Aplicações de Geologia em Construções de Engenharia

Este artigo lança luz sobre as seis principais aplicações da geologia na construção de engenharia.

1. Construindo Pedras:

Existem vários tipos de rochas que devem ser vestidas e trabalhadas para modelar sua utilização em construções. Certas propriedades geológicas e físicas devem ser satisfeitas para uma boa pedra de construção. Durabilidade, facilidade de transporte e uma aparência agradável, além da facilidade do processo de extração, são algumas das propriedades importantes necessárias para a construção de pedras.

É necessário conhecer a composição mineral da pedra de construção para determinar sua adequação e durabilidade. Certos minerais como o sílex, a pirita, o alto conteúdo de mica são prejudiciais e prejudiciais, e as rochas que os contêm devem ser evitadas. A presença de minerais, como a pirita, que se oxida facilmente, produzindo manchas desagradáveis, torna as rochas indesejáveis. As rochas de granulação grossa são mais fracas que as rochas de granulação fina.

Para uma pedra ser durável, ela deve manter seu tamanho original, força e aparência por períodos muito longos. Estes são possíveis somente quando as pedras têm a capacidade de resistir à ação de intemperismo da atmosfera e das chuvas. Outras propriedades para obras de construção e outras propriedades para boas pedras de construção são força de esmagamento, resistência ao fogo, absorção, etc.

As rochas usadas geralmente para construções e outras construções são granito e outras rochas ígneas relacionadas e pedra calcária, mármore, ardósia, arenito. Entre as rochas metamórficas ígneas e ígneas, as rochas geralmente usadas são granitos e gneisses.

Granitos, devido à sua textura granular, cor agradável e propriedades favoráveis ​​como alta resistência à compressão e baixa absorção são usados ​​principalmente. Os granitos podem ser extraídos facilmente, uma vez que possuem certas articulações bem desenvolvidas e planos divisórios. Para basaltos de metal de estrada e doleritos são adequados. No entanto, estes não são normalmente preferidos para trabalhos de construção, uma vez que são escuros ou opacos.

Pedras de areia e quartzitos ocorrem abundantemente e são usados ​​para trabalhos de construção. Os quartzitos devido à sua extrema dureza dificultam o trabalho e podem não ser preferidos na alvenaria. Os calcários, que são facilmente extraídos, são utilizados principalmente para obras de construção. Eles são leves e estão disponíveis em cores agradáveis. Mármores são mais comumente usados ​​para trabalhos decorativos em edifícios.

A ardósia, que é uma rocha metamórfica, pode ser dividida uniformemente em camadas finas e é usada para coberturas e pavimentos em edifícios. Laterite, uma rocha durável é usada como pedra de construção. Também é usado como metal de estrada especialmente em países tropicais como a Índia. Com o amplo uso de concreto de cimento em edifícios e outras construções, as rochas são trituradas em agregados de pequeno tamanho e usadas para fazer cimento.

Para agregados para fazer granitos de concreto, quartzitos e basaltos são usados ​​principalmente. Nos dias atuais, os edifícios de concreto e paredes de concreto armado são às vezes confrontados com pedras para apresentar uma aparência atraente e também para servir como uma camada protetora contra a água da chuva e os gases atmosféricos.

As pedras naturais apresentam grandeza e beleza aos edifícios. Além destes, a manutenção e manutenção de estruturas de pedra não é difícil e, portanto, granitos e calcários são amplamente utilizados como pedras de revestimento.

Pedras de construção da Índia:

A maioria dos templos e edifícios públicos no sul da Índia foram construídos a partir de granitos e gnaisses disponíveis nas rochas arqueanas mais antigas da Índia. Uma variedade de granito chamado charnockite é uma excelente pedra de construção que é usada na construção dos sete pagodes em Mahabalipuram perto de Chennai. Os arenitos vindhyan e também os arenitos de outras formações mais antigas são usados ​​como pedras de construção na Índia.

Os arenitos vindhyan foram usados ​​nas construções de grandes estruturas como as Stupas budistas de Saranath, Barhut, Sanchi, a cidade de Fatehpur Sikri do imperador Akbar perto de Agra e os famosos edifícios Mughal em Agra e Delhi, os edifícios Loksabha, o Rashtrapati Bhavan e administrativo edifícios de escritórios do governo da Índia em Nova Deli. Os arenitos vindhyan são usados ​​para pisos, coberturas, postes telegráficos, peitoris de janelas, etc.

