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SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS APLICADOS ÀS UNIDADES

INFERIORES DO GRUPO BAMBUÍ

Conference Paper · May 2018

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Archange Michael Ilambwetsi

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Eduardo Antonio Gomes Marques

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SISTEMAS DE CLASSIFICAÇÕES GEOMECÂNICAS APLICADOS ÀS UNIDADES INFERIORES DO GRUPO BAMBUÍ

GEOMECHANICAL CLASSIFICATION SYSTEMS APPLIED TO BOTH UNITS OF THE BAMBUÍ GROUP

Ilambwetsi, Archange Michael; Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – Minas Gerais, Brasil,

i.archange2@gmail.com

Marques, Eduardo Antonio Gomes; Universidade Federal de Viçosa, Viçosa – Minas Gerais, Brasil, eagmarques1965@gmail.com

Leão, Marcio Fernandes; Universidade Federal do Rio de Janeiro – LEMETRO – Rio de Janeiro, Brasil, marciotriton@hotmail.com

RESUMO

Maciços rochosos são essencialmente compostos por um conjunto de blocos de rochas justapostos e descontinuidades. Estes dois aspectos são primordiais no que diz respeito ao comportamento geomecânico do mesmo. Existem ferramentas interessantes para definir o comportamento e a qualidade do maciço rochoso tais como os sistemas de classificações geomecânicas. Essas classificações são indispensáveis para os projetos conceituais de obras de engenharia como, por exemplo: pontes, barragens, tuneis, minas a céu aberto, entre outros. No presente trabalho, estudou-se a utilização de dois sistemas de classificações geomecânicas (RMR e GSI) para qualificar e quantificar o comportamento de dois maciços rochosos carbonáticos da Formação Sete Lagoas. Para fins de comparação, esses dois sistemas são aplicados em unidades rochosas distintas, os calcarenitos e calcilutitos da Unidade Pedro Leopoldo, nas imediações da cidade de Belo Horizonte (Minas Gerais - BR). Pela comparação, observou-se uma semelhança nos resultados entre as unidades analisadas, embora sejam elas de fácies sedimentares distintas. A unidade Pedro Leopoldo de fácies calcarenitos (Afloramento I), considerada como um fluxo detrítico basal apresentou uma nota de classificação, tanto para RMR quanto para GSI observado em campo, um pouco maior do que a de fácies calcilutito, considerada um ambiente marinho raso (ambiente plataformal), mas ambas na mesma classe de maciço. Cabe ressaltar que o resultado motiva a adoção de critérios que correspondam melhor às características dessas rochas, ainda carentes de bibliografia técnica, permitindo a representação adequada das características dos respectivos maciços rochosos.

ABSTRACT

Rocky massifs are essentially composed by sets of juxtaposed rock blocks and discontinuities. These two aspects are primordial with respect to the geomechanical behavior. There are interesting tools for defining rock mass behavior and quality such as geomechanical classification systems. These classifications are indispensable for the conceptual projects of engineering works such as bridges, dams, tunnels, open pit mines, among others. In the present work, the use of two geomechanical classification systems (RMR and GSI) was studied to qualify and quantify the behavior of two rocky rocky masses of the Sete Lagoas Formation. For comparison purposes, these two systems are applied in distinct rocky units, the calcarenites and calcilutites of the Pedro Leopoldo Unit, in the vicinity of the city of Belo Horizonte (Minas Gerais - BR). By comparison, a similarity was observed in the results between the analyzed units, although they are of different sedimentary facies. The Pedro Leopoldo unit of calcarenite facies (Outcrop I), considered as a basal detrital flow, presented a classification note for both RMR and GSI observed in the field, slightly higher than that of calcilutito facies, considered a shallow marine environment ( environment), but both in the same mass class. It should be emphasized that the result motivates the adoption of criteria that correspond better to the characteristics of these rocks, still lacking technical bibliography, allowing an adequate representation of the characteristics of the respective rocky masses.

1- INTRODUÇÃO

Nas fases preliminares de desenvolvimento de um projeto de obra geotécnica ou de engenharia civil, o conhecimento das caracterizações geomecânicas é fundamental nas escolhas de tipos de execução a serem feitos para que as mesmas sejam viáveis economicamente e seguras. A caracterização e aplicação de classificações geomecânicas dos maciços rochosos são profusamente exploradas nas áreas de geologia de engenharia, engenharia civil e geotecnia e têm como propósito obter uma nota avaliativa que representará a qualidade e resistência do maciço rochoso a ser estudado, com possibilidade de torná-lo, após tratamento, seguro para execução de obras de mineração, estabilidade de taludes, tuneis entre outros.

