Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente

Mecânica das Rochas I

Turma 2011

Questões 1 a 3 – Analisar as imagens e preencher as informações faltantes nas Tabelas.

Questão 1) Citar dois fatores característicos para estruturas tipo falha, que resultam em

problemas geotécnicos enunciados na Tabela 1.

Estruturas Geológicas Fatores Característicos Problemas Geotécnicos

Falhas e Fraturas –

Imagem 1

1. Superfície muito continua Rupturas. Instabilidades.

Acumulação de tensões.

Infiltrações e Alterações.2. Espessura variável

Imagem 1 (Falha): Falha Normal

Questão 2) Citar quatro potenciais problemas geotécnicos resultantes de descontinuidades

que apresentam características citadas na Tabela 2.

Estruturas

GeológicasFatores Característicos Problemas Geotécnicos

Descontinuidades –

Imagem 2

Superfícies pouco contínuas;

Pouca separação.

1. Rupturas

2. Instabilidades

3. Aumento de tensões

4. Infiltração e alterações

Imagem 2: Estratos e diáclases

Questão 3) Citar dois fatores característicos para rochas brandas, que resultam em problemas

geotécnicos conforme Tabela 3.

Litologia Fatores Característicos Problemas Geotécnicos

Rochas Brandas

1. Resistência média a baixa. Rupturas em taludes – Imagem 3.

2. Minerais alteráveis.Deformabilidade em túneis.

Propriedades variam com o tempo.

Questão 4. Ocorreu um deslizamento na superfície de uma falha existente em uma pedreira

de rocha dura (agregado) – Imagem 3. Pede-se explicar:

Imagem 3 – Superfície de escorregamento

4.1) Por que a ocorrência desta feição pode indicar que outra similar possa ser encontrada

com o desenvolvimento da lavra? (modificar)

A resistência dos maciços rochosos está em função da resistência da matriz rochosa e das

descontinuidades, sendo ambas extremamente variáveis, e das condições geoambientais em

que o maciço se encontra, como as tensões naturais e as condições hidrogeológicas. Além

disso a determinação da resistência da matriz rochosa ou de uma descontinuidade pode ser

realizadas por ensaios de laboratório ou in situ.

Sabendo disso e se tratando de uma rocha dura (agregado) quem tem um caráter rígido e

resposta frágil as tensões, temos que todo o corpo compartilha das mesmas características

podendo existir descontinuidades seguintes.

4.2) Por que o encontro de uma feição geológica adversa como esta é menos significativa

numa pedreira do que num corte de estrada?

Porque em uma pedreira a estabilidade do talude é temporária, uma vez que se avança com a

lavra em pouco tempo. Se tratando de uma estrada tal estabilidade deve ser permanente, pois

não haverá avanços e o fluxo de pessoas neste caso será maior.

.

Questão5.Uma pesquisa num maciço granítico evidenciou uma fratura no testemunho de

sondagem, conforme Imagem 4. O que esta fratura indica sobre a história do maciço e que

significância isto tem para os projetos de taludes e túneis que podem ser desenvolvidos neste

maciço?

Imagem 4- Auréola de alteração em testemunho de granito.(modificar)

R = Uma fratura pode ter sido ocasionada por tensões e deslocamentos deblocos ao executar

um projeto de engenharia é necessário analisar cuidadosamente pois a presença de fraturas

representa um plano de fraqueza no maciço ou seja um plano preferencial de ruptura. Para o

corte de talude seria indicado que essa fratura fosse usada como direção indicativa, pois

dependo do ângulo de inclinação esse talude poderia perder sua estabilidade, já para o tuneo

as tensões geradas por ele poderiam fragilizar ainda mais esse maciço rochoso.

6. Precisa-se escavar uma caverna com 165m de comprimento, 22m de largura e 15m de

altura num calcário marinho. A caverna está localizada 35m abaixo do leito do mar. Quais as

principais informações que devem servir de orientação para estabelecer o fluxo de água na

caverna?