Os arenitos Athgarh das rochas Gondwana superiores em Orissa são uma variedade de grande beleza e durabilidade. Estes arenitos foram usados ​​nas construções dos célebres templos de Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark e as cavernas budistas em Kandagiri e Udayagiri. Os arenitos Tirupathi de Andhra Pradesh e os arenitos Sathyavedu de Tamil Nadu são usados ​​em construções e estes arenitos também são obtidos das formações de Gowanda.

Os calcários são encontrados em muitos lugares da Índia. Estes servem como excelente edifício e pedras ornamentais. O prestigioso Taj Mahal foi construído com os mármores Makrana de Archaen Dharwars. Calcários de boa qualidade são encontrados nos distritos de Guntur e Kurnool, em Andhra Pradesh.

As famosas lajes cadappa usadas como pedras de pavimentação, tampos de mesa, degraus e pedras de vedação são da pedreira de calcário de Andhra Pradesh, perto de Yerraguntha (distrito de Cadappa) e Betamcherla (distrito de Kurnool). Eles dão um bom polimento e podem ser divididos em placas de 12 mm ou mais de espessura até 1, 25 m de tamanho.

Maharashtra, Madhya Pradesh, costa oeste do Malabar e outros lugares são conhecidos pela ocorrência de laterita de boa qualidade. É uma pedra de construção durável. Ela pode ser cortada em blocos quando extraída de fresco. Fica endurecido em exposições ao ar. Devido à sua abundante ocorrência, também é usado como metal de estrada.

As ardósias são extraídas perto de Dharmsala no distrito de Kangra, Kund no distrito de Gurgaon, Monghyr em Bihar e Markapur na fronteira Nelore-Kurnool.

Extração de Pedras:

Dois tipos distintos de pedreiras são seguidos. Em um tipo de pedreira, o objetivo é obter pedras na forma de blocos grandes e não quebrados. No outro tipo, o objetivo é obter formas irregulares e irregulares de pedras destinadas ao agregado concreto, metal de estrada e vários processos de fabricação.

Os métodos de extração dependem da estrutura, clivagem, dureza, composição e outras propriedades físicas, bem como da posição e caráter dos depósitos.

Um princípio básico na exploração de pedreiras é que a face de trabalho da pedreira deve ser planejada de tal forma que a rocha separada deva escorregar e deslizar para a frente principalmente devido ao seu próprio peso. Pode não ser justificável iniciar o trabalho de desenvolvimento de um depósito antes de termos a garantia da disponibilidade de rocha na qualidade desejada e em quantidade abundante digna de ser explorada de forma lucrativa.

Como a escarpa ou penhasco ao longo de uma ravina ou riacho pode servir como um indicador valioso para entender a seção transversal em vários níveis e também permite testes de qualidade em diferentes níveis. Em situações em que tais condições não existam no local, pode ser desejável fazer furos de teste em intervalos para coletar dados de qualidade de rocha.

A qualidade e as propriedades da rocha a ser extraída dependem da sua utilização. Por exemplo, a composição química da rocha é uma consideração importante a ser usada como fluxo do forno, em cal ou cimento. As propriedades físicas são mais importantes onde as rochas são destinadas a fazer pedras de construção ou rochas ornamentais do que propriedades químicas. (As pedras de dimensão referem-se a massas de pedra necessárias na forma de blocos de formas e tamanhos especificados).

Os métodos de extração dependem de características geológicas. Existem três métodos importantes de exploração de pedreiras, viz. Método de plug and feather. Método explosivo ou explosivo e Canalização por maquinaria.

O método do plugue e da pena em cunha e corte é feito em pedreiras de arenito. O método explosivo ou explosivo é usado para pedreiras de brita. O método é perfurar, explodir com explosivos e extrair o material. O método de canalização por maquinário é usado para a extração de calcário.