O presente trabalho tem como finalidade estabelecer, para os maciços rochosos encontrados nas proximidades da cidade de Belo Horizonte / Minas Gerais (Brasil), uma comparação entre dois sistemas de classificação geomecânica, a saber, o método RMR e GSI, com objetivo de escolher qual representa melhor as características dos maciços rochosos avaliados.

O método de classificação RMR (Rock Mass Rating) desenvolvido por Bieniawski (1974) fornece uma avaliação geral da qualidade e previsão do tempo relativo de auto-sustentação do maciço rochoso. Ele leva em consideração as condições e tipos de descontinuidades, resistência à compressão simples e ação das águas tanto subterrânea como superficial. Por outro lado, o método de classificação GSI (Geological Strength Index), criado por Hoek (1994), é baseado na estimativa de análise visual dos parâmetros de resistência do maciço rochoso em diferentes condições geológicas.

A área em estudo, delimitada em verde na Figura 1, localiza-se no centro sul do estado de Minas Gerais, entre as coordenadas (WGS 84-fuso 23K) E: 587517, 593112, 618026, 612724 e N: 7843382, 7847046, 7820686, 7816105, e dista 32 km de Belo Horizonte. O acesso a partir de Belo Horizonte pode ser feito de duas maneiras: a primeira é através da rodovia MG – 424 (sentido Sete Lagoas) até à entrada da cidade de São José da Lapa, dando acesso ao afloramento clássico da unidade geológica Carrancas no Km 30; a segunda é pela rodovia MG – 010, Linha Verde, no sentido do aeroporto internacional Tancredo Neves, na cidade de Confins.

Figura 1 – Localização da área de estudo

2- MATERIAIS E MÉTODOS

No presente trabalho realizou-se uma investigação em dois afloramentos: o afloramento I, com uma altura de 6 metros , localizado na MG – 464 nas imediações da cidade de São José da Lapa a 32 km de Belo Horizonte; o afloramento II, com 6 metros de altura, localize-se na MG – 010 na entrada da cidade de Vespasiano.

2.1- Sistema de classificação geomecânica RMR

O sistema de classificação geomecânica RMR, inicialmente sugerido por Bieniawski (1974), sofreu durante muitos anos vários aprimoramentos com inclusão e modificações de alguns parâmetros até a sua recente versão publicada em Bieniawski (1989) que será utilizada nesse presente trabalho (Tabela 1). O sistema de classificação geomecânica RMR, segundo Bieniawski (1989), visa a diferenciar os parâmetros mais importantes que influenciam o comportamento do maciço rochoso, como é ilustrado na Tabela 1; dividir e agrupar o maciço rochoso em classes de comportamentos estruturais e geotécnicos semelhantes; facilitar e fortalecer o entendimento das características geomecânicas do maciço como todo; e padronizar a nomenclatura da caracterização de cada classe (Tabela 2).

Tabela 1 - Critérios de avaliação RMR para maciço rochoso (Bieniawski,1989)

Parâmetros Coeficientes “continua”

1

Resistência da rocha intacta

Point Load (MPa) > 10 4-10 2-4 1-2

Ver compressão uniaxial

5-25 1-5 < 1 Compressão

uniaxial (MPa)

>250 100-250 50-100 25-50 5-25 1-5 <1

Pesos 15 12 7 4 2 1 0

2 R.Q.D 90-100% 75-90% 50-75% 25-

50% <25 %

Pesos 20 17 13 8 3

3 Espaçamento das descontinuidades >2 m 0,6-2 m 200-600 mm 60-200 mm <60 mm

Pesos 20 15 10 8 5

4

Condição das descontinuidades (ver

Tabela)

Superfícies muito

rugosas, não contínuas,

sem separação, paredes de rocha não alterada

Superfícies ligeiramente

rugosas, separação <

1 mm, paredes

ligeiramente alterada

Superfícies ligeiramente

rugosas, separação < 1 mm, paredes

muito alteradas

Superfícies polidas ou

enchimento com espessura

< 5 mm ou juntas

contínuas com separação 1-5

mm

Enchimento mole com

espessura > 5 mm ou

juntas contínuas

com separação >

5 mm Pesos 30 25 20 10 0

Parâmetros Coeficientes “conclusão”

