos de descontinuidades, usualmente adotadas para basaltos no Brasil.

32 30 Tabela 5 Tipos de superfície e preenchimento de descontinuidade SIGLAS D1 D2 D3 D4 D5 SUPERFÍCIE DAS DESCONTINUIDADES Contato rocha-rocha, paredes sãs Contato rocha-rocha, presença de material pétreo rijo Ca calcita Si - sílica Paredes com alteração incipiente, sinais de percolação d água, preenchimento ausente Paredes alteradas, preenchimento ausente Paredes alteradas, com preenchimento ag1 preenchimento argiloso com espessura de 1mm gr10 preenchimento granular com espessura de 10mm Fonte: JUNIOR E OJIMA, 1998 apud ABGE, 1998, p Caracterização de alteração Segundo Ojima (1982), pode-se definir alteração como sendo o conjunto de modificações que conduzem a uma degradação das características mecânicas da rocha. Os principais tipos de alteração que afetam as rochas é a alteração deutérica, ou primária, e a alteração meteórica, ou intempérica. O primeiro tipo ocorre em ambiente endógeno, na dependência de fenômenos magmáticos, enquanto que o segundo ocorre na dependência da hidrosfera atmosfera, em ambiente exógeno. Hamrol (1962) apud Ojima (1982), estabeleceu que certo volume de dada rocha se diz estar mais alterado que outro volume da mesma rocha, se a características mecânicas do primeiro são inferiores Caracterização das condições de água subterrânea Segundo Ojima (1982), a influência de água subterrânea num maciço a ser escavado por um túnel pode ser analisada segundo dois aspectos: Influência de água subterrânea na matriz rochosa e no material de preenchimento das descontinuidades;

33 31 Influência de água subterrânea nas superfícies das descontinuidades. Para o primeiro caso a ocorrência de água subterrânea influirá no comportamento mecânico da rocha. Para o segundo caso, a instalação de pressões intersticiais poderá reduzir as tensões efetivas nas fraturas, bem como poderá causar o arrastamento de materiais finos de enchimento, desarticulando blocos e consequentemente causando instabilidade no túnel Caracterização da deformabilidade e de resistência Segundo Ojima (1982), as características de deformabilidade e de resistência dos maciços rochosos dependem basicamente do tipo litológico, do estado de alteração, das descontinuidades, das condições da água e do estado de tensão. A determinação da deformabilidade e de resistência tem particular interesse na caracterização de maciços rochosos, visto que os correspondentes valores dependem de um conjunto de fatores e refletem no comportamento global do maciço. Os maciços rochosos exibem acentuada anisotropia em relação á deformabilidade e a resistência e, mesmo em maciços constituídos por rochas de elevada resistência, pode haver orientações segundo as quais a resistência do maciço é baixa. (OJIMA, 1982, p. 41). A resistência de um maciço rochoso depende da geometria e da resistência das superfícies de descontinuidade, como também da própria rocha Caracterização do estado de tensão Segundo Ojima (1982), o conhecimento do estado de tensão inicial dos maciços rochosos assume importância de destaque no estudo de túneis, principalmente na previsão do revestimento, visto que é um dos dados do cálculo da pressão de interação maciço-suporte. O conhecimento do estado de tensão inicial permite prever certos tipos de instabilidade.

