Na execução e no acompanhamento técnico geológico e geotécnico da escavação de túneis, é fundamental que seja feito mapeamentos geológicos sistemáticos a cada avanço da escavação, para então fazer a classificação geomecânica da rocha e determinar sua categoria de suporte e Tratamento Geotécnico necessário.
Para isso, existem diversas metodologias e tipos de classificação geomecânica, sendo que no Brasil as duas mais utilizadas e difundidas é a Classificação RMR e a Classificação do Q de Barton. Essas duas classificações são parecidas e se utilizam de pontuações para as diversas características do maciço, para então fazer cálculos matemáticos para definir o grau de suporte.
Apesar de os métodos serem parecidos, eles chegam ao final com valores distintos, oque dificulta bastante a correlação entre eles. Por diversas obras de hidrelétricas, foi observado esta dificuldade real e, ainda, por vezes alguns Geólogos fazendo essa conversão de forma errada, oque além de gerar confusões técnicas, gera confusões de medições financeiras e por vezes até mesmo confusões jurídicas.
Desta forma, este artigo vem colaborar com a literatura técnica nacional, fornecendo apoio aos diversos colegas que trabalham pelas diversas obras do Pais.
A utilização de classificações geomecânicas para a classificação de maciços rochosos é uma metodologia difundida nos campos da geologia para a engenharia e da geotecnia e tem como objetivo obter uma nota que represente a qualidade e a resistência do maciço rochoso, para que com isto seja possível tratar o mesmo de maneira a torna-lo seguro ao desenvolvimento do processo construtivo da obra.
Classificação RMR
A classificação RMR foi primeiramente proposta por Bieniawski (1973, apud Bieniawski, 1979) em seu artigo “Engineering Classifications of Jointed Rock Masses” e
aprimorada pelo autor até o ano de 1979 (Bieniawski, 1979). De acordo com Bieniawski (1989), a classificação RMR, mesmo tendo sofrido mudanças com o passar dos anos, continua em essência a mesma e não deve ser considerado um novo tipo de classificação
A classificação é composta pela análise de 6 parâmetros relativos ao maciço rochoso em estudo, sendo que a cada um destes parâmetros é atribuída uma nota e o somatório destas notas é o resultado da classificação geomecânica.
Os parâmetros a serem considerados na classificação são:
Resistência a compressão simples do material rochoso,
RQD do maciço rochoso (de acordo com Deere, 1963 apud Deere & Deere, 1988),
Espaçamento das descontinuidades,
Condição das descontinuidades (quanto a alteração e rugosidade),
Condições da água subterrânea,
Orientação das descontinuidades em relação ao corte ou escavação em questão.
De acordo com Bieniawski (1989), para que a classificação RMR seja corretamente
utilizada é necessária a separação do maciço rochoso em porções homogêneas, como
regiões onde o espaçamento entre as descontinuidades é homogêneo (isofraturamento).
A Classificação RMR é aplicável a vários tipos de projetos de engenharia, como
túneis, taludes, fundações e minas, sendo a maioria das aplicações em túneis
(Bieniawski, 1984).
Classificação Q de Barton
A classificação Q, também conhecida por Rock Mass Quality, foi primeiramente
proposta por Barton et al. (1974) tendo como base estudos de casos de estabilidade de
escavações em rocha para a elaboração desta classificação geomecânica.
A classificação consiste na aplicação da seguinte fórmula:
RQD = Rock Quality Designation (Deere & Deere, 1988)
Jn = Número de famílias de juntas
Jr = Índice de rugosidade
Ja = Índice de alteração
Jw = Fator de redução devido a presença de água
SRF = Stress Reduction Factor
Os valores do sistema Q podem abranger de Q=0,001 a Q=1000 em uma escala
logarítmica de qualidade de massa rochosa.
Em Barton et al. (1974), o primeiro quociente (RQD/Jn) representa a estrutura média da
massa rochosa e pode ser considerado como uma aproximação para o tamanho de bloco; o segundo quociente (Jr/Ja) representa a rugosidade e o grau de alteração das paredes das juntas ou matérias de preenchimento, que pode ser considerado uma aproximação da
resistência ao cisalhamento inter-blocos, pela fórmula tan-1 (Jr/Ja), obtida empiricamente; e o terceiro e último quociente (Jw/SRF) consiste em dois parâmetros referentes aos esforços ativos: o parâmetro Jw é referente a pressão de água existente, que pode gerar efeitos adversos na resistência ao cisalhamento das juntas devido a redução do esforço efetivo normal. O parâmetro SRF pode ser uma medida de (1) alívio de carga devido a escavações por zonas cisalhadas e rochas argilosas, (2) esforços em rochas competentes, (3) deformações e fluidificação em rochas plásticas incompetentes.