2. Abastecimento de Água:

As fontes de abastecimento de água são (i) águas superficiais de rios e reservatórios de armazenamento (ii) águas subterrâneas de poços, furos profundos e poços artesianos. Quando a chuva cai em terra, ela é dispersada em parte pelo escoamento da superfície e em parte pela percolação no solo. Em terras baixas temperadas e úmidas, estima-se que um terço da chuva coletada constitua o escoamento, um terço afunda no solo e o balanço é perdido por evaporação.

Fontes de Água Subterrânea:

A água subsuperficial é derivada de várias fontes. Em parte, a água subterrânea é uma contribuição direta da atividade magmática ou vulcânica. No processo de cristalização, exclui-se a água que se move para a rocha adjacente para se tornar parte do suprimento subterrâneo. Essa água excluída na cristalização de rochas ígneas é chamada de água juvenil ou água magmática. (Muitos depósitos de minério e veios minerais foram feitos pela água juvenil).

Abaixo dos mares, os sedimentos depositados retêm alguma água nos interstícios. Depois que alguns sedimentos impermeáveis ​​são depositados, parte dessa água pode ser aprisionada e retida nos sedimentos, até que seja aproveitada. A água tão aprisionada nos sedimentos no momento de sua deposição é chamada de água conata. A água salgada encontrada localmente em alguns poços do interior é água conata.

A principal fonte de água subterrânea é uma parte da precipitação que afunda no solo. Esta grande parte da água subterrânea é chamada de água meteórica.

O abastecimento de água a partir de fontes superficiais inclui não apenas a água obtida localmente a partir de rios e lagos, mas também de reservatórios represados ​​localizados principalmente a alguma distância da área a ser fornecida. Assim, uma cidade que fica perto de um rio grande geralmente utiliza a água dessa fonte. A água é filtrada e, se necessário, purificada quimicamente e bacteriologicamente antes de ser usada.

As fontes do rio podem ser prontamente acessíveis e muitas vezes menos dispendiosas de obter do que fornecimentos adequados, o que pode envolver um dispendioso programa de perfuração. Pelo contrário, o custo de purificar a água do rio antes que ela seja posta à disposição do público é maior do que as despesas envolvidas no tratamento da água do poço.

Lagos e rios eram o lugar mais fácil de obter água. No entanto, mesmo nas primeiras civilizações, é bem sabido que existia a necessidade de perfurar poços para tirar água do subsolo. Espaços de poros de rochas retêm água. Em arenitos não cimentados, os poros formam 20 a 25 por cento da rocha.

Nos xistos, a porosidade pode ser ainda maior. No entanto, é possível obter apenas água de tais rochas que possuam considerável permeabilidade além da porosidade. Essas rochas reservatórios são chamadas de aquíferos. Aquíferos consistem principalmente de arenitos. Alguns calcários e outras pedras também contêm água em fraturas neles. É provável que as taxas de movimento da água sejam altas ao longo das zonas de falha e de junta.

3. Mesa de Água:

O lençol freático é uma das características mais importantes relacionadas ao estudo das águas subterrâneas. O lençol freático é o nível abaixo do qual o solo está totalmente saturado de água e acima do qual os espaços dos poros das rochas contêm um pouco de água e também de ar. O lençol freático sob as colinas e cai em direção a lagos e riachos.

Fig. 18.1 Mostra a relação típica entre o lençol freático e a topografia. O lençol freático obviamente estará no nível de rios e lagos em suas margens. A profundidade da superfície do solo até o lençol freático depende muito do tipo de rocha e do clima. Em regiões úmidas, o solo saturado pode ser alcançado a alguns metros de profundidade abaixo da superfície.

O lençol freático nos pântanos está um pouco acima da superfície da terra. Pelo contrário, nos desertos, o lençol freático pode estar a centenas de metros abaixo do nível do solo. Em geral, todas as rochas abaixo do lençol freático ficam saturadas com água até que um nível seja atingido para baixo, no qual a alta pressão devido ao peso da sobrecarga diminui quase zero o espaço dos poros. Existem alguns casos de estratos impermeáveis ​​que podem conter alguma água a uma profundidade maior do que o lençol freático normal da área.

Podem existir algumas situações em que camadas impermeáveis ​​possam manter um corpo de água em um nível mais alto do que o nível do lençol freático normal. Em tais casos, como mostrado na Fig. 18.2, é evidente que a parte superior da água pode ser penetrada perfurando um poço enquanto o solo subjacente pode estar virtualmente seco.