Questão 7. Definir os seguintes termos:

– Mecânica das Rochas

É a ciência teórica aplicada ao comportamento mecânico da rocha, é o ramo damecânica que

se preocupa com a resposta da rocha aos capôs de força do seu ambiente físico. É um meio de

vida para a construção da engenharia civil.

– Engenharia da Mecânica das rochas

É uma disciplina baseada na mecânica que é usada para desenvolver estruturas construídas

sobre ou no maciço rochoso, essas estruturas que envolvem a construção de barragens,taludes,

tuneis, cavernas, esquemas de hidroelétrica etc, dependem criticamente das propriedades do

maciço rochoso e da estrutura a ser projetada. Como resultado a distinta disciplina de

engenharia das rochas criada.

– Engenharia de Rochas

O termo engenharia de rochas refere-se a qualquer atividade de engenharia envolvendo

rochas.

– Geologia Estrutural

É o ramo das geociências que trata da forma, do arranjo e da disposição dos corpos geológicos

dos processos de formação e deformação das rochas e do comportamento mecânico e da

reologia da crosta terrestre. A geologia estrutural aborda todo e qualquer material geológico

natural e também materiais que se comportam de maneira semelhante as rochas, solos e

metais, que são usados para simulações em experimentos.

– Geologia de Engenharia

É o ramo das ciências geológicas que se dedica aos problemas e aplicações de conceitos

geológicos no âmbito da engenharia.

– Mecânica dos Solos

Estuda as características físicas dos solos e as suas propriedades mecânicas ( equilíbrio e

deformação) quando submetido a acréscimos ou alívios de tensões.

– Engenharia Geotécnica

Engenharia geotécnica ou geotecnia pode ser considerada como a junção da mecânica dos

solos, da engenharia de fundações, da mecânica das rochas, da geologia de engenharia, e mais

recentemente da geotecnia ambiental, que trata de problemas como transporte de

contaminantes pelo solo, avaliação de locais impactados, proposição de medidas de

remediação para áreas impactadas, projetos de sistemas de proteção em aterros sanitários, etc.

Questão 8. Historicamente os campos de aplicação da Mecânica das Rochas estão

evidenciados desde a pré-história (ferramentas, armas, túneis) passando por grandes obras de

engenharia do Século XVIII e XIX.

Comentar, sucintamente, sobre a aplicabilidade da Mecânica das Rochas na Mineração

(Céu Aberto/Subterrânea), no tocante a: Riscos Geológicos; Trabalhabilidade; Elaboração de

Projetos; Desmonte; Estabilidade.

R = A mecânica das rochas é de grande aplicabilidade na estabilidade e deformabilidade de

maciços rochosos, como taludes, tuneis, escavações subterrâneas e desmonte de rochas, já que

estes dependem em grande parte da presença de descontinuidades nas rochas e características

do maciço rochoso. Estes fatores geológicos quando interpretados corretamente evitam

consequências dos riscos geológicos.Tais obras são de grandeimportância na elaboração de

projetos e obras de engenharia onde o solo constitui-se como suporte. Dentro deste âmbito

incluem-se as principais obras de infraestrutura, edificação, explorações minerais entre outros.

Questão 9.A foto ilustra a escavação de um vão de 61 m de largura, profundidades variando

de 25 a50 m, em um gnaisse pré-Cambriano (Olympic Mountain Hall, Noruega), tratando-se

de uma das maiores cavernas do mundo utilizada como área de lazer pública. (Escavação de

140.000 m3, capacidade para 5.300 espectadores sentados)

Descrever os fatores de engenharia de mecânica das rochas que devem ser considerados em

projetos e escavações de vazios desta natureza.

Fatores: coesão do material, características de descontinuidade, estado de tensão e as

características do maciço rochoso.

Questão 10. Por que pensar que técnicas usadas na mecânica das rochas para caracterização

de um local, análises e modelagem não são as mesmas daquelas aplicadas em mecânica dos

solos?