34 Investigações geológicas A investigação geológica tem como objetivo delimitar espacialmente as unidades geológicas e determinar suas características e propriedades geomecânicas através de um plano de investigações, que é um conjunto de métodos aplicados num local para o conhecimento das unidades geológicas. É importante conhecer bem o método pelo qual será feita a investigação geológica a fim de se avaliar o que cada método pode fornecer. Estes métodos, quando empregados em geologia, não são muito variados. São divididos em métodos diretos e indiretos. O método direto compreende em realizar escavações com o intuito de prospectar o maciço, deixando o pesquisador em contato direto como o material. Já o método indireto, constitui num conjunto de ensaios de campo que não alteram as propriedades físicas do material ensaiado Métodos de investigação indireto São métodos que não permitem o acesso ao material investigado, seja in situ ou em amostras, utilizando-se de meios indiretos para a delimitação e caracterização da unidade geológica. Não há perfuração nem coleta de amostras. Este método permite determinar a distribuição em profundidade de parâmetros físicos dos terrenos. Os métodos mais comuns são métodos geofísicos (sísmicos e geoelétricos) Investigações geofísicas Os métodos geofísicos permitem determinar a distribuição em profundidade, de parâmetros físicos do maciço, tais como resistividade elétrica, campo magnético da Terra, contrastes de densidade e velocidade de propagação das ondas acústicas. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), essas propriedades guardam estreitas relações com algumas características geológico-geotécnicas do maciço, como grau de alteração e de fraturamento e tipo litológico, aspectos fundamentais na investigação de uma determinada área.

35 33 Os principais métodos geofísicos utilizados na Geologia de Engenharia são: Métodos Geoelétricos: eletrorresistividade (sondagem elétrica vertical e caminhamento elétrico), polarização induzida, potencial espontâneo, eletromagnéticos (EM domínio de tempo, VLF very low frequency, radar de penetração no solo GPR Groud Penetrating Radar). Métodos Sísmicos: refração, reflexão, ensaios entre furos (crosshole e tomografia), utilizados na superfície terrestre, e perfilagem sísmica contínua, sonografia e ecobatimetria, utilizados na investigação de áreas submersas (rio, lago e mar). Métodos Potenciais : magnetometria e gravimetria. Neste trabalho estudar-se-á apenas o método geoelétrico, utilizado no projeto do Túnel de Adução da PCH Rio Fortuna, localizado em Rio Fortuna, Santa Catarina Métodos geoelétricos A investigação geofísica através de métodos geoelétricos envolve a detecção, na superfície do terreno, dos efeitos produzidos pelo fluxo de corrente elétrica em subsuperfície. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), as medições realizadas através este método de investigação indireto, não fornecem informações absolutas de cada unidade geológica, mas medidas aparentes que representam uma resposta global de um certo volume, por onde a maior parte da corrente elétrica se propaga. Os métodos geoelétricos são amplamente empregados para: Determinação da posição e geometria do topo rochoso; Caracterização de estratos sedimentares; Identificação de zonas de falhas, zonas alteradas e/ou fraturadas, contatos litológicos, cavidades e diques; Caracterização de materiais impermeáveis e permeáveis, o que permite delimitar zonas potenciais de contaminação;

36 34 Localização de corpos condutores (sulfetos maciços, grafita, águas termais, etc.) e corpos resistentes (carvão, domos, salinos, etc.); Identificação do N.A.; Identificação da direção e sentido do fluxo dos fluidos subsuperficiais. Os equipamentos utilizados para as medidas geoelétricas compreendem numa fonte de energia (baterias) que alimentam uma unidade transmissora, conectada aos eletrodos de emissão, e uma unidade de recepção e registro de dados. Dentre as principais propriedades elétricas utilizadas na investigação geoelétrica destaca-se a eletrorresistividade ou resistividade elétrica Eletrorresistividade A eletrorresistividade se diz respeito à dificuldade encontrada pela corrente elétrica para se propagar num meio qualquer. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), dentre as propriedades físicas das rochas e dos minerais, a resistividade elétrica é a que representa o maior intervalo de variações: pode atingir valores tão pequenos quanto 10-5 ohm.m para minerais metálicos, como valores tão grandes com 10 7 ohm.m para sedimentos extremamente secos ou rocha como gabro. Outro fator que condiciona a resistividade elétrica de um meio é a sua textura. Um arenito bem selecionado apresenta maior volume de espaços de vazios para o armazenamento do eletrólito e possui menor resistividade, ao contrário, menor porosidade significa maior resistividade. A tabela 6 mostra alguns exemplos dos valores de resistividade de algumas rochas e minerais.