Indiscutivelmente, existe uma série de outros parâmetros que poderiam ser adicionados
e essa classificação, como a orientação das descontinuidades, porém esse parâmetro
parece não ter tanta importância quanto os demais apresentados, pois os considerados na
fórmula definem o grau de liberdade de movimentação dos blocos (se houver algum).
Entretanto, se for observada uma orientação especial de grande importância, como uma
zona de cisalhamento espessa preenchida por material argiloso, a classificação Q não deve ser utilizada, por se tratar de um caso muito específico, devendo este ser tratado com uma abordagem mais apropriada.
A classificação do sistema Q é aplicada na definição do tipo de suporte necessário as
escavações subterrâneas. De acordo com a nota obtida na classificação realizada pelo
sistema Q e com a dimensão equivalente do trecho escavado, são separadas 38 sugestões de suporte, conforme ilustrado no gráfico da Figura abaixo.
A discussão de todos os tipos de tratamento sugeridos, todavia, não serão discutidos neste trabalho, uma vez que não está em seu escopo o detalhamento dos tipos de
tratamento necessários para cada classe de maciço.
Correlação entre as classificações RMR e Q
Desde a elaboração das classificações RMR e Q e suas aplicações nas análises de
estabilidade de escavações subterrâneas, e pela prática de se classificar a mesma
escavação por ambos os métodos de maneira a validar as decisões de tratamento, buscou se obter uma correlação numérica entre estas duas classificações geomecânicas.
Vários autores buscaram estabelecer esta correlação de modo a conseguir um melhor
ajuste, já que a classificação Q usa escala logarítmica e a classificação RMR escala linear,
dentre os autores, os que obtiveram as correlações mais relevantes, de acordo com Goel et al. (1996), foram Bieniawski (1976), Rutledge & Preston (1978), Moreno (1980), Cameron-
Clarke & Budavari (1981), Abad et al. (1984). Suas respectivas fórmulas de correlação
seguem listadas abaixo:
Bieniawski. 1976 𝑅𝑀𝑅 = 9𝑙𝑛𝑄 + 44
Rutledge & Preston, 1978 𝑅𝑀𝑅 = 5,9𝑙𝑛𝑄 + 43
Moreno, 1980 𝑅𝑀𝑅 = 5,4𝑙𝑛𝑄 + 55,2
Cameron-Clarke & Budavari, 1981 𝑅𝑀𝑅 = 5𝑙𝑛𝑄 + 60,8
Abad et al., 1984 𝑅𝑀𝑅 = 10,5𝑙𝑛𝑄 + 41,8
Ao se desenhar essas retas de correlação em um gráfico monolog de Q x RMR apresentadas na figura abaixo, podemos notar que essas equações se aproximam quando os valores em ambas as equações são intermediários, porém, ao se observar os extremos (muito bom a excepcionalmente bom e pobre a excepcionalmente pobre) essas retas de correlação não representam a realidade dos dados, e os próprios dados podem não condizer, devido as diferenças de parâmetros de classificação entre estas duas classificações geomecânicas.
Figura. Correlações existentes entre as classificações Q e RMR
De acordo com Goel et al. (1996), as tentativas de correlação entre as duas classificações geomecânicas ignoram o fato destes dois sistemas não serem completamente equivalentes. A exemplo disso, podemos citar que a classificação RMR não leva em consideração o campo de esforços aos quais o maciço rochoso está submetido, enquanto a classificação Q não considera a orientação das fraturas e a resistência da rocha sã como parâmetros independentes.
Tentando estabelecer uma correlação entre essas duas classificações, Goel et al. (1996) sugeriram uma nova abordagem utilizando os índices RCR, que seria o valor RMR sem as notas referentes a orientação das juntas e a resistência da rocha intacta, e o número de massa rochosa N, que seria o equivalente à nota na classificação Q considerando o valor de SRF igual a 1.
Utilizando-se de 63 casos históricos presentes em Barton et al. (1974), Bieniawski (1984) e Hoek & Brown (1980), Goel et al. (1996) e aplicando os índices RCR e N estabelecidos, chegaram a seguinte equação de correlação:
𝑅𝐶𝑅 = 8𝑙𝑛𝑁 + 30
A comparação entre as correlações existentes e a nova correlação sugerida por Goel et al. (1996) segue exposta na Figura a baixo.
Figura: Correlações entre as classificações RMR e Q sobrepostas aos dados brutos (a esquerda) e correlação com os dados tratados de acorodo com os parâmetros RCR e N (Goel et al. 1996)
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