Factores e Riscos geológicos em Engenharia LEC 2006 LET

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1 Factores e Riscos geológicos em Engenharia LEC 2006 LET

2 Objectivos gerais Mineralogia e Geologia 1. Sensibilização para a importância da Geologia no âmbito das obras de engenharia civil e no planeamento e ordenamento do território, assim como nas actividades do quotidiano. 2. Conhecer os principais materiais e estruturas geológicos e os respectivos processos geradores. 3. Conhecer a natureza dos problemas ambientais decorrentes da actividade de Engenharia (antrópicos). 4. Conhecer os perigos dependentes dos fenómenos geológicos naturais. 5. Obtenção de uma linguagem de entendimento entre o Engº Civil/ Engº território e o especialista na área da geologia/geotecnia.

3 Introdução Mineralogia e Geologia Sensibilização para a importância da Geologia no âmbito das obras de engenharia civil e no planeamento e ordenamento do território, assim como nas actividades do quotidiano. Conhecer a natureza dos problemas ambientais decorrentes da actividade de Engenharia (antrópicos). Conhecer os perigos dependentes dos fenómenos geológicos naturais.

4 MEIO GEOLÓGICO MEIO ANTRÓPICO Quais são os factores distintivos? A escala geológica e a da engenharia O tempo geológico e o antrópico A linguagem geológica e a da engenharia

5 Factor tempo Geologia Escalas desde o cósmico até ao microscópico. O tempo mede-se em centenas de milhões de anos. Processos geológicos, como a orogénese, petrogénese, decorrem ao longo de milhões de anos Perigos naturais de grande magnitude têm, em geral, uma probabilidade muito baixa de ocorrência. Processos geológicos quase instantâneos ex. terramotos ou muito lentos ex. dissolução e a erosão. Engenharia Escalas espaciais e temporais à actividades humanas. medida das A acção antrópica pode acelerar ou modificar dramaticamente os processos naturais Muitas propriedades geotécnicas dos materiais geológicos - permeabilidade, alterabilidade, resistência, deformabilidade, etc., ou processos como a dissolução, subsidência, expansividade, etc., podem ser substancialmente modificados pela acção humana. Obras operacionais - 50 a 100 anos Segurança geológica/ambiental a anos Resíduos radioactivos > ano

6 Factor escala Geologia Engenharia Mapas (cartas) geológicos tem escalas compreendidas entre 1/ e 1/ As cartas geológicas regionais permitem identificar factores que, não estando representados na área específica do projecto, poderão ser importantes para observar aspectos geológicos regionais, ou a presença de perigos cujo alcance poderá afectar a zona em estudo. Escalas das obras varia geralmente entre 1/ e 1/500 ou é inferior. A Cartografia geotécnica, litológica ou temática, onde se representam descontinuidades, dados hidrogeológicos, materiais, etc., pode ter uma escala igual à do projecto.

7 Linguagem e outros factores distintivos Geologia Engenharia Devido à independência das terminologias próprias da geologia e da engenharia, cada área dá destaque a aspectos diferentes e os resultados são valorizados de modo distinto, de acordo com as suas especificidades próprias. Materiais anisotrópicos e heterogéneos, e apresentam propriedades muito variáveis e que sofrem alterações e modificações com o tempo. Quantificação numérica e a atribuição precisa das propriedades é difícil, ou às vezes impossível de modo a cumprir os requisitos de um projecto. Informação geológico-geotécnica - número limitado de reconhecimentos, ocasionando um factor de incerteza que afecta a maioria dos projectos. Materiais cujas propriedades variam muito pouco. Podem ser ensaiados em laboratório (betões, aços, etc.) e não existe variação significativa das propriedades com o tempo. Dados quantificáveis e susceptíveis de serem modelizados Grau de conhecimento muito preciso sobre os materiais de construção A utilização do conceito de coeficiente de segurança faz parte também da prática da engenharia geológica

8 Factores geológicos e Problemas geotécnicos

9 Princípio geral Devem existir soluções geotécnicas sempre que os factores geológicos condicionem o projecto de uma obra de engenharia. Em primeiro lugar, devido à sua maior importância, estão os riscos geológicos, cuja incidência pode afectar a segurança ou viabilidade do Projecto. Em segundo lugar estão todos aqueles factores geológicos cuja presença condicione técnica ou economicamente a Obra.

10 Risco Geológico Probabilidade de ocorrer um perigo de natureza gelógica. Factor Geológico Elemento de natureza geológica que concorre ou contribui para um resultado. O que determina ou executa.