37 35 Tabela 6 Exemplos de valores de resistividade elétrica de alguns minerais e rochas MINERAL OU ROCHAS RESISTIVIDADE (variação ou valor médio em ohm.m) Bauxita Água Superficial Água do mar 0,2 Grafita x 10-³ Granito porfirítico (saturado) 4,5 x 10-³ Diabásio 20 5 x 10 7 Basalto 10 1,3 x 10 7 Xisto Gnaisse (seco) 3 x 10 6 Quartzito 10 2 x 10 8 Argilas consolidadas 20 2 x 10 3 Argilas inconsolidadas úmidas 20 Conglomerados 2 x Arenitos 1 6,4 x 10 8 Calcários Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 168 Os métodos de medição de eletrorresistividade são: a sondagem elétrica vertical e o caminhamento elétrico. O método da sondagem elétrica vertical (SEV) consiste em medir, na superfície do terreno, o parâmetro resistividade elétrica com o emprego de um arranjo de eletrodos de emissão (AB) e de recepção (MN). A resistividade elétrica medida é denominada resistividade aparente porque representa a resistividade média de todo o volume de material, entre a superfície e o ponto investigado em profundidade. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), o principal objetivo da SEV é o estudo da distribuição vertical, abaixo do ponto de interesse na superfície, do parâmetro resistividade elétrica. O melhor resultado da aplicação dessa técnica ocorrerá em terrenos lateralmente homogêneos compostos de camadas estratificadas plano-pararelas.

38 36 Figura 3 Técnica de sondagem elétrica vertical, arranjo schlumberger Fonte: XAVIER, 2007, p. 4 O método do caminhamento elétrico (CE) tem como principal objetivo o estudo da distribuição horizontal do parâmetro resistividade elétrica a uma ou várias profundidades, aproximadamente constantes, abaixo do ponto de interesse na superfície. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), as investigações através do caminhamento elétrico ocorrem normalmente ao longo de perfis e os resultados obtidos são analisados conjuntamente em planta (uma para cada profundidade de interesse) ou em seções com várias profundidades de investigação. O caminhamento elétrico proporciona a possibilidade de identificação de contatos geológicos verticais ou inclinados, mineralizações, diques, fraturamentos, falhamentos, ou quaisquer outras características que se apresentem com heterogeneidades laterais de resistividade. (SOUZA ET AL. 1998, apud ABGE, 1998, p. 169).

39 37 Figura 4 Técnica de caminhamento elétrico, arranjo dipolo-dipolo Fonte: XAVIER, 2007, p Métodos de investigação direto São métodos que permitem o acesso ao material investigado, seja in situ ou através de amostras, podendo ser também de superfície ou subsuperfície. Compreendem as escavações realizadas com o intuito de prospectar os maciços, as sondagens mecânicas e os ensaios, sendo possível definirem, mais precisamente, as características dos materiais ao longo da linha de perfuração Investigação mecânicas Os processos de investigação mecânica utilizados nos estudos de Geologia de Engenharia no Brasil são praticamente os mesmos desde a época do grande desenvolvimento da nossa infra-estrutura, décadas de 60 e 70. Os principais métodos de investigação mecânica de campo utilizado para reconhecimento geológico-geotécnico são: Sondagem a varejão (SV);

40 38 Sondagem a trado (ST); Poço ou trincheira de inspeção (PI/TI); Sondagem a percussão (SP); Sondagem rotativa (SR); Perfuração com rotopercussão (RP); Galeria de investigação (GI). Neste trabalho estudar-se-á apenas a sondagem rotativa, a qual foi utilizada no projeto do Túnel de Adução da PCH Rio Fortuna, localizado em Rio Fortuna, Santa Catarina Sondagem rotativa É um método de investigação que consiste no uso de um conjunto motomecanizado, para a obtenção de amostras contínuas de matérias rochosos, através de ação perfurante, dada por forças de penetração e rotação que atuam com poder cortante. Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), a sondagem rotativa é feita com um tubo, denominado barrilete, dotado de uma peça cortante, feita com material de alta dureza (coroa) em sua ponta. O barrilete tem uma camisa livre em seu interior para preservar o testemunho do terreno, que constitui a parte central da área anelar cortada pela corroa. Para rochas brandas se utiliza coroa com pastilhas de vídia, e para rochas de média e alta dureza emprega-se coroa com diamante industrial.

