A caracterização geotécnica de terrenos visa determinar a sua natureza e os respetivos atributos físicos, mecânicos e, às vezes, hidráulicos, identificando eventuais aspetos particulares das formações que os constituem. Pretende-se, deste modo, obter as propriedades físicas, mecânicas e hidráulicas dos maciços e a gama de variação dos respetivos parâmetros, fundamentais para o dimensionamento em engenharia.
A caracterização de terrenos segue, regra geral e no contexto das diversas fases de estudo de uma dada obra geotécnica, a sequência metodológica seguinte: recolha bibliográfica, estudo fotogeológico, reconhecimento de campo, prospeção e amostragem, ensaios in situ e de laboratório. Na figura 1.8 representa-se genericamente esta metodologia exemplificando, para cada uma das fases, os potenciais procedimentos e alternativas disponíveis. A compilação da bibliografia existente permite adquirir informações que condicionarão as etapas seguintes do trabalho, no sentido de obter a confirmação de alguns parâmetros e a necessidade de adquirir dados novos.
O trabalho de campo permite conhecer as condições in situ, como as relacionadas com a hidrogeologia ou geomorfologia e clima, elaborar os perfis dos maciços, com o levantamento das características das descontinuidades e a realização de ensaios no local recorrendo, por exemplo, ao martelo de Schmidt ou à determinação expedita do ângulo de atrito das descontinuidades. Os trabalhos de campo contribuem ainda para refinar os locais de amostragem.
O complemento da caracterização dos maciços faz-se também recorrendo à prospeção geofísica e/ou mecânica. A primeira, dadas as suas particularidades, permite abranger a baixo custo e rapidamente áreas maiores, determinando a espessura da camada de meteorização, o estado de fracturação/meteorização do maciço e a profundidade da rocha-mãe, através do estudo, regra geral, da propagação de ondas sísmicas ou da resistividade elétrica dos terrenos. A prospeção mecânica permite o acesso direto aos maciços através de valas, trincheiras, poços ou sondagens, viabilizando a amostragem de materiais não perturbados e a realização de ensaios in situ para determinação de algumas propriedades mecânicas e hidráulicas. A utilização de métodos geofísicos conjugados com
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os mecânicos, como é o caso da realização de prospeção geofísica ao longo de furos de sondagens, permite detalhar o conhecimento das condições de fracturação, da resistência e/ou do estado de meteorização ao longo de certos trechos de sondagens, tendo sido utilizada com sucesso no estudo de maciços gabróicos em locais de difícil acessibilidade como, por exemplo, junto de dorsais oceânicas (Bartezko et al., 2005). O mesmo tipo de associação acontece na realização do ensaio do cone sísmico, SCPT – Seismic Cone Penetration Test, que combina a técnica da sísmica direta ao longo de um furo (downhole) com a realização do ensaio CPT em solos.
Figura 1.8 - Esquema genérico da metodologia adotada na caracterização geotécnica de terrenos
Os ensaios laboratoriais, que se regem por procedimentos normalizados, permitem obter as propriedades das rochas/solos que contribuem para quantificar o conhecimento dos maciços rochosos e dos respetivos perfis de meteorização e, portanto, contribuir para a modelação do comportamento geotécnico.
Como referido na caracterização dos perfis de solos, recorre-se frequentemente a técnicas laboratoriais de caracterização química e mineralógica, nomeadamente difração e fluorescência de
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raios X, que servem de indicador para a quantificação da meteorização e da maturidade dos solos resultantes. Em maciços ígneos, é frequente o uso de índices químicos na análise de perfis de meteorização (Duarte, 2002), (Ng et al., 2001) e (Fiantis et al., 2010). A variação destes índices em profundidade reflete a maior ou menor intensidade de meteorização e, consequentemente, de maturidade dos produtos resultantes, sempre na dependência de fatores externos, nomeadamente do clima. Na tabela 1.3 resumem-se os índices químicos de meteorização mais comuns para rochas ígneas, maioritariamente ácidas, com todos os rácios a referirem-se a proporções moleculares. Na bibliografia consultada não é clara a distinção entre a aplicação destes índices e a mineralogia da rocha, uma vez que se verificou a sua aplicação para granodioritos (Ceryan, 2009), granitos (Ng, et al., 2000), cinzas vulcânicas (Fiantis et al., 2010), rochas metamórficas félsicas (Price & Velbel, 2003) e solos vulcânicos básicos europeus, incluindo os do arquipélago dos Açores (Taboada, et al., 2007) . Os índices traduzem a mobilidade de alguns elementos químicos, o seu enriquecimento ou empobrecimento com o aumento da meteorização, mas não parecem evidenciar especificamente a suscetibilidade dos minerais máficos à meteorização. A relação SiO2/Al2O3 é um bom indicador para o
grau de meteorização dos feldspatos, mas não consegue por si só distinguir se estes constituem uma rocha granítica ou gabróica. A mais-valia deste tipo de análise parece estar na possibilidade de reconhecer o grau de maturidade dos solos resultantes da meteorização. Regra geral, o aumento da meteorização das rochas ígneas provoca um empobrecimento em alguns óxidos, nomeadamente os de ferro, alumínio e magnésio (Indra, 2006) .
