Processos de escavação de túneis em maciços rochosos: o estado da arte

O desenvolvimento económico e a necessidade de providenciar rapidez nos transportes terrestres, evitando traçados sinuosos para vencer obstáculos naturais, conferido pelas zonas montanhosas, exigem que se opte pelo subterrâneo como solução para a implantação dessas infra-estruturas. Acresce que as obras de superfície são, para as presentes situações, normalmente realizadas com elevados movimentos de terras decorrentes de inúmeras escavações, com elevados volumes de terras, originando fortes impactos no meio ambiente justificando a opção do subterrâneo. A obra subterrânea, pela particularidade de se realizar no interior do meio geológico natural, no subsolo, requer atenções especiais na sua concepção e execução, decorrentes da resposta quase aleatória dos maciços interessados à perturbação induzida. Tratando-se de uma construção complexa, tem merecido inúmeras atenções quer de engenheiros ligados ao projecto e à obra, quer à investigação e na contribuição para o desenvolvimento de técnicas e de equipamentos mais adequados. Este trabalho inicia-se com a descrição e caracterização dos maciços rochosos, tendo em vista a sua classificação geomecânica, identificando as propriedades mais significativas para a selecção do método de desmonte. Para o efeito recorre-se às classificações geomecânicas mais correntes. Em seguida apresentam-se as técnicas e os equipamentos utilizados na execução dos túneis em maciços rochosos, centrando-se na sua evolução e domínio de aplicação. Por fim e complementarmente, apresentam-se os diversos tipos de suportes aplicáveis neste tipo de obra e o seu modo de aplicação.

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.

Modelação numérica de ensaios de macacos planos de grande área (LFJ) para determinação da deformabilidade de maciços rochosos

Dissertação elaborada no Laboratório Nacional de Engenharia Civil para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil de Geotecnia pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa no âmbito do convénio de cooperação entre a UNL e o LNEC

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.

Desmonte de Maciços Rochosos: optimização da perfuração

Este trabalho pretende avaliar e melhorar o modo de execução da aplicação da técnica de perfuração, não comprometendo a jusante, no ciclo de operações, a qualidade do desmonte, visando assim, uma optimização técnico-económica. Este manuscrito irá centrar-se na optimização da etapa da perfuração, visando assim a optimização do ciclo total da perfuração. As tarefas realizadas numa pedreira constituem um ciclo de operações. 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. O correcto dimensionamento dos acessórios de perfuração, afiação de bits, manutenção preventiva dos equipamentos de perfuração e a constante formação dos operadores fazem parte de um conjunto de acções que irão determinar o sucesso da operação de perfuração, tendo sempre em vista, uma optimização técnico-económica, ou seja, produzir mais a um custo mais baixo. O estudo dos parâmetros do maciço rochoso aliado a uma perfuração cuidadosa e alinhada é evidenciado com o intuito de uma abordagem de geoengenharia integrada dos maciços rochosos. O estudo foi realizado na pedreira da APS, S.A. (Pedreira de Monte Chãos), tendo como análise os dados desde o início do projecto até à data. Para fundamentar este estudo, aborda-se os parâmetros geológico-geotécnicos e geomecânicos do maciço remanescente, verificando assim as ferramentas de corte mais adequadas ao caso e averiguar a influência da afiação de bits, quer seja manual ou semiautomática, e de que forma a mesma irá influenciar nos rendimentos e vidas úteis obtidas, tendo como objectivo, melhorar o custo por metro de furação realizado.

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.

Estabilidade de fundações e taludes em maciços rochosos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Geotecnia

Interpretação de ensaios Lugeon para a caracterização hidráulica de maciços rochosos

Na prospeção geológico-geotécnica de terrenos que serve de apoio ao desenvolvimento do projeto de grandes obras, como barragens, túneis e cavernas subterrâneas, é usual executar ensaios Lugeon para a caracterização das propriedades hidráulicas dos maciços. No caso particular dos maciços rochosos, em que o escoamento da água ocorre essencialmente pelas descontinuidades, i.e., falhas e diaclases, os ensaios Lugeon integram e homogeneizam as propriedades hidráulicas de um volume de maciço, não tendo em conta o efeito discreto de que o escoamento se reveste. Pretende-se com este trabalho contribuir para uma melhoria da interpretação dos resultados destes ensaios e das metodologias de zonamento e caracterização hidráulica dos maciços rochosos. Para este efeito, foram estudados os resultados tradicionais de 372 ensaios Lugeon de sete barragens em Portugal, juntamente com as caraterísticas geotécnicas dos troços ensaiados, nomeadamente a fraturação evidenciada pelos registos fotográficos dos tarolos de sondagens, com o objetivo de correlacionar um conjunto de parâmetros geológicos com os resultados dos ensaios Lugeon. Avaliou-se a influência de parâmetros associados à fraturação, como a taxa de recuperação, índice RQD, número de descontinuidades, bem como a de parâmetros relacionados com fatores geométricos dos ensaios como a profundidade, localização e a orientação entre as descontinuidades e o eixo do furo. Ainda se avaliou o impacto que um fator relacionado com o estado de tensão tem nos resultados. A partir da aplicação desta avaliação estabeleceram-se correlações entre estas variáveis para perceber o efeito e peso de cada um e estabelecer uma classificação geo-hidráulica para maciços rochosos que auxilie na definição do zonamento hidráulico.