41 39 Figura 5 Sondagem rotativa Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 188 A operação da sondagem rotativa se faz por ciclos sucessivos de corte e retirada dos testemunhos do interior do barrilete, denominado manobra. O avanço em cada manobra depende basicamente da qualidade do material que está sendo perfurado. Quando a rocha é de boa qualidade, o comprimento de testemunho obtido em cada manobra pode ser igual ao comprimento do barrilete (3 a 5m). Entretanto, quando ocorrer perda ou destruição de material, em terrenos de difícil amostragem, o comprimento de cada manobra deve ser diminuído, até o mínimo necessário. (SOUZA ET AL. 1998, apud ABGE, 1998, p ) Na sondagem rotativa á uma série de diâmetros padronizados, denominados com as letras EW, AW, BW, NW, HW, conforme mostra a Tabela 7. A primeira letra significa o diâmetro do furo e a segunda indica a rosca da composição de perfuração.

42 40 Tabela 7 Diâmetros mais comuns de furos e testemunhos DENOMINAÇÃO DIÂMETRO DO FURO (mm) DIÂMETRO DO TESTEMUNHO (mm) EW 37,71 21,46 AW 48,00 30,10 BW 59,94 42,04 NW 75,69 54,73 HW 99,23 76,20 Fonte: SOUZA et al, 1998, apud ABGE, 1998, p. 187 Os equipamentos utilizados para a realização de sondagem rotativa são: Motor: as sondas são acionadas por motores a diesel, gasolina ou elétricos. Guincho: permite o controle na operação das alçadoras, hastes, revestimentos e retirada de testemunhos. Cabeçote de perfuração: faz girar a coluna de perfuração, a ferramenta sofre pressão ativando o movimento de avanço do furo. Sondas: manuais, mecânicas e hidráulicas. Hastes: são tubos ocos sem costuras de comprimentos variáveis, ligados entre si. Barriletes: tubos ocos destinados a receber o testemunho de sondagem e são presos à primeira haste a penetrar no solo. Coroas: ferramentas de corte de uma sondagem, como mostram as figuras 6 e 7. Revestimentos: são indispensáveis quando as paredes do furo tendem a desabar (1 a 3 m). Compostos de tubos de aço com paredes finas, mas de elevada resistência mecânica. Sistema de circulação de água: usado para assegurar à refrigeração da coroa, a expulsão de fragmentos, a diminuição da fricção da coluna contra paredes e a conservação de uma pressão hidrostática que contribua para manter firmes as paredes do furo. Para formações permeáveis utiliza-se a mistura de água com bentonita.

43 41 Figura 6 Coroa de vídia com pastilhas retangulares Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 187 Figura 7 Coroa diamantada com saída de água lateral interna Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 187 Segundo Souza et al. apud ABGE (1998), os testemunhos obtidos nas sondagens dever ser guardados em caixas de madeira ou de plástico com tampa. Eles devem ser dispostos na seqüência exata de sua posição no furo, da esquerda para a direita e de cima para baixo, conforme figura 8.

