Avaliação da resistência ao cisalhamento de descontinuidades em metarenito, metasiltito e gnaisse e aplicação de método probabilístico à estabilidade de taludes

Abstract

Resumo: Na geotecnia, bem como na mecânica das rochas, a variabilidade dos materiais naturais resulta em incertezas nos cálculos de estruturas geotécnicas. Em taludes de rochas competentes tem-se nas descontinuidades e em sua resistência ao cisalhamento os pontos focais a serem avaliados quando da elaboração de um projeto. A resistência ao cisalhamento de descontinuidades tem sido tema de pesquisa recorrente na área da mecânica das rochas e inúmeras são as envoltórias de resistência desenvolvidas com o intuito de descrever e prever o comportamento de tais estruturas. A presente pesquisa teve como objetivo principal identificar os potenciais modos de ruptura aos quais os taludes da ombreira esquerda da barragem do Aproveitamento Hidrelétrico de Laúca estariam sujeitos e caracterizar a resistência das descontinuidades presentes no maciço rochoso. Avaliou-se, por meio de resultados de ensaio de cisalhamento direto e dados de mapeamento de campo, a resistência ao cisalhamento de descontinuidades em maciço de metarenito (silicificado e poroso), de metasiltito e gnáissico. As envoltórias de resistência empregadas foram a bi-linear de Patton e a não linear de Barton-Bandis. O maciço rochoso avaliado faz parte das escavações do Aproveitamento Hidrelétrico de Laúca, localizado em Angola, no continente africano. Foram identificados os potenciais modos de ruptura aos quais os taludes estariam sujeitos por meio de análises cinemáticas e, a partir destes resultados, as análises de equilíbrio limite -determinísticas e probabilísticas - para cada potencial bloco instável foram realizadas. Nas análises probabilísticas realizadas verificou-se que 50% das cunhas poderiam ser consideradas estáveis, para ambas as envoltórias de resistência, quando avaliado apenas o fator de segurança médio probabilístico. Entretanto, a avaliação não se limitou apenas a esse resultado e abrangeu também a probabilidade de ruptura e a confiabilidade do fator de segurança. Verificou-se que, para todas as litologias, ao menos um tipo de ruptura (planar, cunha ou tombamento) é factível e que o fator de segurança, índice de confiabilidade do fator de segurança e probabilidade de ruptura não podem ser considerados aceitáveis ao ponto de garantir a segurança das escavações.

Abstract: In geotechnics, as well as in rock mechanics, the variability of natural materials results in uncertainties in the design of geotechnical structures. In competent rocks slopes, the discontinuities and the shear strength are the key issues to be evaluated when designing a project. The shear strength of discontinuities has been a recurring research topic in rock mechanics, and countless resistance envelopes have been developed in order to describe and predict the behavior of such structures. In this research the main objective was identify the potential failure modes to which the slopes of the excavations of the left abutment of the Laúca Hydroelectric Project dam would be subjected and characterize the shear resistance of the discontinuities presents at the massif. It was evaluated the shear strength of discontinuities in (silicified and porous) metasandstone, metasiltstone and gneissic massifs through direct shear test results and field mapping data. Patton's bi-linear and Barton-Bandis' non-linear strength envelopes were employed. The evaluated rock massif is part of the excavations of the Laúca Hydroelectric Project dam, located in Angola, on the African continent. The potential failure modes to which the slopes would be subjected were identified through kinematic analysis and, based on these results, - deterministic and probabilistic - limit equilibrium analyses for each potential unstable block were performed. In the probabilistic analyses performed, it was verified that 50% of the wedges could be considered stable, considering both resistance envelopes, when only the average probabilistic safety factor is evaluated. However, the evaluation was not limited to this result and also covered the failure probability and the reliability of the safety factor. It was verified that, for all lithologies, at least one type of failure (planar, wedge or toppling) is feasible and that the safety factor, reliability rate of safety factor and failure probability cannot be considered acceptable to the point to ensure the safety of the excavations