Introdução à CARTOGRAFIA GEOTÉCNICA

Transcrição

1 MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL OBRAS GEOTÉCNICAS Introdução à CARTOGRAFIA GEOTÉCNICA M. F. Costa Pereira

2 (1) Discussão alargada do tema in Carta geotécnica (Engineering geological map) (1) Cartografia que contém informações de índole geológico-geotécnica necessárias para a planeamento e gestão do território e, para os projectos, construção e manutenção de obras de engenharia Instrumento de trabalho da Engenharia Geológica Contém informações sobre as características e propriedades do solo e do subsolo de uma determinada região Avaliação do comportamento e previsão dos problemas geológicos e geotécnicos

3 A utilidade das Cartas Geológicas Topografia Litologias Estrutura das formações geológicas Tectónica frágil e dúctil Informação hidrogeológica Informação sobre recursos geológicos Informação arqueológica

4 As limitações das Cartas Geológicas Não contêm dados quantitativos das propriedades físicas e mecânicas, nem dados referentes às heterogeneidades e anisotropia dos materiais Não apresentam os componentes do meio geológico com significado geotécnico e a sua influência nos trabalhos de planeamento e de engenharia Não contêm informação sobre a dinâmica do meio geológico relativamente à engenharia

5 Conteúdos gerais das cartas geotécnicas Descrição e classificação geotécnica dos solos e das rochas Propriedades físicas e mecânicas dos materiais Condições e processos geomorfológicos Processos dinâmicos

6 Factores condicionantes do conteúdo, pormenor e grau de complexidade das cartas geotécnicas Escala e extensão Objectivos concretos a atingir Importância dos diferentes factores geológicogeotécnicos e respectivas relações Informação disponível, dados e representatividade Técnicas de representação

7 UTILIDADE DAS CARTAS GEOTÉCNICAS Informação descritiva (materiais e processos geológicos) Dados quantitativos (meio geológico, propriedades físicas e mecânicas dos materiais) Informação Interpretativa com relevo para as aplicações geotécnica ou de engenharia AJUDA INSUBSTITUÍVEL PARA O PROJECTO RACIONAL DAS OBRAS, NA PREVISÃO DOS PROBLEMAS GEOLÓGICO- GEOTÉCNICOS DE REGIÕES PARTICULARES, PLANIFICAÇÃO DAS INVESTIGAÇÕES IN SITU E NA INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS DE CAMPO E DE LABORATÓRIO

8 CARTAS GEOTÉCNICAS OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA PLANEAMENTO REGIONAL INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA BÁSICA OBRAS GEOTÉCNICAS INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA ESPECÍFICA

9 CARTAS GEOTÉCNICAS OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA Específico - apresenta informação sobre um aspecto particular de engenharia geológica ou sobre um objectivo concreto (aterro para resíduos, traçados de caminhos de ferro, condições do terreno para fundação de uma barragem, escavações subterrâneas, etc.). Múltiplo ou geral - apresenta informação referente a diversos aspectos da engenharia geológica, para diversos objectivos e utilizações geotécnicos. UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)

10 CARTAS GEOTÉCNICAS OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA Temático ou analítico contém detalhes ou avalia um componente do meio geológico (ex. Grau de meteorização, grau de fracturação) Integrado a) inclui os condiconalismos de todos componentes principais do meio geológico; b) divide o território em zonas geotécnicas homogéneas Auxiliar apresenta dados concretos sobre algum aspecto geológico ou geotécnico Complementar informação básica sobre algum aspecto geológico, geomorfológico, hidrogeológico, etc. UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)

11 CARTAS GEOTÉCNICAS OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA Grande escala (local) > 1: Escala média 1: a 1: Pequena escala (regional) < 1: UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)

12 CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO TERRENO Informação essencialmente qualitativa com classificações gerais, zonas problemáticas, aptidão do terreno para diversos usos, etc CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA Informação quantitativa de propriedades e indicadores geotécnicos

13 CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO TERRENO Interpretação da cartografia geológica (1: e 1: ), legenda de origem geológica utilidade limitada Características geotécnicas das formações superficiais (1: a 1: ) Coberturas, solos, aluviões, etc. Caracterização qualitativa (por vezes quantitativa) e zonamento geral pouco pormenorizado