44 42 Figura 8 Caixa de testemunhos de sondagem Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 189 A Tabela 8 mostra as medidas que a caixa de testemunho deve ter. Ø (mm) Tabela 8 Medidas das caixas de testemunhos HX NX BX AX EX a b = cel Fonte: SOUZA et al, 1998 apud ABGE, 1998, p. 189 O resultado da investigação deve ser apresentada com o objetivo de possibilitar a sua fácil compreensão. As formas mais usuais são: perfis, seções e plantas, em escala e precisão adequadas. Os perfis de sondagem rotativa devem conter: Grau de alteração da rocha; Grau de fraturamento; Inclinação da estruturas geológicas; Rugosidade; Alteração e preenchimento das paredes das juntas; Resistência da rocha;

45 43 RQD. Segundo Maciel Filho (1997), O RQD ou índice de qualidade da rocha é obtido considerando-se, para o comprimento do testemunho, apenas os fragmentos com 10 cm ou mais. Assim, os pequenos fragmentos, devido a alta fragmentação da rocha, são desprezados. Esta determinação é aplicável apenas em barriletes duplos de diâmetro NX (76 mm). Conforme os resultados do RQD, pode-se classificar o maciço rochoso pela Tabela 9: Tabela 9 Qualidade do Maciço Rochoso pelo RQD RQD (%) QUALIDADE DO MACIÇO ROCHOSO 0 25 Muito fraco Fraco Regular Bom Excelente Fonte: MACIEL FILHO, 1997, p New Austrian Tunneling Method (NATM) Termo utilizado para identificar o novo método austríaco de execução de túneis. O termo N.A.T.M. é definido pela sociedade de engenheiros austríaca como: método de execução de túneis em que o maciço do entorno do túnel é integrado ao suporte, formando um grande anel fechado e, portanto, fazendo parte da estrutura portante. Na comunidade técnica, o termo N.A.T.M. é comumente utilizado para identificar os túneis executados por etapas com revestimento em concreto projetado. Segundo Silva (1997), O NATM é um método que conduz a uma estabilidade pelo alívio controlado de pressão. O alívio de tensões é efetuado intencionalmente; os valores das deformações e tensões são rigorosamente medidos e controlados de acordo com as necessidades. A produtividade deste método varia em função da seção da escavação, do número de parcializações e do tipo de maciço.

46 44 O NATM é versátil quanto ao tipo de maciço, bem como quanto à forma e dimensões da seção exigida. No entanto, se adotado para escavar túneis extensos, em maciços homogêneos ou sob condições geotécnicas desfavoráveis, evidenciadas por exíguos tempos de auto-sustentação ou afluxos de água na frente de escavação, sua produtividade é inferior à das escavações mecanizadas, sob couraça adequadamente dimensionadas. (FRANCIS E ROCHA, 1998, apud ABGE, 1998, p. 444) Escavação em rocha A escavação de um túnel em rocha é feito abrindo-se furos na frente de avanço, carregando-os com explosivos e detonando-os numa ordem prédeterminada. A escolha da seqüência de escavação depende principalmente da área da seção do túnel, da natureza da rocha e do equipamento a disposição. O avanço pode ser: de seção plena, onde a escavação da frente é feita totalmente, e é sempre preferível do ponto de vista da rapidez; ou de seção parcelada, onde a escavação da frente é feita parcialmente, quando a seção é muito grande para o equipamento de furação, escava-se o túnel em calota, parte superior da seção, e depois a bancada, parte inferior da seção do túnel Equipamento de furação Para a furação, quando a altura do túnel for maior que a altura máxima alcançável com o martelo de avanço pneumático simples, são utilizados equipamentos tipo Jumbo, que é uma carreta com perfuratrizes pesadas montadas sobre lanças de avanço movimentadas por braços hidráulicos. O diâmetro dos furos variam entre 45mm (1 ¾ ) e 64mm (2 ½ ) Carregamento dos explosivos A colocação dos explosivos nas perfurações, denominado carregamento de fogo, deve ser feita de forma muito cuidadosa, pois além dos riscos inerentes do manuseio do material explosivo, dela depende a eficiência do fogo. Um carregamento mal executado comprometerá os resultados da detonação da frente de avanço.

