Abordagem prática para execução de taludes em obras rodoviárias com recurso a pré‐corte

Este trabalho é realizado no domínio das obras de engenharia, área onde o desmonte de rocha com recurso a explosivos em obras rodoviárias é uma actividade específica e consistiu no acompanhamento e execução de três obras rodoviárias de média e grande dimensão. A necessidade de executar escavações, recorrendo a técnicas de desmonte cuidadoso de contorno, onde o plano de corte do talude final deve obedecer a requisitos de localização, alinhamento, inclinação, estabilidade e também estéticos, acrescendo a isto a necessidade de optimizar os meios envolvidos, obriga a que esta actividade seja encarada de uma forma sistematizada, visando o racional aproveitamento de recursos. A execução desta actividade requer conhecimentos no domínio das técnicas de desmonte de contorno, dos explosivos, do mecanismo de rotura de rochas, da operação de perfuração e da geomecânica dos maciços. A abordagem deste trabalho incide sobre a técnica denominada de pré‐corte e tem como objectivo encontrar uma equação característica que permita relacionar diferentes parâmetros envolvidos nesta actividade. Este objectivo é alcançado recorrendo à correlação entre equações relativas à pressão de detonação, à pressão no furo e ao espaçamento entre furos consecutivos, desenvolvidas por outros autores. Desta forma obteve‐se uma equação que relaciona parâmetros relativos ao maciço rochoso (resistência à tracção), ao explosivo (velocidade de detonação e densidade) e ao diagrama de fogo (concentração de carga – volume de explosivo e comprimento do furo – volume do furo). A comparação entre os valores destes parâmetros obtidos na produção e os obtidos com recurso à equação característica permite concluir que a sua aplicação para execução de futuras obras possibilita uma optimização dos meios envolvidos.

Estudo do comportamento sísmico de barragens de gravidade com ancoragens passivas

Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Estruturas

Design and construction of tunnels in zones subjected to high convergences

The economic development of a region depends on the speed that people and goods can travel. The reduction of people and goods travel time can be achieved by planning smooth road layouts, which are obtained by crossing natural obstacles such as hills, by tunneling at great depths, and allowing the reduction of the road alignment length. The stress state in rock masses at such depths, either because of the overburden or due to the tectonic conditions of the rock mass induces high convergences of the tunnel walls. These high convergence values are incompatible with the supports structural performance installed in the excavation stabilization. In this article it is intended to evaluate and analyze some of the solutions already implemented in several similar geological and geotechnical situations, in order to establish a methodological principle for the design of the tunnels included in a highway section under construction in the region influenced by the Himalayas, in the state of Himachal Pradesh (India) and referenced by "four laning of Kiratpur to Ner Chowk section".

Influência dos parâmetros geotécnicos na qualidade do desmonte de maciços rochosos fracturados

Uma das operações envolvidas no desmonte de maciços rochosos é a perfuração. A forma como esta é executada é determinante para o sucesso do desmonte. Quando realizada correctamente o desmonte produz uma boa fragmentação, reduzindo a sobrescavação. Assim, a correcta escolha das ferramentas de perfuração assume um papel preponderante para os custos do desmonte em maciço rochosos. Esta dissertação irá centrar-se nos parâmetros Geológicos, Geotécnicos e Geomecânicos e nos desvios de perfuração. O objectivo geral deste trabalho é perceber a interdependência dos parâmetros geológicogeotécnicos e geomecânicos do maciço rochoso com os desvios de perfuração, bem como estudar os ângulos de intersecção entre os furos e as descontinuidades que originam o desvio. O estudo dos parâmetros do maciço rochoso aliado a uma perfuração alinhada é salientado com o intuito de uma abordagem de geoengenharia integrada dos maciços rochosos.

Optimização do processo de perfuração em maciços rochosos: consequências técnico-económicas

Este estudo centra-se na temática da perfuração de maciços rochosos. A perfuração, dependendo do seu objectivo, diâmetro e comprimento, tem um vasto leque de aplicações incluindo a perfuração para o desmonte com explosivos e colocação de elementos de contenção. Este estudo esta focado na perfuração, tendo normalmente um papel preponderante no rendimento dos ciclos de trabalho em que esta inserida. O processo de perfuração implica uma estreita interacção das ferramentas de perfuração com maciço rochoso a perfurar, como tal um conhecimento rigoroso dos parâmetros geológicos, geotécnicos, geomecânicos do maciço rochoso e preponderante para auxiliar a gestão, do ponto de vista técnico-económico, da operação de perfuração. Este estudo tem como principal objectivo a optimização técnico-económica desta operação através da introdução de processos baseados nas boas práticas de engenharia na perfuração de maciços rochosos, nomeadamente a definição e introdução do processo de afiação dos bits no ciclo de perfuração. Na caracterização do maciço rochoso, para além da pesquisa e recolha bibliográfica pretende-se recorrer a ensaios ”in situ” e laboratoriais que permitam obter informacao útil para a avaliação da perfurabilidade e abrasividade do maciço rochoso.