R-Solo e rocha são coisas distintas, o que comprova essas afirmações são suas propriedades

físicas. As principais propriedades que os distinguem são: coesão interna, coesão aparente e

resistência à tração.

A coesão interna se dá devido a ligação entre os átomos, ligações que não estão presentes

entre as partículas de um solo e são fortes em uma rocha, ou seja, os solos não possuem

coesão interna quase nula e rochas altas.

A coesão aparente está relacionada ao atrito entre partículas quando as partículas são

submetidas a forças de cisalhamento.

A resistência a tração que está presente em rochas e nulas em solos. Portanto, é necessário

métodos diferentes paraestudar casos diferentes.

Questão 11- O estado de tensão pré-existente num maciço é causado por processos

geológicos e geralmente é um fator crítico para a engenharia. O que você pensa sobre a

importância de se quantificar o estado de tensão numa determinada rocha?

R- R = Quantificar o estado de tensão é importante pois essas tensões sigma vão indicar uma

direção preferencial por onde pode acontecer uma ruptura ou descontinuidade no maciço.

Observando onde essa tensão é mais atuante pode determinar em que situação poderemos

fazer uso desse maciço e que direção será mais indicada para que não ocorra nenhuma

fragilidade inesperada.

Questão 12.Qual a relação existente entre Porosidade e Permeabilidade?

R= Quanto maior a porosidade de uma rocha, maior será a probabilidade de encontrar

porosconectados, ou seja, quanto maior a porosidade maior será a permeabilidade.

Questão 13. O que se deve buscar no Ambiente Natural, visando se analisar as condições de

estabilidade de uma fundação de barragem e de uma escavação para armazenamento de rejeito

radioativo a 400 metros de profundidade?

R = Grandes barragens são as estruturas que apresentam os maiores desafios em mecânica das

rochas, porque impõem altas tensões nas fundações em rocha, simultaneamente com a força e

a ação da água. Além da possibilidade de existirem falhas ativas na função, há ainda o perigo

de deslizamento para dentro do reservatório, o que deve ser cuidadosamente avaliado. É

possível selecionar o tipo de barragem adequado para um determinado local, uma vez que os

diferentes tipos de barragem exercem tensões diferentes nas rochas.

No casa da escavação para armazenamento de rejeito radiativo deve-se analisar as condições

da rocha em de acordo com a temperatura, transferência de calor e estado de tensão a que está

submetida. Pois esse tipo de armazenamento exige um ambiente estanquem para que não haja

vazamento.

Questão 14. Não existe uma forma simples de ruptura, o que ocorre é o predomínio de algum

processo, como no vazio de uma escavação subterrânea, onde a lapa de um horizonte

sedimentar é o teto de uma escavação procedida em um maciço compacto, ou onde o talude

de uma rocha fraturada, com planos de descontinuidades que mergulham no sentido de sua

base. Portanto, comente sobre os mecanismos de ruptura que podem atuar em uma estrutura

rochosa. (modificar)

Há inúmeros modos de ruptura e os principais são:

Ruptura por flexão: Está relacionado a uma rocha submetida à flexão onde desenvolve e

propaga fraturas de tração. Ocorre normalmente no teto de uma mina subterrânea.

Ruptura por cisalhamento: Ocorre quando as tensões de corte excedem a resistência ao

cisalhamento formam uma superfície de ruptura, gerando o deslizamento do maciço rochoso.

Ruptura por tração: Ocorre em taludes com pequenas fraturas não interligadas, em que há

superposição de camadas e em que há presença de juntas de alívio de tensão.

Ruptura por compressão: Este processo é bastante complexo e envolve formações de

microfraturas de tração e rupturas por cisalhamento onde originam uma superfície de

cisalhamento

Questão 15. Qual a finalidade dos critérios de ruptura? (modificar)

R: Os critérios de ruptura tem por finalidade estabelecer às tensões correspondentes ao pico

da curva de tensão. Este processo tem por objetivo prever a resposta de um maciço rochoso a

uma determinada tensão, garantindo a segurança dentro de uma mina e a estabilidade de

taludes.