14 CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA Caracterização global do terreno (1: a 1:50 000) - grandes unidades geotécnicas, com dados de propriedades e indicadores de qualidade Zonamento geotécnico para projectos de engenharia (1:5 000 a 1:25 000) informação quantitativa de acordo com a aplicação (fundações, taludes, escavações, materiais de construção, etc.) Cartografia geotécnica de pormenor (1:100 e 1:2 000) informação e dados geotécnicos para uma obra concreta

15 CONTEÚDO DAS CARTAS GEOTÉCNICAS Topografia e toponímia Distribuição e descrição litológica das unidades geológicas Espessura dos solos, formações superficiais e rochas alteradas Descontinuidades e dados estruturais Classificação geotécnica de solos e rochas Propriedades de solos e rochas Condições hidrogeológicas Condições geomorfológicas Processos dinâmicos Investigações prévias existentes Riscos geológicos

16 CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS DE SOLOS E DE ROCHAS Propriedades Geológicas vs. Propriedades Geotécnicas Composição mineralógica e litologia Densidade e plasticidade dos solos; dureza, resistência, alterabilidade das rochas Textura e Estrutura Condições hidrogeológicas Frequência, distribuição e tipo de fracturas. Grau de alteração Comportamento mecânico (densidade e porosidade) Consistência dos solos, condições de alteração em solos e rochas Resistência, deformabilidade e permeabilidade

17 CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS DE SOLOS E DE ROCHAS Parâmetros geotécnicos a representar na cartografia Densidade Porosidade Consistência e Actividade Permeabilidade Resistência à compressão simples e à tracção Parâmetros resistentes Deformabilidade Durabilidade ou alterabilidade CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS (USCS) E DE ROCHAS (ISRM) E CORRELAÇÕES EMPÍRICAS

18 CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICAS DE SOLOS E DE ROCHAS Metodologia IAEG (1981) Classificação litológica de rochas Descrição e Classificação geológico-geotécnica das rochas e maciços rochosos Matriz rochosa cor, textura, estrutura, porosidade, alteração e resistência Maciço rochoso estrutura, nº descontinuidades, tamanho e forma dos blocos, grau e perfil de meteorização Características das descontinuidades Classificação e descrição geológico-geotécnica dos solos Número e tipo Descrição do material tamanho do grão, matéria orgânica, plasticidade, origem do depósito cor, forma e composição, estado de alteração, resistência

19 Mapa Geotécnico geral de uma região de Toledo (González de Vallejo et al.,2004)

20 (cont.)

21 González de Vallejo et al.(2004) Região de Zaragoza Mapa com características geomecânicas e factores com incidência na construção

22 (cont.)

23 CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS A presença da água condiciona a escolha dos locais de implantação das obras e tem, frequentemente, um impacto muito negativo ao nível da prática da engenharia ligada à construção dessas obras Cerca de 75% dos problemas geotécnicos relacionam-se directa ou indirectamente com a presença da água Por outro lado, a construção de grandes obras de engenharia pode afectar as condições hidrogeológicas pré-existentes, criando ou amplificando os problemas geotécnicos associados

24 CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS OBJECTIVOS Prever as variações hidrogeológicas no terreno provocadas pelas actividades de engenharia Evitar, minimizar ou controlar as variações hidrogeológicas Devem ser cartografadas as zonas inundadas no passado e as potencialmente inundáveis, assim como a frequência e o período de retorno das inundações

25 CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS Dados Importantes Distribuição da água e teor em água dos materiais Formações aquíferas Lagos, rios, nascentes Níveis piezométricos, profundidade e flutuações (Estações do ano e outras) Aquíferos confinados Fluxos, direcção e velocidade Zonas e condições de infiltração Parâmetros hidrológicos: permeabilidade Propriedades hidroquímicas e qualidade da água

26 CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS OBJECTIVOS Conhecer os processos geradores de instabilidade Identificar as zonas instáveis Escolher os melhores locais para a implantação e os traçados das obras de engenharia

27 CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS Dados Importantes Topografia Elementos do relevo (vales, terraços, vertentes, escarpas, etc.) História recente e desenvolvimento da paisagem e do relevo e sua relação com a geologia Origem, evolução e idade dos elementos geomorfológicos Relação com a hidrogeologia Relação com processos geodinâmicos internos e externos Previsões de processos de erosão, assentamentos, movimentos de vertente, etc.