5 Presença de água

Caudal por 10 metros de

comprimento do túnel

Nenhum < 10 l/min 10-25 l/min 25-125 l/min >125 l/min

Relação da pressão da

água vs tensão

principal máxima

0 <0,1 0,1-0,2 0,2-0,5 >0,5

Condições gerais

Completamente seco

Água intersticial Úmido

Escorrimentos

Entrada de água

Pesos 15 10 7 4 0

O sistema de classificação RMR, nesse caso, resulta na somatória de todos os pesos dos parâmetros geomecânicos do maciço rochoso. A tabela abaixo apresenta diferentes resultados obtidos por cada parâmetro de caracterização para achar a nota avaliativa pelo RMR a saber:

��� � �� � �� � � � � � ��

em que;

��: Resistência da rocha intacta,

��: RQD

�: espaçamento das descontinuidades

[1]

�: condições das descontinuidades

��: presença da água

Tabela 2 – classificação do maciço rochoso estimada na soma de todos os parâmetros geomecânicos (modificado por Bieniawski, 1989)

Classe I II III IV V

Descrição MUITO BOM BOM REGULAR RUIM MUITO RUIM

Soma dos pesos

100 a 81 80 a 61 60 a 41 40 a 21 <20

2.2- Sistema de classificação geomecânica GSI

Em 1995, Hoek introduziu o Índice de Resistência Geológica que é um sistema de classificação para determinar a resistência de um maciço rochoso, sujeito a diferentes condições geológicas. Inicialmente, ele não foi criado com o objetivo de classificar maciços rochosos, mas devido a algumas semelhanças com os sistemas RMR e Sistema – Q observou-se que ele poderia ser utilizado para tal finalidade (Santos, 2015). A determinação do valor de GSI leva em consideração basicamente a estrutura e a qualidade da superfície da rocha como ilustra a Figura 2. A avaliação visual in-situ e a qualidade da superfície do maciço rochoso são ferramentas indispensáveis e relevantes para estimar a resistência e estabilidade do maciço investigado.

O GSI por ser um parâmetro or ser não preciso pois releva das avaliações visuais e conceituais feitas durante a investigação de campo ou seja, ele é estimado. Desse modo, a classificação de Bieniawski (RMR), de 1989, também pode ser usada na estimativa do GSI, no entanto é necessário fazer um ajuste para obter uma estimativa de valor mais confiável. Esse ajuste é dado pela expressão:

GSI= RMR(89) – 5

Figura 2 – Critérios de avaliação GSI com bases em observações feitas no maciço rochoso (traduzido por Hoek et al., 2013)

[2]

3- RESULTADOS

Nesse item apresenta-se, em primeiro lugar, a classificação geomecânica dos dois afloramentos investigados empregando-se os dois de sistemas de classificação, o RMR e GSI. Em seguida, mostra-se uma nota avaliativa para cada afloramento conforme o método nele aplicado. E, por fim, faz-se uma estimativa comparacional entre os dois sistemas de classificações com ênfase maior para o sistema mais conservador.

Nas proximidades do município de São João de Lapa, afloram, com cerca de 6 metros de espessura, rochas da Formação Sete Lagoas (Membro Pedro Leopoldo), ao longo de uma extensão de cerca de 200, constituído por carbonatos de retrabalhamento pois o ambiente deposicional era uma rampa plataformal de ambiente marinho raso. Esse afloramento (Afloramento I) é constituído por calcarenito na base (até 2 m) e por calcilutito nas partes intermedias e superior (Figura 3).

Figura 3 – Afloramento II nas proximidades da cidade de São José da Lapa

O valor do parâmetro RMR do afloramento I é igual a 72, nota que descreve o maciço como BOM (classe II). O sistema de classificação GSI, pela equação [2], apresenta valor igual a 67. Pelas observações feitas em campo, o GSI do afloramento I encaixa-se na faixa de valor entre 70 e 60, ilustrado na Figura 4.

Figura 4 – Intervalo de valores GSI para o maciço do afloramento I baseando-se em observações e descrições de campo

O afloramento II é composto essencialmente por calcários tipo calcilutito ou seja, calcários de retrabalhamento com presença de argilas, pertencentes ao Membro Lagoa Santa (Formação Sete Lagoas) e aflora na cidade de Vespasiano. As estruturas primárias do tipo laminação plano paralela são, ainda, presentes e comuns no afloramento ilustrado, como se observa na Figura 5.