As condições do lençol freático podem variar em muitas áreas devido à alternância de camadas permeáveis ​​e impermeáveis, linhas de dobramento e falha. Camadas impermeáveis ​​podem obstruir o fluxo de água subterrânea e isolar os horizontes de sustentação da água, com o resultado de que cada grupo de camadas permeáveis ​​pode ter seu próprio lençol freático independente. Culturas de tais camadas são geralmente responsáveis ​​por linhas de molas intermitentes ao longo de um lado da colina, como na Fig. 18.3.

4. Poços Artesianos:

Em certos lugares, a água subterrânea é mantida em uma zona permeável por rochas impermeáveis ​​dos dois lados. A água assim contida é água confinada e a zona permeável é chamada de aqüífero. Esta água confinada é geralmente sob pressão e, portanto, vai subir em um poço que bate nele. Essa água confinada sob pressão é chamada de água artesiana. Um poço no qual a água se eleva acima do nível do lençol freático adjacente é chamado poço artesiano.

As seguintes condições são necessárias para o fluxo artesiano:

(i) Uma zona ou cama permeável, isto é, um aqüífero.

(ii) Rochas relativamente impermeáveis ​​acima e abaixo, de modo a confinar a água no aquífero.

(iii) Mergulho adequado do aquífero para fornecer um gradiente hidráulico.

(iv) Uma área de admissão de forma que o aqüífero possa ser carregado com água.

Essas condições são mostradas na Fig. 18.4. A camada de rocha impermeável acima e abaixo do aqüífero é necessária para garantir a perda da cabeça. A inclinação dos leitos fornece um gradiente hidráulico que se estende desde o nível de saturação até o mergulho da estrutura, até onde a estrutura continua. As águas artesianas são mais comumente encontradas em camadas de arenito permeável cobertas por xistos impermeáveis ​​ou outros tipos em uma série de rochas sedimentares.

Quando a água é bombeada continuamente de um poço, a taxa de descarga através das rochas é geralmente muito menor do que a taxa de bombeamento e o fluxo através das rochas será insuficiente para manter a cabeça original e, consequentemente, o lençol freático um lençol freático cônico deprimido chamado cone de depressão ou cone de exaustão. Um poço profundo de onde uma grande taxa de descarga é bombeada pode resultar em trazer pequenos poços vizinhos presentes dentro da faixa de cone de depressão até um estado de exaustão.

Águas Subterrâneas nas Regiões e Ilhas Costeiras:

A presença de águas subterrâneas frescas nas regiões costeiras e ilhas é uma questão de interesse. Os estratos nessas áreas são permeáveis, consistindo principalmente de areia, barro, corais, calcário etc. Quando a chuva cai, a água da chuva se infiltra através desses estratos e se torna a água doce do solo.

A água salgada do mar, no entanto, penetra no substrato empurrando a água doce para cima, de modo a fazê-la flutuar sobre ela, já que a água do mar é mais densa que a água doce. (Pode-se notar que uma coluna de 12 m de água salgada do mar equilibra uma coluna de 12, 3 m de água doce). Na Fig. 18.6, a água fresca Colum H é equilibrada pela altura h da água salgada. Se a altura do lençol freático acima do nível do mar for t.

então, H = h + t = Sh

onde S = gravidade específica da água salgada.

(S - 1) h = t

H = t / s - 1

Ocorrências de Águas Subterrâneas na Índia:

As planícies do rio Indus e Ganges são enormes reservatórios de água doce, abastecendo os poços. Nas regiões montanhosas nascentes existem onde rochas permeáveis ​​e impermeáveis ​​são inter-camas e inclinadas ou dobradas. Eles são formados onde as rochas são atravessadas por juntas, fissuras e falhas.

Os basaltos vesiculares formam bons aqüíferos nas formações de armadilhas de Deccan de Maharashtra e Madhya Pradesh, produzindo boa água. Gujarat, South Arcot, em Tamil Nadu, Pondicherry e os distritos de East e West Godavari, em Andhra Pradesh, contêm nascentes artesianas.