Controlo e optimização da perfuração em desmonte de maciços rochosos fracturados: avaliação preliminar

O presente trabalho tem por objectivo contribuir para aprofundar o conhecimento da temática que envolve a qualidade de execução da perfuração em maciços rochosos fracturados. A necessidade de conhecimento prévio sobre os resultados que podem ocorrer no desmonte de maciços rochosos após a realização da perfuração, leva a uma procura de indicadores que possibilitem obter mais conhecimento nessa matéria. No encadeamento do processo de análise de projecto, está o conhecimento adquirido, a caracterização do maciço rochoso, a implementação de correcções na componente da perfuração ajustadas ao maciço estudado e uma potencial previsão de granulometria final por emergência de um índice de qualidade, “Índice de Dispersão Volumétrica” que correlacione os elementos constituintes da geometria do diagrama de fogo e da envolvente intrínseca da matriz rochosa e aponte uma expectável granulometria final. Para atingir um nível de qualidade na operação global do processo de desmonte, a perfuração que está no topo da pirâmide assume papel de guia para as seguintes etapas, pelo que a qualidade dos equipamentos e acessórios e a sua correcta operação são fundamentais para obter o rigor da perfuração projectada, com vista a atingir uma determinada granulometria.

A influência das características geomecânicas dos maciços fracturados no desvio da perfuração

A perfuração é uma das operações envolvidas no desmonte de rocha com explosivos. A forma como esta operação é executada é determinante para o sucesso do desmonte. Quando é realizada correctamente o desmonte produz superfícies limpas com o mínimo de sobrescavação e perturbação. A selecção das ferramentas de perfuração é um dos factores preponderantes para os custos do desmonte de maciços rochosos. A forma como a perfuração é executada é determinante para a boa fragmentação do maciço rochoso. Este estudo irá centrar‐se na perfurabilidade do maciço, linearidade dos furos e desenvolvimento de metodologias do ciclo de perfuração. O objectivo geral deste trabalho é demonstrar a interdependência entre os parâmetros geológicos e geotécnicos do maciço rochoso e as tecnologias de perfuração de forma a optimizar tanto técnica como economicamente. O controlo geomecânico do desmonte do maciço rochoso através de uma perfuração alinhada é salientado com o intuito de uma abordagem de geoengenharia integrada nos maciços rochosos.

Classificações geomecânicas mineiras para o dimensionamento de maciços rochosos: o aplicativo MGC-RocDesign|Calc

Este trabalho tem como objetivo destacar a importância da utilização de software de geoengenharia no estudo das classificações de maciços rochosos nas engenharias de minas e geotécnica. Esta investigação pretendeu demonstrar a importância das classificações geomecânicas e índices geológico‐geomecânicos, tais como a Rock Mass Rating (RMR), Rock Tunnelling Quality Index (Q‐system), Surface Rock Classification (SRC), Rock Quality Designation (RQD), Geological Strength Index (GSI) and Hydro‐Potential Value (HP). Para esse efeito foi criada e desenvolvida uma calculadora geomecânica – MGC‐RocDesign|CALC: ‘Mining Geomechanics Classification systems for rock engineering design (version beta)’ – para de certa forma tornar mais simples, rápido e preciso o estudo das classificações geomecânicas sem que seja necessário recorrer manualmente às fastidiosas tabelas das classificações. A MGC‐RocDesign|CALC foi criada e desenvolvida no programa de folha de cálculo Microsoft Excel™ em linguagem Visual Basic for Applications© proporcionando o ambiente de carregamento de dados mais apelativos para o utilizador. Foi ainda integrada neste aplicativo a Calculadora Geotech|CalcTools que resulta da fusão das bases de dados ScanGeoData|BGD e SchmidtData|UCS criadas por Fonseca et al. (2010). Toda a informação foi integrada numa base de dados dinâmica associada a uma plataforma cartográfica em Sistemas de Informação Geográfica. Apresenta‐se como caso de estudo um dos trechos subterrâneos do maciço rochoso da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras/Tibães (Mosteiro de Tibães, Braga, NW de Portugal). Além disso, apresenta‐se uma proposta de zonamento geomecânico do maciço rochoso da antiga mina das Aveleiras/Tibães com o objetivo de apoiar o dimensionamento de maciços rochosos. Por fim, apresenta‐se uma reflexão em termos de aplicabilidade, das potencialidades e das limitações da Calculadora Geomecânica MGC‐RocDesign|CALC.