47 45 O carregamento dos furos é feito normalmente a mão. Trata-se de uma operação morosa, prolongada e a ser executada com o máximo cuidado para evitar riscos. É a prática mais usada no Brasil, que consiste em introduzir o explosivo manualmente no furo e o adensamento é feito através de soque, para que o explosivo possa ocupar o máximo o volume do furo Emulsão encartuchada São explosivos desenvolvidos para, através de sua consistência, facilitar o carregamento de furos com as mais variadas inclinações e níveis hidrostáticos. Apresentam excelente resistência à água e, devido à facilidade de acomodação no furo. A emulsão encartuchada possui elevado poder de ruptura, sendo ideal para vários tipos de rochas e aplicações. Devido à baixa produção de gases tóxicos é possível sua aplicação em mineração a céu aberto, subterrânea, desmontes subaquáticos e construção civil em geral Anfos São explosivos à base quase que exclusivamente de nitrato de amônio. A denominação Anfo vem do Inglês ammonium nitrate + fuel oil, já que originalmente era formulado a partir da mistura de nitrato de amônio com óleo diesel. Os anfos necessitam de uma escorva para detonar, isto é, de um explosivo semigelatinoso, gelatinoso ou de um reforçador para iniciar o processo. São explosivos com nenhuma resistência à água, baixa densidade e baixo custo Acessórios de detonação Introduzidas as cargas explosivas nos furos, procede-se à detonação inicial, através de acessórios especiais, que provocará a explosão das cargas.

48 Brinel Brinel é uma família de acessórios de iniciação não elétrico que não emprega nenhuma substância explosiva, porém gera uma fagulha fundida de alta temperatura dentro do tubo plástico. Utilizado para iniciação de cargas explosivas e ramificações. Possui ótima precisão nos tempos de detonação com conseqüente minimização das vibrações, produzindo baixíssimo nível de ruído e minimizando a sobre pressão acústica, por não ser tratar de material explosivo Cordel Detonante É a forma mais segura para a detonação de fogo, porque não requer eletricidade. Por ser um explosivo, dispensa as espoletas. Quando detona, age como escorva para as cargas explosivas, detonando-as também. O cordel detonante consiste num núcleo de alto explosivo, o tetranitrato de penta-eritritol (PETN), revestido conforme o uso a que se destina. O PETN detona com velocidades de cerca de 7.000m/s Escavação em solo A escavação de um túnel em solo é feito com as enfilagens na parte superior do túnel (abóboda), para reforçar o maciço do solo. Após as enfilagens, fazse a escavação do solo avançando a distância pré-estabelecida em projeto, após, instala-se as cambotas metálicas, armando-as com telas metálicas e aplica-se o concreto projetado para dar uma resistência inicial rápida. A escolha da seqüência de escavação depende principalmente do solo que esta na área da seção do túnel, podendo ser de 80 cm (1 cambota), 160 cm (2 cambotas) ou o estabelecido em projeto conforme coesão e ângulo de atrito do solo existente.

49 Enfilagens As enfilagens são utilizadas para o reforço de maciço de solo, na parte superior do túnel, de forma a possibilitar a sua escavação. São instaladas a partir da frente do túnel para a escavação do trecho seguinte, sendo aplicada em solos de baixa resistência. As enfilagens podem ser constituídas por perfis metálicos de aço, cravados no solo e tubos de aço, introduzidos no solo através de perfurações e submetidos a injeção de calda de cimento Enfilagens injetadas tubular As enfilagens injetadas tubulares são introduzidas no maciço através de perfurações, sendo aplicadas em túneis de diâmetros maiores, podendo alcançar de 10 a 20 m adiante da frente de escavação. A enfilagem tubular consta de um tubo de aço introduzido na perfuração, através do qual é feita a injeção de cimento por meio de válvulas manchete ou pela extremidade do tubo, conforme mostra a figura 9.