Caracterização geomecânica e classificações RMR (Bieniawsky) e SMR (Romana) de maciços rochosos em taludes do Funchal

Conhecer a natureza e as características geomorfológicas e geológicas, que potenciam situações de instabilidade, é um passo importante a fim de determinar as medidas de prevenção e de estabilização, que se podem adaptar a um determinado local. Várias situações de instabilidade, que não se compreendem numa observação expedita e que ocorrem nos taludes do Funchal, despertaram o interesse de realizar um trabalho profundo, centrado na avaliação dos processos de instabilidade do talude. Na caracterização dos maciços rochosos para obtenção do índice RMR (Bieniawsky), fez-se um levantamento das descontinuidades com caracterização espacial do preenchimento e rugosidade. A resistência dos maciços rochosos e avaliação da resistência à compressão uniaxial dos taludes foi conseguido através de vários ensaios in situ, utilizando o martelo de Schmidt. Identificaram-se os possíveis factores que podem estar na base da instabilidade do talude. Dos resultados que se obtiveram, destacam-se a geometria do talude, as propriedades geomecânicas, a distribuição das descontinuidades, a influência da vegetação e da água. Os resultados permitiram propor medidas de prevenção e estabilização do talude, conforme os resultados da classificação geomecânica SMR (Slope Mass Rating) de Romana. Por fim, estabeleceu-se a comparação dos diferentes resultados obtidos com resultados publicados, sobre o mesmo tipo de material para a Ilha da Madeira.

Maciços rochosos em projetos hidrelétricos: proposta de classificação geomecânica

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

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.

Taludes rochosos. Metodologias de inspecção e de avalialição de segurança. Caso de estudo das vertentes rochosas de S. Simão

A instabilização de taludes rochosos, com consequências mais ou menos gravosas, repete-se com frequência no território nacional. Os enquadramentos destes incidentes são diversos, sendo mais comum e mais visível a sua ocorrência em taludes adjacentes a vias de comunicação. No entanto, o fenómeno repete-se também em vertentes naturais, geralmente em alturas de pluviosidade mais prolongada e intensa. No presente trabalho reveem-se conceitos associados a maciços rochosos, nomeadamente as principais classificações geotécnicas e as diferentes tipologias de instabilidade em taludes rochosos. Desenvolve-se um caso de estudo de uma vertente localizada em S. Simão, concelho de Amarante. Percorrem-se as sucessivas fases de estudo, incluindo a realização da fotografia aérea com recurso a um veículo não tripulado, a geração de um modelo 3D de elevada precisão da vertente e a caracterização e a classificação dos diferentes afloramentos rochosos. Desenvolve-se uma metodologia de inspeção com a criação de dois conjuntos de fichas e propõe-se o agravamento da classificação das anomalias perante a simultaneidade de ocorrência de anomalias de idêntica gravidade e a hierarquização dos blocos potencialmente instáveis, de acordo com os respetivos níveis de gravidade (NGB). Recorre-se ao programa de modelação da queda de blocos, “Rocfall (4.0”, da “Rocscience”, a partir de trajetórias definidas no modelo 3D gerado e propõem-se soluções de reforço e de proteção da vertente.

Análise de risco e segurança na contrução de túneis

O presente trabalho aborda os diversos métodos de segurança e prevenção de riscos, que se devem ter para com as diferentes actividades envolvidas durante a construção de obras subterrâneas. São também focados alguns aspectos que dizem respeito à preparação de uma obra subterrânea, nomeadamente o conhecimento prévio do terreno. É dada atenção aos riscos que os trabalhadores correm ao estarem em contacto com a atmosfera do túnel, e em locais de trabalho que também envolvem circulação de equipamentos mecânicos, e consequentemente à sua prevenção. Os tipos de equipamentos de protecção, tanto colectiva como individual, também não são esquecidos, assim como a sinalização necessária a este tipo de obras. Posteriormente, fala-se das características de maciços rochosos e terrosos, e da sua influência para a escolha dos métodos de escavação. Estes métodos, podem ser mecânicos ou então pode-se recorrer ao uso de explosivos, e a sua escolha varia de terreno para terreno. Dentro dos métodos mecânicos, existem diversos equipamentos. Aqui, abordam-se as técnicas de segurança que devem ser aplicadas, aquando da utilização, tanto das máquinas como dos explosivos. Finalmente, referem-se as opções de suporte primário e de revestimento definitivo, que podem ser aplicadas, tendo em conta as características do terreno de construção. São também comentados os riscos e os métodos de segurança que se devem ter aquando da aplicação destes suportes e também do revestimento definitivo.