11 Condições gerais que devem estar presentes num local de implantação de uma obra de modo a que possa ser considerado geológico e geotecnicamente favorável Ausência de processos geológicos activos que representem riscos inaceitáveis para o projecto. Adequada capacidade de suporte do terreno para a fundação das estruturas. Suficiente resistência dos materiais para manter a sua estabilidade em escavações superficiais ou subterrâneas. Disponibilidade de materiais para a construção de obras de terra. Estanquicidade das formações geológicas para armazenar água ou resíduos sólidos ou líquidos. Facilidade de extracção de materiais para a sua escavação.

12 Influência dos processos geológicos Riscos Geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Se quiseres saber mais

13 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Sismicidade Terramotos Tsunamis Movimentos do solo Roturas Deslizamentos Liquefacção Danos a populações e infra-estruturas Projecto anti-sísmico Medidas de prevenção Planos de emergência O que é um sismo? Onde ocorrem os sismos?

14 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Vulcanismo Erupções vulcânicas Alterações do relevo Tsunamis Terramotos Colapsos Movimentos de vertente Danos a populações e infra-estruturas Sistemas de vigilância Medidas de prevenção Planos de evacuação O que é um vulcão? Que tipos existem? Onde ocorrem?

15 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Empolamentos Subsidências Alterações morfológicas (longo prazo) Alterações na dinâmica litoral e no nível do mar (longo prazo) Medidas de controlo e vigilância O que é o empolamento? O que é a subsidência?

16 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Erosão Sedimentação Alterações geomorfológicas (médio prazo) Arrastamento e aumento da escorrência Colmatação Aumento do risco de inundações e deslizamentos Medidas de protecção em leitos e zonas costeiras O que é a erosão? O que é a sedimentação?

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18 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Movimentos de vertentes/ encostas Deslizamentos Desprendimentos Colapsos Mudanças morfológicas (curto e médio prazo) Desvio de leitos de rio Danos a populações e infra-estruturas Obstrução de leitos de rio Medidas de estabilização, controlo e prevenção Porque se instabilizam as vertentes? Quais os factores actuantes?

19 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Alterações do nível freático Alterações nos aquíferos Alteração das propriedades do solo Secagem e saturação em água excessiva Subsidência e instabilidade de vertentes Problemas em fundações Afectação de cultivos e regadios Medidas de drenagem O que é o nível freático? O que é um aquífero?

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21 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Processos tectónicos Tensões naturais Sismicidade Instabilidades Explosões de rocha em minas e túneis profundos Deformações em obras subterrâneas (longo prazo) Concepção do projecto em túneis e minas O que é a tectónica? Como reagem as rochas às tensões aplicadas?

22 Riscos Geológicos e Engenharia Influência dos processos geológicos na engenharia e no meio ambiente Quais os Processos Geológicos? Quais os Efeitos sobre o meio físico? Quais os Problemas geoambientais e como actuar? Processos geoquímicos e geofísicos Altas temperaturas Anomalias térmicas Presença de gases Emissão de radiações Riscos de explosão Riscos de saúde Dificuldade de execução em obras subterrâneas O que é o gradiente geotérmico? Que gases liberta a Terra?

23 SERÁ QUE VALE A PENA ARRISCAR? QUANTO CUSTA PREVENIR?

24 Factores Geológicos e Engenharia LITOLOGIA Tipos de rochas Influência da litologia no comportamento geotécnico dos terrenos Litologia Propriedades típicas Problemas geotécnicos Rochas duras Rochas brandas Minerais duros e abrasivos Resistência média a baixa Minerais alteráveis Abrasividade Dificuldade de escavação Roturas em taludes Deformabilidade em túneis Alteração das propriedades com o tempo Solos duros Resistência média a alta Problemas nas fundações com argilas expansivas e com estruturas instáveis Solos brandos Solos orgânicos/ biogénicos Resistência baixa a muito baixa Compressibilidade alta Estruturas meta-estáveis Assentamentos de fundações Roturas em taludes Subsidência e colapsos

25 Subsidência Rotura de vertentes

26 Factores Geológicos e Engenharia ESTRUTURAS GEOLÓGICAS Estruturas geológicas e problemas geotécnicos Estruturas geológicas Falhas e fracturas Planos de estratificação Diaclases Dobras Foliação, xistosidade Propriedades típicas Superfícies muito contínuas; espessura variável Superfícies contínuas; pequena separação Superfícies pouco contínuas, fechadas ou pouco separadas Superfícies de grande continuidade Superfícies pouco contínuas e fechadas Problemas geotécnicos Roturas, instabilidades, acumulação de tensões, infiltrações e alterações Roturas, instabilidades e infiltrações Roturas, instabilidades, infiltrações e alterações Instabilidade, infiltrações e tensões condicionadas pela orientação Anisotropia em função da orientação O que é uma estrutura?