50 48 Figura 9 Enfilagem tubular injetada Fonte: DOBEREINER E VAZ (1998), apud ABGE, 1998, p Cambotas metálicas As cambotas metálicas são utilizadas como sistema de suporte em túneis, geralmente quando o tempo de auto sustentação é muito reduzido. As cambotas são constituídas por elementos metálicos, construídos em seguimentos, aparafusados ou soldados de forma a se amoldarem às paredes da escavação. Apresentam, geralmente, o formato de um arco, acompanhando a abóboda do túnel e as paredes. Segundo Dobereiner e Vaz (1998), os túneis construídos em maciços de solo, os pés das cambotas podem ser apoiados em sapatas de concreto para adequar a distribuição dos esforços à capacidade de carga do solo. Em solos de baixa capacidade de carga, ou quando ocorrem esforços laterais, os pés das cambotas podem ser travados entre si, por meio de segmentos de cambotas instalados sobre o piso ou por uma camada de concreto projetado ou concreto armado, aplicado sobre o piso, constituindo um arco invertido, também conhecido

51 49 como invert. O espaçamento entre as cambotas é, em geral, de 1 m, variando de 0,5 a 1,5m. As cambotas podem ser constituídas por perfis de aço tipo I ou H ou por treliças de barra de aço Telas metálicas As telas metálicas têm por função armar o concreto projetado, para suportar tensões secundárias, tais como cisalhamento, flexão e tração. Pode-se observar no revestimento que a tela fica próxima à superfície (5cm), para resistir aos esforços de tração na flexão Concreto projetado O concreto projetado é uma mistura pastosa de água, cimento e areia, podendo conter aditivos, projetada com um jato de alta velocidade, por bombas especiais, formando uma camada de concreto sobre a superfície. O processo foi inicialmente utilizado em galerias de mineração e recuperação de estruturas e, depois, no revestimento de canais de irrigação e na construção de silos e tanques. Na década de 50, o concreto projetado passou a ser utilizado no sistema N.A.T.M. de construções de túneis, tornando-se o principal procedimento deste método e popularizando o uso do concreto projetado em túneis e taludes. Tem sido, cada vez mais, aplicado em túneis escavados em maciços de solo, como revestimento, por razões práticas e econômicas. O concreto projetado deve ser aplicado com a maior pressão e velocidade possível para assegurar a compacidade adequada. O concreto projetado é relativamente plástico, até três ou quatro dias após a aplicação, possibilita a deformação controlada do maciço, geralmente de pequena magnitude,evitando a perda de coesão e mantendo a articulação entre os blocos do maciço, dessa forma impedindo a ocorrência de deformações maiores, capazes de instabilizar à superfície escavada. (DOBEREINER E VAZ, 1998, apud ABGE, 1998, p. 378). Existem dois sistemas de projeção: o processo via seca e o via úmida. Neste trabalho estudar-se-á apenas o processo de projeção via seca, a qual foi utilizada no projeto do Túnel de Adução da PCH Rio Fortuna, localizado em Rio Fortuna, Santa Catarina.

52 Concreto projetado via seca O processo de projeção por via seca consiste em se efetuar uma mistura seca ou com pouca umidade, de cimento, areia, pedrisco, aditivo acelerador e as vezes microssílica. A mistura é transportada até o bico de projeção, onde é acrescentada a água necessária por meio de um anel perfurado (anel umidificador) (Figura 10). A pressão da água deverá superar em pelo menos 1 Kg/cm² a pressão do ar comprimido. A pressão do ar deverá ser mantida constante. No caso de aditivo líquido, este é misturado com a água antes de entrar em contato com os materiais secos. Figura 10 Concreto projetado via seca Fonte: DOBEREINER E VAZ (1998), apud ABGE, 1998, p A resistência à compressão axial do concreto projetado via seca não segue a mesma regra que o concreto convencional, isto é, quanto menor a relação água/cimento, maior a resistência. Tem sido verificado que há um teor ótimo de umidade (Figura 11), para uma dada pressão de um determinado equipamento e teor de cimento e aditivo.

53 51 Figura 11 Teor de umidade (h) x resistência (fc) Fonte: SILVA (1997), p. 24. O sucesso, em termos de qualidade, no processo de via seca depende em grande parte do mangoteiro, o qual deverá sempre ser treinado e qualificado, conforme recomenda a norma NBR (procedimento para qualificação de mangoteiro por via seca). (SILVA, 1997, p. 26). Um dos maiores problemas do concreto via seca é a homogeneidade da mistura dos materiais.

