Como referido em 3.4.3 a utilização do critério de rotura de HoekBrown permite estimar uma medida das propriedades de resistência e deformabilidade à escala do maciço rochoso com base em relações empíricas propostas e revistas em Hoek et al., (2002). Considerando que o maciço rochoso apresenta pontualmente comportamento isotrópico, a aplicação destas expressões pode ser feita com base nos seguintes parâmetros:
Resistência à compressão uniaxial dos elementos de rocha intacta que compõem o maciço rochoso (σci);
Uma constante mi associada às características friccionais dos elementos rochosos, função
principalmente da sua mineralogia;
O valor do índice GSI para o maciço rochoso;
Factor de perturbação (D) associado ao grau de perturbação a que o maciço se encontra (ou terá sido) sujeito;
A avaliação da RCUde maciços rochosos típicos de Flysch pode ser feita com base em ensaios de compressão uniaxial clássicos. No entanto a presença de planos de xistosidade, estratificação e fracturação tornam a recolha de amostras consideradas intactas extremamente difícil. Da presença
Local Estrutura descontinuidades Condição das GSI
2
Bancadas decimétricas de turbiditos grosseiros de fácies predominantemente grauvacóide. 5 famílias principais de
descontinuidades e aleatórias.
Paredes rugosas e ligeiramente
meteorizadas 55±5
Classe A Boa qualidade
3
Bancadas de xistos argilosos de baixa resistência alternando com estratos de grauvaque. 4 famílias principais de
descontinuidades e aleatórias.
Em geral paredes moderadamente rugosas e
meteorizadas
30±5
Classe E Média qualidade
4
Bancadas de xistos argilosos de baixa resistência alternando com estratos de grauvaque. 3 famílias principais de
descontinuidades e aleatórias.
Em geral paredes pouco a moderadamente rugosas e
meteorizadas 35±5
Classe E Média a boa qualidade
destes planos de fraqueza nas amostras ensaiadas resulta que o valor de σci obtido será bastante
subestimado e portanto não deve ser usado para o cálculo final (Marinos & Hoek, 2001).
Na avaliação da σci deverá ter-se em consideração a influência que a alternância de litologias mais e
menos competentes, terá na resistência global do mesmo. Considerando o maciço rochoso como uma alternância de xistos e grauvaques é necessário estimar um valor de σci para ambas as litologias.
Relativamente aos grauvaques (σci G) optou-se por utilizar a média dos resultados considerados em
laboratório, tendo-se obtido o valor final de 66,0 MPa que é considerado representativo. A σci dos
níveis xistentos (σciX), não se tendo conseguido obter uma medida com o martelo de Schmidt, foi
obtida com base em técnicas expeditas de campo de acordo com a proposta de Hoek & Brown (1997) que se apresenta na Tabela 7.19. Tendo em conta as observações de campo, é assim adoptado o valor médio de 0,5 MPa para as laminações pelíticas.
Classe (MPa) RCU Descrição
Extremamente resistente > 250 Amostra só pode ser lascada com martelo de geólogo.
Muito resistente 100 250 Fracturação da amostra após múltiplos golpes com martelo de geólogo. Resistente 50 100 Fracturação da amostra no mínimo com dois golpes do martelo de geólogo.
Moderadamente resistente 25 50 Fracturação após um único golpe com martelo de geólogo.
Fraco 5 25 Golpes com bico de martelo de geólogo deixam orifícios superficiais; Amostra pode ser marcada com canivete com dificuldade.
Muito fraco 1 5 martelo de geólogo; É facilmente marcada por canivete. Fragmentação da amostra mediante golpes com bico de Extremamente fraco 0,25 1 Amostra é riscada pela unha.
Ao considerar unicamente os valores obtidos para grauvaque, existe o perigo de sobrestimar a qualidade do maciço rochoso devido à presença das superfícies de baixa resistência que diminuem o contacto entre blocos de grauvaque. Pelo contrário, a utilização dos valores para xisto traduzir-se-á numa análise demasiado conservativa dada a presença de litologias cuja resistência é várias ordens de grandeza superior.
Marinos & Hoek, (op. cit.) propõem o cálculo de uma média ponderada com base no tipo de estrutura adoptado para o índice GSI. Assim, no caso da classe E tem-se que:
Tabela 7.19 Estimativa da RCU em rocha intacta com recurso a técnicas expeditas de campo (adaptado de
σ
ciPelo que, com base neste critério, o valor estimado de σci para o maciço rochoso nos locais 3 e 4 será
de 20,3 MPa. Relativamente ao local 2 não se considera necessária a aplicação desta metodologia uma vez que a arriba é aí talhada quase unicamente em turbiditos grosseiros, pelo que se considera neste caso o valor de 108 MPa obtido nos trabalhos de campo.