28 PROCESSOS DINÂMICOS OBJECTIVOS Obter informações espaciais e temporais sobre os processos geo dinâmicos internos e externos Efectuar a análise de Riscos Geológicos Perigosidade Vulnerabilidade

29 PROCESSOS DINÂMICOS Dados Importantes Localização e extensão dos processos Limites e traços morfológicos associados Idade (datação) Intensidade e frequência de ocorrência Grau de actividade, velocidade Condições, causas e factores condicionantes Previsões de processos potenciais

30 R = P. V. C R Risco P Perigosidade V Vulnerabilidade C Custo/valor do elemento exposto

31 Mapa de inventário de deslizamentos Alcoy - Alicante Fotografia aérea + Reconhecimento de campo (González de Vallejo et al.,2004)

32 Informação suporte das cartas geotécnicas Mapa geológico básico + Fundo topográfico É comum não existirem mapas geológicos à escala requerida pelas obras Quando são necessários mapas de escala média ou grande, recorre-se normalmente aos mapas disponíveis na escala 1: ou 1:25 000, complementando-os com levantamentos de campo detalhados

33 ZONAMENTO GEOTÉCNICO Consiste na classificação de zonas geotecnicamente homogéneas, que podem incluir diferentes idades geológicas UNIDADES GEOTÉCNICAS. São divisíveis em subunidades O pormenor e grau de homogeneidade depende da escala, do objectivo e dos dados disponíveis Nos mapas específicos para aplicações concretas, o zonamento deve basear-se nos parâmetros ou condições geotécnicas e nos fenómenos ou processos geológicos que dizem respeito ao objectivo do mapa Qual o objectivo do mapa?

34 UNIDADES PARA CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Designação TIPO GEOTÉCNICO (ESCALA GRANDE) TIPO LITOLÓGICO (ESCALA GRANDE OU MÉDIA) COMPLEXO LITOLÓGICO (ESCALA MÉDIA A PEQUENA) CONJUNTO LITOLÓGICO (ESCALA PEQUENA) Tipo de Uniformidade Litológica e física Valores médios das propriedades Composicional, textural e estrutural Intervalo de valores Genética e de tectónica - grupos de tipos litológicos relacionados Dados de litologias individuais e comportamento geral da unidade Genética e de tectónica - vários complexos litológicos Propriedades geotécnicas muito gerais UNIFORMIDADE CRESCENTE IAGEG (1981); Unesco - IAEG (1976)

35 REPRESENTAÇÃO DOS DADOS MAPA + LEGENDA + MEMÓRIA* Não existe um procedimento padrão, entre as principais associações de Engenharia Geológica, em relação aos dados representados nas cartas e no modo como são apresentados * Inclui resultados dos reconhecimentos e investigações realizadas, os dados obtidos, as metodologias e critérios utilizados para elaborar o mapa, sendo frequente incluir as classificações geológico-geotécnicas dos materiais, colunas de sondagens, folhas de resultados de ensaios e fotografias com aspectos de interesse geotécnico

36 REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO NO MAPA Atribuição de propriedades geológicogeotécnicas às diferentes unidades estabelecidas Delimitação as zonas homogéneas relativamente a propriedades individuais Zonamento em unidades geotécnicas homogéneas e indexando valores quantitativos Isolinhas de valores quantitativos

37 sondagens Exemplos de diagramas para representação de dados pontuais ensaios

38 APLICAÇÕES INFORMÁTICAS E SIG Tratamento automático dos dados Mapas de elementos ou factores individuais ou combinados entre si Preparação de bases de dados Actualização contínua dos mapas com dados e informação Preparação de modelos 3D e simulação de acções sobre o terreno