Nos distritos de Tanjore, Madurai e Trunelveli, em Tamil Nadu, o subsolo é de argila ou de rocha mole, produzindo boa quantidade de água boa. Nas regiões da costa oeste, como Kerala e Karnataka, o substrato é laterita, produzindo principalmente boa quantidade de água subterrânea. Fontes termais e minerais estão presentes em várias partes da Índia - Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, sopé do Himalaia e Caxemira.

5. Sítios e Reservatórios de Barragens:

Diferente do abastecimento dos rios, as fontes de superfície das terras altas fornecem água para as cidades, a água é armazenada em reservatórios de captação e transportada para as cidades por cano e aqueduto. Barragens também são para captação de água para geração hidrelétrica, juntamente com túneis para transporte de água.

Onde o escoamento é utilizado desta maneira (que é distinto da fração de percolação da queda de chuva) e a água é apreendida, existem muitos fatores geológicos a serem considerados na escolha do local tanto para o reservatório quanto para a barragem. O reservatório deve ter a máxima eficiência de retenção de água e a barragem deve ser fundada com segurança.

O aconselhamento geológico é hoje um dia procurado pela maioria das grandes empresas de engenharia civil e é geralmente essencial onde um local de qualquer tamanho para um reservatório deve ser selecionado.

Quando as condições geológicas são estudadas e são consideradas satisfatórias, podem ser tratadas pelo engenheiro, mas o engenheiro deve ter conhecimento suficiente de geologia para reconhecer os prováveis ​​problemas que podem ter que ser encontrados e quando precisar de um aconselhamento especializado.

Uma investigação geológica completa deve ser feita antes dos trabalhos serem iniciados e todas as observações devem continuar durante seu progresso, uma vez que informações adicionais podem se tornar disponíveis e previsões geológicas podem ser necessárias para guiar o programa de escavação conforme a construção prossegue.

Deve-se perceber que o fracasso de uma grande barragem resulta em desastre generalizado a jusante, um desastre envolvendo apropriadamente e vidas de centenas. Os engenheiros e sua equipe têm, portanto, uma responsabilidade extraordinária. Os problemas geológicos em alguns locais podem surgir inesperadamente e podem ser complexos, necessitando de uma análise profissional altamente qualificada.

Pode não ser fora de lugar mencionar que é verdade que muitas falhas nas barragens ocorrem não devido ao projeto defeituoso da estrutura em si, mas devido a condições geológicas que não foram adequadamente compreendidas antecipadamente. Se a severidade do escoamento do solo tiver passado despercebida e a barragem for construída com altos gastos, a barragem pode até permanecer forte e resistente, mas sem elevar o nível da água a montante, derrotando, assim, a própria finalidade da barragem.

O autor é tentado a citar as seguintes palavras mais tocantes do grande geólogo. Berkey em seu trabalho Responsabilidades dos geólogos em projetos de engenharia.

As barragens devem permanecer. Nem todos eles fazem, e há todos os graus de incerteza sobre eles. Reservatórios devem conter água. Nem todos eles, e há muitas maneiras pelas quais a água pode ser perdida.

O trabalho deve ser feito com segurança como um trabalho de construção. Nem todos eles são, muitas fontes de perigo existem.

Toda a estrutura deve ser permanente e o trabalho tem o direito de ser feito dentro da estimativa original. Nem todos eles são, e há muitas razões para o seu fracasso ou custo excessivo, a maioria deles geológicos ou de dependência geológica.

Tipos e Propósitos das Barragens:

As barragens são construídas para atuar como barreiras para a captação de água destinadas a diversos fins. Os principais usos são o fornecimento de regulação de fluxo e armazenamento para abastecimento de água da comunidade ou industrial, energia, irrigação, controle de inundação, regulação de sedimentos de fluxo etc.

As principais classes de barragens são as barragens de terra ou rocha e alvenaria. A seleção do tipo terra ou rocha é baseada na fundação, nas fontes de material e, claro, na economia do projeto. Em situações em que o material subjacente é muito fraco para suportar uma barragem de alvenaria e rochas fortes existem apenas em profundidades muito grandes, são utilizadas barragens cheias de terra ou rocha.