Geomecânica aplicada à estabilidade de explorações mineiras bench and fill: o caso do jazigo de Feitais, Minas de Aljustrel

Este trabalho pretende abordar a importância de um estudo geomecânico no apoio à otimização e estabilidade de explorações subterrâneas por subníveis, com criação de bancadas e posterior enchimento. O presente envolveu um estudo geológico-geotécnico em quinze galerias situadas a muro, teto e corpo da mineralização com o levantamento das características mais relevantes do maciço rochoso para aplicação das classificações geomecânicas, englobando uma amostragem de mais de 1780 descontinuidades, obtendo um modelo cartográfico subterrâneo com um panorama geral da qualidade do maciço rochoso intercetado pelas escavações nas diferentes zonas. Os dados dos levantamentos de campo levaram à criação de uma base de dados com a aplicação das classificações geomecânicas Q-System, RMR e GSI, por galeria e, em seguida, por zona, com proposta de classe de sustimento a aplicar em cada local, pelo ábaco de Barton, em conjunto com a determinação de parâmetros geomecânicos fundamentais ao refinamento do conhecimento geológico-geotécnico das unidades litológicas em estudo. Na parte final, focando a localização da massa mineralizada de Feitais é efetuada uma abordagem relativa à estabilidade das cavidades geradas pelo desmonte em bancada entre subníveis, com respetivo dimensionamento das larguras admissíveis, em condições de segurança, através da relação entre o número de estabilidade e raio hidráulico, pelo método do gráfico de estabilidade. Com esta metodologia de caracterização geológico geotécnica, é pretendido efetuar um ponto de partida à criação de um modelo geomecânico comportamental do jazigo de Feitais, Mina de Aljustrel, contando com um processo inicial de apoio ao planeamento mineiro aplicado ao método de desmonte em bancada e posterior enchimento por subníveis, atuando nos parâmetros de estabilidade e apoio à extração, favorecendo assim a segurança das operações de trabalho em conjunto com um apoio de otimização da extração.

Cartografia de zonamento geotécnico em frentes de escavação de maciços rochosos heterogéneos (túnel do Marão): aplicação da classificação geomecânica GSI|2013

Este estudo pretende discutir a validade da aplicação da mais recente versão do “GSI – Geological Strength Index” (Hoek et al., 2013) em maciços rochosos heterogéneos por aplicação num projecto de obra subterrânea em execução. O estudo envolveu a caracterização geológicageotécnica nas duas frentes de escavação da frente “Poente” da empreitada de construção do Túnel do Marão (N de Portugal) tendo sido cartografados 305 metros no conjunto das duas frentes em 74 avanços consecutivos. Para esta caracterização foram coligidos e uniformizados dados geológicos, geotécnicos e geomecânicos relativos aos levantamentos realizados a cada avanço. A técnica da amostragem linear foi aplicada para a cartografia das descontinuidades que permitiu estabelecer o grau de compartimentação do maciço rochoso. Além disso, procedeu‐se a um tratamento estatístico das descontinuidades, bem como dos parâmetros geológico‐geotécnicos e geomecânicos associados. Os zonamentos geotécnicos e geomecânicos das secções em análise foram realizados sempre em estreita ligação com o conhecimento das características do maciço in situ. Procurou‐se estabelecer termos de comparação entre a versão do GSI|2013 e as versões anteriores (GSI|98, GSI|2001) por aplicação para os avanços cartografados. Pretende‐se que este trabalho contribua para um maior conhecimento da mais recente versão do “Geological Strength Index” (2013) para a sua aplicabilidade em projectos de geoengenharia.