27 Falha Estratificação e diaclases Dobra simples Dobra complexa

28 Factores Geológicos e Engenharia Efeitos dos processos geológicos relacionados com a água e sua incidência geotécnica Processos geológicos Dissolução Erosão- Transporte Reacções químicas Alterações PAPEL DA ÁGUA Efeitos sobre os materiais Perda de material em rochas e solos solúveis Carsificação Perda de material e lixiviação Erosão interna Ravinamento Modificação da composição química Modificação das propriedades físicas e químicas Cavidades Colapsos Problemas geotécnicos Quedas e colapsos Assentamentos escavações Aterros Ataque a cimentos, inertes, metais e rochas Perda de resistência Aumento da deformabilidade e da permeabilidade Ainda dizem que a água é mole!!!

29 Dissolução em calcários - carsificação Erosão e escavação Ataque químico do betão Alterações

30 RESUMO Informação mais importante a reter dos quadros anteriores: Os factores geológicos são a causa da maioria dos problemas geotécnicos. A água é um dos factores de maior incidência no comportamento geotécnico dos materiais. Os processos geológicos podem modificar o comportamento dos materiais, incidindo sobre o meio físico, e ocasionar problemas geotécnicos.

31 A Geologia nas grandes obras de Engenharia Objectivo final Qualidade, segurança e economia da obra. Exige Custos adicionais no projecto e Tempo adicional para a execução da obra Constatações O estudo dos dados geológicos e os trabalhos de prospecção geológica, quando devidamente dimensionados são menos dispendiosos que os prejuízos causados nas obras em que os mesmos são ignorados; Três vezes em cada quatro, as condições geotécnicas existentes são influenciadas pela presença da água; É preciso ter sempre em consideração o tipo de argilas presentes e do seu comportamento em função do tempo; As possíveis perturbações causadas pelos fenómenos sísmicos podem arruinar as obras, se tal possibilidade não for tida em consideração.

32 A Geologia nas grandes obras de Engenharia Obras que podem exigir estudos geotécnicos Vias de comunicação, aeródromos, pontes e viadutos Planeamento regional e urbano Aproveitamentos hidráulicos Captação de águas e condutas de líquidos e gases Trabalhos fluviais e marítimos Protecção do ambiente Natureza da rochas. Estado de alteração. Estado de fracturação. Estado de tensão. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

33 Planeamento e Ordenamento do Território Obras e actividades que podem exigir estudos geológicos Localização, exploração e aproveitamento de matérias primas Polos de desenvolvimento regional Localização de aquíferos para abastecimento público Localização de empreendimentos e de estruturas sem pôr em causa a segurança e o aproveitamento dos restantes recursos Localização de aterros sanitários e de actividades sensíveis Natureza da rochas. Recursos. Estruturas. Riscos geológicos. Condicionalismos locais.

34 Anexo Metodologia de Trabalho no domínio da Engenharia Geológica

35 Metodologia utilizada em Engenharia Geológica A AZUL A ÁREA ABRANGIDA POR MINERALOGIA E GEOLOGIA 1.Identificação de materiais e processos. Definição da geomorfologia, estrutura, litologia e condições da água subterrânea. 2.Investigação geológica-geotécnica do subsolo 3.Distribuição espacial de materiais, estruturas e descontinuidades 4.Condições hidrogeológicas, tensionais e ambientais 5.Caracterização de propriedades geomecânicas, hidrogeológicas e químicas 6.Caracterização dos materiais geológicos utilizados na construção, extracção de recursos naturais e trabalhos de protecção do meio ambiente 7.Comportamento geológico-geotécnico segundo a construção do projecto 8.Avaliação do comportamento mecânica e hidráulico de solos e maciços rochosos. Previsão das alterações das propriedades anteriores com o tempo 9.Determinação dos parâmetros que devem ser utilizados nas análises de estabilidade para escavações, estruturas de terras e fundações 10.Avaliação dos tratamentos do terreno para a sua melhoria face a infiltrações, assentamentos, instabilidades de taludes, desmoronamentos, colapsos, etc. 11.Considerações face a riscos geológicos e impactos ambientais 12. Verificação e adaptação dos resultados do projecto às condições geológico-geotécnicas encontradas na obra. Instrumentação e auscultação.