39 CORTES GEOTÉCNICOS Imprescíndíveis em projectos de fundações, barragens, obras subterrâneas, etc. González de Vallejo et al.(2004) Perfil de sectorização geomecânica de um túnel Profundidades pelo menos iguais às da região de trabalho Não incluir interpretações subjectivas

40 (Legenda perfil anterior) * ** * Ripável - Removível com rippers ** desmonte com explosivos

41 Os métodos de obtenção de dados com vista à criação de mapas geotécnicos devem incluir os métodos habituais em engenharia geológica, complementados com MÉTODOS DE PROSPECÇÃO INDIRECTA MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DIRECTA de acordo com o tipo e objectivo do mapa e da complexidade da zona em estudo. O tempo disponível também poderá condicionar a realização destes mapas. A fase final compreende SELECÇÃO, ANÁLISE, INTERPRETAÇÃO DOS DADOS

42 Método Foto-interpretação e teledeteção Reconhecimento e recolha de dados de Campo Métodos geofísicos Sondagens, valas e amostras Ensaios in situ Ensaios de laboratório Dados para cartografia geotécnica Cartografia de solos e rochas Estruturas geológicas Hidrologia e redes de drenagem Processos dinâmicos Aspectos geológicos e geomorfológicos Dados e medidas geológico-geotécnicas Resistividade eléctrica: Porosidade, fracturação, saturação, salinidade Profundidade do nível freático Profundidade do substrato rochoso Sísmica: Densidade, módulo de deformação Grau e profundidade de zonas alteradas Profundidade do substrato rochoso Colheita de amostras representativas Observação directa dos materiais Propriedades físicas e características do terreno Condições hidrogeológicas Propriedades resistentes e deformacionais Tensões naturais Permeabilidade, pressão de água Dados de ensaios em sondagens Propriedades físicas e mecânicas dos materiais

43 PLANEAMENTO DO TERRITÓRIO REGIONAL LOCAL E URBANO MAPAS INTEGRADOS COM DIVERSOS ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS (ESCALAS MÉDIA E PEQUENA) SELECÇÃO DOS LOCAIS ADEQUADOS, AMBIENTALMENTE FAVORÁVEiS OU SUSTENTÁVEIS SOLUÇÃO DE COMPROMISSO ENTRE ASPECTOS TÉCNICOS, ECONÓMICOS E AMBIENTAIS SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DURANTE AS FASES DE DESENVOLVIMENTO, PROJECTO E CONSTRUÇÃO

44 (González de Vallejo et al.,2004) Mapa geotécnico geral (Tenerife) A Muito expansivo B Expansivo C Ligeiramente expansivo D Não expansivo Afloramentos rochosos ou com coberturas < 2m

45 ENGENHARIA ESTUDOS PRÉVIOS OU DE VIABILIDADE PARA SELECÇÃO DE LOCALIZAÇÃO DE OBRAS OU DE TRAÇADOS INFORMAÇÃO E DADOS PARA O PROJECTO E CONSTRUÇÃO DA OBRA MAPA + CORTES OU PERFIS GEOTÉCNICOS (ESCALA GRANDE) Localização das sondagens e investigações realizadas Processos dinâmicos (deslizamentos e subsidências), áreas instáveis e riscos geológicos Aptidão geotécnica para fundações e suportes Taludes em escavações Localização e qualidade dos materiais de empréstimos

46 Cidade de Cartagena Murcia (González de Vallejo et al.,2004)

47 Legenda simplificada. Escala 1:15 000

48 Bibliografia recomendada Geological Society of London (1972). The preparation of maps and plans in terms of engineering geology. Qt. J1. Engineering Geology, voi 5, pp IAEG (1981). Rock and soils description and classification for engineering geological mapping. Report by the IAEG Commission on Engineering Geologi-cal Mapping. BulI. of the IAEG, n.º 24, pp UNESCO-IAEG (1976). Engineering geological mapping. A guide to their preparation. Commision on Engineering Geological Maps of the IAEG. Earth Sciences, 15. The Unesco Press. Referência principal da apresentação González de Vallejo, L.; Ferrer M.; Ortuño L. & Oteo C. (2004). Ingeniería Geológica. Pearson Educación, Madrid. 744 p.