A avaliação do parâmetro mi deverá ser preferencialmente feita através da realização de ensaios
triaxiais (Hoek & Brown, 1997). No entanto esta metodologia implica as mesmas dificuldades associadas à amostragem e ensaio de meios heterogéneos, já identificadas para o ensaio de compressão uniaxial. Para estimativa deste parâmetro foi utilizada a proposta de Marinos & Hoek, (2001) que, através da realização de numerosos ensaios triaxiais sobre amostras intactas, generaliza uma gama de valores de mi para vários tipos de rocha (Anexo II). Tendo em conta os principais materiais rochosos
que constituem o maciço, considera-se um valor de mi de 12±4 para os locais 3 e 4 e de18±3 para o
local 2.
O factor de perturbação D é, segundo Hoek et al., (2002), normalmente associado ao tipo de processo de desmonte e respectivo controlo de qualidade utilizado na escavação de um maciço rochoso para qualquer projecto de engenharia (Anexo II). No caso de estudo a principal perturbação induzida ao maciço rochoso provém da subscavação por acção marinha na base das arribas, o que é se aproxima da situação aventada pelos autores na qual a escavação é feita por meios manuais ou mecânicos, sem recurso a explosivos. Assim, para efeitos de cálculo considera-se que o grau de perturbação é nulo (D=0,7).
A análise dos parâmetros resistentes do maciço rochoso é feita com recurso ao software RocLab ® da Rocscience Inc, baseado na última versão do critério de rotura de HoekBrown, datada de 2002 (Eberhardt, 2012):
= + σci(
)
[7.4]
Em que σ’1 e σ’3 correspondem às tensões efectivas principal e de confinamento na rotura,
respectivamente.
Para este efeito, para além da RCU obtida com base na equação [7.3], recorreu-se aos valores médios de GSI e mi definidos anteriormente para aplicação das relações integradas no mesmo critério,
obtendo-se as constantes empíricas mb, s e a. Estes dados foram então traduzidos em termos de coesão
e ângulo de atrito a partir de relações baseadas na regressão linear da curva obtida por resolução da equação [7.4] para um intervalo de tensões entre σt (tensão correspondente à resistência à tracção) e
σ’3max (tensão efectiva de confinamento máxima), conforme explicado por Hoek et al., (2002).
Os mesmos autores definem a resistência global do maciço rochoso (global rock mass strength) - σ’cm
,um conceito que pretende traduzir a resistência compressiva geral do sistema rocha intacta/descontinuidades. Os resultados são apresentados nas Tabelas 7.20 e 7.21.
Apresenta-se, como exemplo, o gráfico tensão normal (σn) tensão de corte (τ) para o local 4 com a
representação da curva obtida pela aplicação da equação [7.4] e a correspondente envolvente de Mohr- Coulomb (Figura 7.27)
Local Dados (input) Critério de Mohr Coulomb (output)
σci (MPa) D mi GSI c (MPa) ϕ (º)
2 108 0,7 18 55 5,137 29,73
3
20,3 0,7 12 30 0,445 16,25
4 35 0,515 18,17
Local σt (MPa) σ’cm (MPa) σc (MPa) E (MPa)
2 -0,105 17,698 4,034 5580,99
3 -0,003 1,187 0,100 485,50
4 -0,005 1,422 0,155 604,79
Tabela 7.20 Resultados obtidos pela avaliação realizada como software RocLab®.
Tabela 7.21 Parâmetros do maciço rochoso nos locais 2, 3 e 4 da praia da Zambujeira do
Mar obtidos com o software RocLab®
Figura 7.27 Representação gráfica (Roclab®) da aplicação do critério de Hoek-
Brown (a vermelho) e aproximação de Mohr-Coulomb (a azul) referentes ao maciço rochoso do local 4
Pode-se verificar que, para todos os parâmetros mecânicos obtidos, verifica-se uma diferença de uma ordem de grandeza entre o local 2 e os locais 3 e 4, justificada pela predominância de grauvaques praticamente sãos afectados por fracturas de paredes rugosas e pouco meteorizadas. Considera-se, no entanto, que os valores obtidos para os locais 3 e 4 são demasiado reduzidos tendo em conta a elevada altura das arribas. Ter-se-á, portanto subestimado a contribuição dos grauvaques em zonas em que a estrutura da arriba não é totalmente concordante com a classe E, nomeadamente devido à presença de zonas com maior presença de camadas de grauvaque.
Os parâmetros de resistência ao corte do maciço rochoso têm tendência a diminuir aquando da ocorrência de água. No caso do maciço rochoso avaliado este efeito é potenciado pela presença de material rochoso particularmente susceptível a maiores variações do teor em água, como é o caso dos níveis mais pelíticos. Acrescente-se que a existência de descontinuidades com enchimentos argilosos é igualmente desfavorável devido à rápida desintegração deste material em função da expansão e retracção dos minerais de argila derivados da alternância entre condições secas e húmidas. Tendo em conta que os trabalhos de campo se realizaram durante a estação seca, parte-se do pressuposto que os resultados obtidos pela análise realizada reflectem a ausência de água no maciço e não correspondem, portanto, às condições de análise mais desfavoráveis.