54 52 3 METODOLOGIA DO TRABALHO Primeiramente a pesquisa foi desenvolvida com análise in loco e acompanhado com registros fotográficos do maciço rochoso. Após o embasamento teórico, levantaram-se informações disponíveis mais específicas sobre a geologia regional e local da área estudada, reunindo dados referentes para sua descrição. De posse dos dados das investigações, foi realizada a análise para verificar se as investigações possuem todos os índices característicos para classificação de maciço rochoso segundo a metodologia de Bieniawski (1976), permitindo com isto identificar a classe do maciço rochoso. Diante destas informações, foram efetuadas duas etapas de levantamento ao longo da parede oeste do túnel da PCH Rio Fortuna, para coleta de dados geotectônicos utilizados como parâmetros de classificação do maciço rochoso segundo Bieniaswki (1976). Complementarmente, fez-se uma análise comparativa das classificações obtidas, na tentativa de adequação da classe predominante do maciço do túnel de adução da PCH Rio Fortuna, fundamentado nos dados de levantamento geotectônico.

55 53 4 APRESENTAÇÃO DOS DADOS 4.1 Localização da área de estudo A área de estudo está localizada as margens do rio Braço do Norte no município de Rio Fortuna, no Estado de Santa Catarina, como mostram as figuras 12 e 13. Figura 12 Localização do município de Rio Fortuna Fonte:

56 54 Figura 13 Município de Rio Fortuna Fonte: Ponto de referência Para a fácil localização da obra em estudo, foram traçados duas rotas específicas de localização, através de duas principais cidades do Sul de Santa Catarina: Tubarão e Criciúma. O percurso de Tubarão à Rio Fortuna tem uma distância aproximada de 52 Km e passa por 4 municípios: Tubarão, Gravatal, Braço do Norte e Rio Fortuna. Em Tubarão, pega-se a rodovia BR-101 por 2 Km, em seguida pega-se a rodovia SC-438 por 30 Km passando por Gravatal e até chegar ao município de Braço do Norte e em seguida pega-se a rodovia SC-482 por 18 Km até chegar ao município de Rio Fortuna. Ainda em Rio Fortuna, pega-se uma Rodovia municipal por 2 Km até chegar no centro da cidade. A figura 14 mostra a rota Tubarão Rio Fortuna.

57 55 Figura 14 Rota Tubarão Rio Fortuna Fonte: O percurso de Criciúma à Rio Fortuna tem uma distância aproximada de 78 Km e passa por sete municípios: Criciúma, Cocal do Sul, Urussanga, Orleans, São Ludgero, Braço do Norte e Rio Fortuna (Figura 15). Em Criciúma, pega-se a rodovia municipal com saída para Cocal do Sul por 1 Km, em seguida pega-se a rodovia SC-446 por 37 Km passando por Cocal do Sul, Urussanga até chegar em Orleans, em Orleans pega-se a rodovia municipal por 1 Km com saída para São Ludgero, em seguida pega-se a rodovia SC-438 por 19 Km passando por São Ludgero até chegar ao município de Braço do Norte e em seguida pega-se a rodovia SC-482 por 18 Km até chegar ao município de Rio Fortuna. Ainda em Rio Fortuna, pega-se uma rodovia municipal por 2 Km até chegar no centro da Cidade.

58 56 Figura 15 Rota Criciúma Rio Fortuna Fonte: Localização da obra em estudo O Túnel de Adução da PCH Rio Fortuna encontra-se implantado as margens do rio Braço do Norte, município de Rio Fortuna e da rodovia SC-407 com sentido ao município de Santa Rosa de Lima. Ao centro do município de Rio Fortuna até o local da implantação do túnel da PCH Rio Fortuna é aproximadamente 1 Km de distância. A figura 16 mostra o centro do município de Rio Fortuna e o local de implantação do túnel de adução.