Rockburst laboratory tests database - Application of data mining techniques

Rockburst is characterized by a violent explosion of a block causing a sudden rupture in the rock and is quite common in deep tunnels. It is critical to understand the phenomenon of rockburst, focusing on the patterns of occurrence so these events can be avoided and/or managed saving costs and possibly lives. The failure mechanism of rockburst needs to be better understood. Laboratory experiments are undergoing at the Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering (SKLGDUE) of Beijing and the system is described. A large number of rockburst tests were performed and their information collected, stored in a database and analyzed. Data Mining (DM) techniques were applied to the database in order to develop predictive models for the rockburst maximum stress (σRB) and rockburst risk index (IRB) that need the results of such tests to be determined. With the developed models it is possible to predict these parameters with high accuracy levels using data from the rock mass and specific project.

Modelação numérica de túneis com consideração explícita das heterogeneidades do maciço

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Structural analysis of Turtle mountain (Alberta) using digital elevation model: Toward a progressive failure

In 1903, the eastern slope of Turtle Mountain (Alberta) was affected by a 30 M m3-rockslide named Frank Slide that resulted in more than 70 casualties. Assuming that the main discontinuity sets, including bedding, control part of the slope morphology, the structural features of Turtle Mountain were investigated using a digital elevation model (DEM). Using new landscape analysis techniques, we have identified three main joint and fault sets. These results are in agreement with those sets identified through field observations. Landscape analysis techniques, using a DEM, confirm and refine the most recent geology model of the Frank Slide. The rockslide was initiated along bedding and a fault at the base of the slope and propagated up slope by a regressive process following a surface composed of pre-existing discontinuities. The DEM analysis also permits the identification of important geological structures along the 1903 slide scar. Based on the so called Sloping Local Base Level (SLBL) an estimation was made of the present unstable volumes in the main scar delimited by the cracks, and around the south area of the scar (South Peak). The SLBL is a method permitting a geometric interpretation of the failure surface based on a DEM. Finally we propose a failure mechanism permitting the progressive failure of the rock mass that considers gentle dipping wedges (30°). The prisms or wedges defined by two discontinuity sets permit the creation of a failure surface by progressive failure. Such structures are more commonly observed in recent rockslides. This method is efficient and is recommended as a preliminary analysis prior to field investigation.

Three-dimensional slope stability analysis of South Peak, Crowsnest Pass, Alberta, Canada

South Peak is a 7-Mm3 potentially unstable rock mass located adjacent to the 1903 Frank Slide on Turtle Mountain, Alberta. This paper presents three-dimensional numerical rock slope stability models and compares them with a previous conceptual slope instability model based on discontinuity surfaces identified using an airborne LiDAR digital elevation model (DEM). Rock mass conditions at South Peak are described using the Geological Strength Index and point load tests, whilst the mean discontinuity set orientations and characteristics are based on approximately 500 field measurements. A kinematic analysis was first conducted to evaluate probable simple discontinuity-controlled failure modes. The potential for wedge failure was further assessed by considering the orientation of wedge intersections over the airborne LiDAR DEM and through a limit equilibrium combination analysis. Block theory was used to evaluate the finiteness and removability of blocks in the rock mass. Finally, the complex interaction between discontinuity sets and the topography within South Peak was investigated through three-dimensional distinct element models using the code 3DEC. The influence of individual discontinuity sets, scale effects, friction angle and the persistence along the discontinuity surfaces on the slope stability conditions were all investigated using this code.

Rockfall hazard and risk assessments along roads at a regional scale: Example in Swiss Alps

Unlike fragmental rockfall runout assessments, there are only few robust methods to quantify rock-mass-failure susceptibilities at regional scale. A detailed slope angle analysis of recent Digital Elevation Models (DEM) can be used to detect potential rockfall source areas, thanks to the Slope Angle Distribution procedure. However, this method does not provide any information on block-release frequencies inside identified areas. The present paper adds to the Slope Angle Distribution of cliffs unit its normalized cumulative distribution function. This improvement is assimilated to a quantitative weighting of slope angles, introducing rock-mass-failure susceptibilities inside rockfall source areas previously detected. Then rockfall runout assessment is performed using the GIS- and process-based software Flow-R, providing relative frequencies for runout. Thus, taking into consideration both susceptibility results, this approach can be used to establish, after calibration, hazard and risk maps at regional scale. As an example, a risk analysis of vehicle traffic exposed to rockfalls is performed along the main roads of the Swiss alpine valley of Bagnes.