16. Deformabilidade é a propriedade que tem a rocha para alterar sua forma como resposta a

atuação de forças.

a) Após a resistência a compressão ser atingida, a rocha pode assumir um comportamento

dúctil ou rúptil. Explique esta variação no comportamento da rocha intacta.

R- Já vimos que todos os materiais se rompem quando submetidos a um carregamento no qual

a tensão seja maior que aquela da sua resistência a compressão . Contudo, o comportamento

ao longo desse processo pode classificar os materiais em dois grandes grupos: há os que

fraturam sem ‘ceder’ e os que ‘cedem’ nitidamente antes de se fraturar. Ao primeiro grupo

denominamos materiais frágeis (que apresentam fratura frágil) e, ao segundo, materiais

dúcteis. O vidro é um exemplo típico de material frágil e o cobre, um exemplo de material

dúctil (a ductilidade está associada à capacidade que um material apresenta, de ser

transformado em fios). 

Uma boa maneira para se observar a diferença no comportamento entre os materiais

é submetendo-os a um ensaio de tração. Fazendo-se um gráfico da força em função do

deslocamento, é possível caracterizar um material entre os dois grupos. Materiais frágeis

rompem-se com pequeno deslocamento e mostram maior resistência mecânica.

As variações possíveis dos três fatores principais (elasticidade, resistência e suavização)

ilustram um conjunto de rochas diferentes, cujas figuras descrevem qualitativamente as

feições. Lembrando que a forma da curva tensão-deformação é ditada pela natureza da micro-

estrutura.

b) Na deformabilidade da rocha intacta existem duas constantes: o Módulo de Young e o

Coeficiente de Poisson. Defina estas constantes e diga como elas podem ser obtidas.

O modulo de Young é um parâmetro mecânico que uma medida da rigidez de um material

sólido. Pode ser obtida da razão entre tensão exercida e a deformação entre a tensão exercida

e a deformação sofrida pelo material. Assim o modulo de Young é dado por E = Ϭ/

c) Comente sobre a relação existente entre as constantes elásticas (Módulo de Young e

Coeficiente de Poisson) e o comportamento frágil ou dúctil que uma rocha intacta pode

apresentar.

-R O módulo de Young ou módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico que proporciona

uma medida da rigidez de um material sólido. É um parâmetro fundamental para a engenharia

e aplicação de materiais pois está associado com a descrição de várias outras propriedades

mecânicas, como por exemplo, a tensão de escoamento, a tensão de ruptura, a variação de

temperatura crítica para a propagação de trincas sob a ação de choque térmico, já

o coeficiente de Poisson, ν, mede a deformação transversal (em relação à direção longitudinal

de aplicação da carga) de um material homogêneo e isotrópico. A relação estabelecida é entre

deformações ortogonais, sendo que em teoria quanto maior o módulo de young, mais difícil

será do material de sofrer essas deformações.

Questão 17. De acordo com o critério de ruptura de Mohr-Coulomb, comente o que ocorre

com o aumento das tensões principais nos ensaios de compressão triaxial, como também,

comente sobre os parâmetros do material rochoso que são levados em consideração neste

critério de ruptura.(modificar)

O ensaio de compressão triaxial convencional consiste na aplicação de um estado hidrostático

de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico do solo.Estes

ensaios nos dão condição de reproduzir em laboratório, com relativa precisão, as condições

que os solos estarão sujeitos no projeto e serão solicitados nas obras, sendo que, a medida que

aumentam as tensões confinantes, aumenta também a resistência do material a compressão

uniaxial e também um aumento na carga cisalhante ade modoque as tensões desviadorassão

representada em função da deformação específica e indicam os valores máximos, que

correspondem à ruptura, a partir do qual fica definido o círculo de Mohr, correspondente à

situação de ruptura. Círculos de Mohr de ensaios feitos em outros corpos de prova permitem a

determinação da envoltória de resistência conforme o critério deMohr-Coulomb