Characterization of discontinuities sets in rock masses: implications for excavations stability

Dissertação de mestrado em Geociências (área de especialização em Valorização dos Recursos Geológicos)O presente estudo (resultante duma colaboração entre a Universidade do Minho e a empresa Geologia e Geotecnia Consultores, Lda) incidiu em terrenos do Complexo Xistograuváquico, (Armamar, Viseu), onde está prevista a realização de trabalhos de escavação (galerias subterrâneas). Foram considerados seis setores para os estudos de campo de caraterização das descontinuidades. Adicionalmente foram utilizados tarolos de sondagens da área para ensaios de corte direto em descontinuidades (avaliação do ângulo de atrito). A análise cinemática (roturas planar, em cunha e por basculamento flexural) nos setores abrangidos pelas escavações (referidos como 3 e 4) sugere que as famílias de descontinuidades identificadas poderão afetar a generalidade dos hasteais das galerias previstas, mas a avaliação poderá ser excessivamente conservadora em função das estimativas do ângulo de atrito. As informações recolhidas foram também utilizadas na estimativa de valores de RMR, índice-Q e GSI. Em termos de RMR, obteve-se uma classificação entre suficiente e bom, para ambos os setores, classes que sugerem a utilização (com variações) de pregagens, betão projetado e malha metálica, admitindo-se períodos de autossustentação antes de aplicar as medidas de suporte. O sistema-Q forneceu classificações entre pobre e bom (nos dois setores) que, em função da largura das galerias, implicarão variações de aplicação de betão projetado e pregagens (sendo possível ter galerias com autossustentação em função da largura das mesmas). A estimativa de GSI a partir de observações de campo e de equações baseadas no RQD e outros parâmetros do RMR (Jcond89) e do sistema-Q (Ja e Jr), sugerem que a utilização do GSI deverá ser feita com precaução. Estimaram valores de módulo de deformabilidade para estes maciços rochosos a partir do GSI e de dados de módulo de elasticidade de um outro estudo em provetes de rocha intacta de sondagens na área de estudo, (3,4 GPa - 56 GPa), assim como a partir do RMR e índice-Q (6 GPa - 46 GPa). A classificação RMR sugere ainda para o maciço rochoso valores de ângulo de atrito (25º - 45º) e de coesão interna (0,2 MPa - 0,4 MPa).The present study (resulting from a collaboration between the University of Minho and the private company "Geologia and Geotecnia Consultores, Lda") is focused on the Xistograuváquico Complex (Armamar, Viseu), where underground excavation work is planned. Six sectors were considered for field studies of discontinuities. In addition, boreholes from the area were used for direct shear tests on discontinuities walls (friction angle evaluation). The kinematic analysis (concerning planar, wedge and flexural toppling types of failure) in the sectors where the excavations are to be made (referred to as 3 and 4) suggests that discontinuities sets that were identified might affect most of the planned galleries, but this evaluation may be excessively conservative depending on the estimates for the friction angle. The information collected was also used to estimate RMR, Q-index, and GSI values. In terms of RMR, a fair to good classification was obtained for both sectors, results that suggest the use (with variations) of bolting, shotcrete and metallic mesh, and that admit the possibility that the excavations can present some stand-up time (unsupported) before the application of reinforcement measures. The Q-system results provided poor to good classifications, which, depending on the width of the galleries, will imply variations in the application of shotcrete and bolting (it is admitted the possibility of unsupported galleries, depending on their width). The GSI estimations from field observations and from equations based on RQD and other parameters from RMR (Jcond89) and Q-system (Ja and Jr), suggest that GSI should be used with caution. The deformation modulus of the rock mass was estimated from the modulus of elasticity of the intact rock (results available from another study concerning intact rock specimens from boreholes in the area) and from GSI values (3.4 GPa - 56 GPa), as well as form the RMR and Q-index results (6 GPa - 46 GPa). The RMR results also suggest values of friction angle (25° - 45°) and internal cohesion (0.2 MPa - 0.4 MPa) for the rock mass.Este trabalho foi desenvolvido no contexto das atividades do Lab2PT- Laboratório de Paisagens, Património e Território (AUR/04509), unidade de investigação financiado pela FCT através de fundos nacionais e quando aplicável do cofinanciamento do FEDER, no âmbito dos novos acordos de parceria PT2020 e COMPETE 2020 – POCI-01-0145-FEDER-007528