Figura 5 – Vista frontal do afloramento II na entrada da cidade de Vespasiano próximo a MG – 010

O sistema de classificação RMR para esse afloramento resultou em um valor 65 que avalia o tal maciço rochoso como sendo BOM (classe II), de forma semelhantemente ao encontrado para o afloramento I anteriormente descrito.

No que diz respeito ao sistema GSI, a investigação visual levou a estabelecer uma faixa ou intervalo de valor entre 65 e 60 (Figura 6). De novo, a classificação GSI de campo, mostrada na Figura 4, resultou em valores semelhantes aos que teriam sido encontrados pela aplicação da equação [2] (RMR -5). Isso mostra que ambos os sistemas são adequados à classificação do maciço avaliado.

Figura 6 – Intervalo de valores GSI para o maciço do afloramento I baseando-se em observações e descrições de campo

A Figura 7 ilustra uma correlação do sistema GSI dos dois afloramentos (I e II), a partir das figuras 5 e 6, com intuito de avaliar os seus comportamentos que, como pode se ver, tendem a assemelhar-se apesar das suas diferenças composicionais.

Figura 7 – Intervalo de valores GSI para o maciço do afloramento I e II baseando-se em observações e descrições de campo

4- CONCLUSÃO

Os dois sistemas de classificação geomecânica RMR e GSI, para os afloramentos investigados, apresentaram semelhanças no que diz respeito à avaliação dos maciços rochosos.

Para o sistema RMR, os afloramentos I e II foram classificados como maciço BOM e de classe II.

O sistema classificação GSI de campo corresponde, de modo geral, em valores semelhantes aos que teriam sido encontrados pela aplicação da equação [2]; e também para o afloramento II, esse sistema de classificação apresenta valor semelhante ao RMR.

Para o afloramento II, tanto o sistema RMR quanto o sistema GSI são adequados para classificá-lo. A opção de um dos dois sistemas seria a critério do projetista de obra.

No entanto, o afloramento I apresenta valor diferente para os dois sistemas de classificação com GSI inferior a RMR. Pela segurança e estabilidade do maciço, faz-se relevante a utilização do sistema GSI pois tem valor de avaliação mais conservador.

Portanto, não há variação significativa entre os dois sistemas de classificação geomecânicas (RMR e GSI) ambos apresentam semelhanças no que diz respeito à avaliação dos dois maciços rochosos.

AGRADECIMENTOS

Sincero e respeitoso agradecimento a Fundação Artística Cultural e Educacional de Viçosa (FACEV) pelo apoio financeiro à pesquisa.

REFERÊNCIAS

Bieniawski, Z.T. (1974) – Geomechanics Classification of Rock Masses and its Applications in Tunneling. 3rd International Congress of Rock Mechanics, ISRM, Denver, pp. 27-32.

Bieniawski, Z.T. (1989) – Engineering Rock Mass Classification. A Complete Manual for Engineers and Geologists in Mining, Civil and Petroleum Engineering, USA, pp. 251p.

Deere, D. U. e Miller, R. (1966) – Engineering classification and index properties for intact rock. Technical Report, Air Force Weapons Laboratory, vol. 1, pp. 65–116.

Deere, D.U., Hendron, A.J., Patton, F.D. and Cording, E.J. (1967) – Design of surface and near surface construction in rock. 8 th U.S Symposium Rock Mechanic, Failure and Breakage of Rock, pp. 237-302.

ISRM (2007) – Suggested Method for Point Load Strength. Rock Mechanics Journal, pp. 53-59.

Hoek, E. (1994) – Strength of rock and rock masses. ISRM News Journal, pp 4-16.

Hoek, E., Kaiser, P.K. e Bawden, W.F. (1995) – Support of Underground Excavations in Hard Rock, Balkema, Rotterdam.

Hoek, E., Carter, T.G. e Diederichs, M.S. (2013) – Quantification of the Geological Strength Index Chart. 47th US Rock Mechanics, Geomechanics Symposium held in San Francisco, California, USA.

Redondo, F. (2003) – Classificação probabilística do padrão geomecânico de um maciço rochoso mineralizado com base no índice RQD. Dissertação de mestrado, Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, São Paulo, Brasil, pp. 80.

Santos, T. B. (2015) – Aplicabilidade das classificações geomecânicas e retroanálises para estimação das propriedades dos maciços rochosos. Dissertação de mestrado, Departamento de Engenharia de Minas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral, PPGEM. Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil.

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