Onde rocha impermeável no local está presente em pequenas profundidades que são fortes o suficiente para suportar uma estrutura de alvenaria, uma barragem de alvenaria ou barragem de terra pode ser construída. A escolha seria o resultado da análise econômica.

As barragens de terra podem ser homogeneamente impermeáveis ​​ou podem ser providas de núcleos e revestimentos impermeáveis. Os tipos usuais de barragens de concreto são os tipos gravidade, arco e contraforte. Terra e barragens de alvenaria requerem fontes econômicas do material necessário para a construção.

6. Túneis:

Talvez em nenhum outro projeto de engenharia a viabilidade, o planejamento, o cálculo de custo, o projeto, as técnicas utilizadas e o risco de acidentes graves durante a construção sejam tão dependentes da geologia do local quanto do encapsulamento.

Enquanto a zona em que um túnel é construído é determinada pelo seu propósito, a decisão de encapsular (em vez de construir uma ponte) é influenciada pelas dificuldades geológicas relativas. A linha precisa do túnel pode ser decidida por uma escolha de condições geológicas locais favoráveis ​​ou difíceis.

A relativa facilidade de extração das rochas e a estabilidade da rocha e da face são os principais fatores nas taxas de progresso e fixação de custos e também em descobrir se uma máquina de perfuração de rochas pode ser usada e se o solo precisa de um suporte e se é necessário usar ar comprimido.

Por exemplo, se um canal enterrado ou uma profunda escavação preenchida com areia saturada e cascalho fossem recebidos sem previsão, o conseqüente apressamento de água na face do túnel resultaria em um sério acidente.

Em um projeto de tunelamento, os seguintes fatores geológicos devem ser considerados:

(a) A facilidade na extração de rochas e solos.

(b) A força das rochas e a necessidade de apoiá-las.

(c) Quanta quantidade de rocha é inadvertidamente escavada além do perímetro planejado do contorno do túnel (isto é, sobre ruptura) onde os explosivos são usados.

(d) Condições das águas subterrâneas presentes e necessidade de drenar as mesmas.

(e) A possível alta temperatura que prevalece em túneis muito longos e a consequente necessidade de ventilação.

A extensão do grau de mudança nas condições acima ao longo da linha do túnel é importante no planejamento e também nos custos. A mudança está relacionada à estrutura que controla qual tipo de rocha está presente em um determinado segmento do túnel e como as camadas de rocha e outras propriedades anisotrópicas são orientadas em relação à face do túnel, e quanto é enfraquecido pela fratura.

Para a escavação de um túnel, as condições geológicas ideais são as seguintes:

(a) Um tipo de rocha é encontrado.

(b) As zonas de falha e intrusões estão ausentes.

(c) Não são necessários arranjos especiais de apoio perto do rosto.

(d) As rochas são impermeáveis.

Em condições geológicas uniformes, pode haver uma taxa uniforme de progresso sem a necessidade demorada de mudanças de técnicas e elaborar arranjos vulneráveis. A capacidade da rocha para cortar e o fator custo são considerações importantes.

A construção é muito dispendiosa nas seguintes situações:

(a) Um grande volume de água é recebido.

(b) Devido à temperatura excessiva da rocha, o local não é adequado para os trabalhadores.

(c) A rocha é carregada com gases nocivos.

Túneis no Terreno Solto:

Nos casos em que um túnel é conduzido a baixas profundidades (por exemplo, a profundidades de cerca de 15 m), existe o perigo de colapso do telhado e também o colapso dos lados devido à pressão radial. Portanto, é necessário tomar precauções durante a operação e o revestimento.

Nos casos em que um túnel é conduzido a grande profundidade (por exemplo, a profundidades de 30 ma 60 m), o material consolidado pode ficar bem, a menos que esteja muito encharcado de água. Neste caso, a pressão no telhado e nos lados será menor e há menos possibilidade de queda de pedras do topo e dos lados. O túnel, no entanto, tem que ser alinhado por toda parte.

Neste caso, existem altas temperaturas de rochas. Quanto mais profundo o túnel, maior será a temperatura. A alta temperatura pode ser superada pela rega ou por propulsão a frio. É improvável que a água de nascente seja encontrada neste caso. Pode não haver necessidade de madeira, exceto em alguns casos. Forro também pode ser evitado.