Tabela 1.3 - Resumo dos índices de meteorização utilizados mais frequentemente em rochas ígneas, modificado de (Price & Velbel, 2003).
Índice Fórmula
Valor ótimo Valor ótimo
Autores rocha sã, W1
rocha decomposta,W5
R SiO2/Al2O3 >10 0 (Ruxton, 1968)
SFOR SiO2/Fe2O3 - - (Gerard, 1992)
WIP 100*((2Na2O/0,35)+(MgO/0,9)+(2K2O/0,25)+(CaO/0,7)) >100 0 (Parker, 1970)
V (Al2O3+K2O)/(MgO+CaO+Na2O) <1 ∞ (Vogt, 1927)
CIA 100*(Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)) ≤50 100
(Nesbitt & Young, 1984) CIW 100*(Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O)) ≤50 100 (Harnois, 1988)
PIA 100*((Al2O3-K2O)/(Al2O3+CaO+Na2O-K2O)) ≤50 100 (Fedo et a.,1995)
STI 100*((SiO2/TiO2)/((SiO2/TiO2)+(SiO2/Al2O3)+(Al2O3/TiO2))) >90 0
(da Jayawardena & Izawa, 1994) PWI 100*(SiO2/(TiO2+Fe2O3+SiO2+Al2O3)) >50 0 (Souri et al., 2006)
R – Ruxton ratio; WIP – Weathering index Parker; SFOR – Silica Ferric Oxide Ratio; PWI – Product of weathering index; V – Vogt residual index; CIA – Chemical index of alteration; CIW – Chemical index of weathering; PIA – Plagioclase index of alteration; STI – Silica titanium index
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Muitos outros índices podem ser calculados para caracterizar a meteorização (Gerard, 1992), importando no entanto perceber a sua aplicabilidade às condições e especificidades do maciço em estudo. No capítulo de apresentação de resultados serão tecidas algumas considerações relativamente à aplicabilidade destes índices aos gabros em estudo dado que, face ao quimismo destas rochas, considera-se que alguns dos índices apresentados, como o R, o CIW ou o PIA poderão não se revelar adequados.
Está atualmente disponível uma vasta gama de informação sobre os métodos de caracterização de maciços em formato, quer analógico, quer digital em acesso livre na Internet. De entre alguns dos que se consideram mais abrangentes e completos, e especificamente para o âmbito do presente trabalho, referem-se o capítulo 4 de (Janeiro, 2000), o manual de (Mayne et al, 2001), a circular de (Sabatini et al., 2002), e ainda os trabalhos de (Ng et al., 2000) e (Vallejo & Ferrer, 2011).
Como é óbvio, as metodologias adotadas devem adequar-se às condicionantes da área e à finalidade do estudo em referência, sendo por isso ajustáveis. Deve considerar-se ainda o tipo de terreno, particularmente no caso da prospeção mecânica e dos ensaios de campo e laboratoriais. A definição do tipo de ensaios a realizar depende do tipo de terreno a caracterizar. Por exemplo, a realização de ensaios para determinar a resistência à penetração dinâmica em sondagens através do ensaio SPT - Standard Penetration Test, é indicada para maciços terrosos, em particular os arenosos, ou apenas nas zonas mais meteorizada dos maciços rochosos.
A metodologia adotada na presente investigação para caraterizar os maciços de gabros da área em referência, baseou-se na informação compilada e descrita nesta secção tendo sido adaptada às situações concretas de trabalho e respetivas condicionantes, nomeadamente económicas e temporais. Essa metodologia será detalhada adiante, no Capítulo 3.