Túneis em rochas sedimentares:

Nestes casos, molas pesadas podem ser atendidas. Portanto, é necessário fornecer revestimento. Às vezes, os gases carbonosos são encontrados e estes são superados pelo jato de água.

Túneis em rochas metamórficas:

O progresso do tunelamento depende da natureza das rochas e de suas propriedades como dureza, coesão. Escavar para o túnel é bastante mais fácil em rochas consolidadas como rochas ígneas e metamórficas. Ex: granito, calcário, mármore.

No caso de rochas sedimentares estratificadas, a condução em túnel deve ser feita ao longo da batida dos leitos, de modo que os mesmos leitos sejam atendidos na direção do progresso e as condições de trabalho sejam as mesmas. Em formações sedimentares, a porção principal do túnel pode ser localizada em xisto e marga, já que o processo de corte será fácil.

Além disso, o arenito superior servirá como um bom teto, enquanto o calcário duro inferior pode servir como um bom piso. Fornecer um túnel em arenito em estratos inclinados é perigoso. Sob condições de rocha seca, pode não haver um estado perigoso, mas quando a água se infiltra, a condição se torna perigosa (Fig. 18.17).

Em rochas estratificadas de folhas mais finas, um ou mais leitos são expostos ao túnel e a água pode encontrar seu caminho. Há chances de movimentos ao longo dos planos da cama e é possível que todo o comprimento do túnel possa ser submetido a cisalhamento.

Onde as camas são inclinadas, devemos evitar colocar o túnel em arenito. Além disso, não é aconselhável colocar o túnel entre o arenito e o xisto, uma vez que o arenito pode escorregar contra o xisto e bloquear o túnel.

Túneis em estratos oblíquos:

Nesse caso, se o túnel for conduzido através da batida de um estrato inclinado, a água provavelmente será atingida principalmente. Existe o perigo de uma cama escorregar em relação à cama adjacente abaixo dela.

Túneis através da dobra anticlinal:

Neste caso, há um medo de queda do telhado sob o arco da dobra logo acima do túnel.

Túneis através da dobra sinclinal:

Neste caso, haverá sérios problemas de água sob condições artesianas nos leitos porosos da seção.

Métodos de Escavação:

Quando um túnel é construído em solo não coeso ou em rochas fracas (macias), o principal problema é apoiar o solo em vez de escavá-lo. Normalmente, a escavação é realizada usando uma máquina de tunelamento de solo macio, equipada com uma cabeça de corte rotativa. Isto pode ter um sistema de abertura rotatória de cara inteira que permanece em contato com a face do solo à medida que a cabeça de corte avança.

Pequenas fatias de solo são alimentadas através de fendas na cabeça de corte. A face de trabalho é suportada por fluido comprimido que pode ser ar comprimido no túnel ou onde uma máquina complexa é usada, restrita à área da face por um anteparo de pressão.

O método anterior de ter ar comprimido no próprio túnel envolve o risco de incapacidades para os trabalhadores e requer tempo gasto improdutivamente no final de cada turno na descompressão.

Nos últimos desenvolvimentos bem-sucedidos, uma lama de lama e água com argila tixotrópica adicionada é usada na face, em vez de no ar. O barro resiste ao assentamento dentro da lama e tende a formar um bolo de vedação na face. À medida que a máquina avança, os suportes são instalados atrás dela.

O principal fator que rege a taxa de progresso e os custos na construção do túnel em rochas fortes (duras) é principalmente a relativa facilidade de escavação. No método tradicional, seções sucessivas do túnel são perfuradas perfurando um padrão de buracos na rocha e carregando-os com explosivos e disparos.

A necessidade de qualquer suporte e o tipo de suporte a ser fornecido depende da relativa estabilidade do telhado e também das paredes do túnel. Parafusos de rocha amplamente espaçados e malha de arame podem ser usados ​​para pequenos fragmentos soltos, enquanto feixes de anéis próximos podem ser usados ​​onde há risco de queda de rochas.

Nos últimos tempos, o uso de explosivos está sendo gradualmente substituído por máquinas de perfuração de pedra para certos tipos de grandes projetos de escavação de túneis. As máquinas equipadas com cortadores especiais contendo insertos de carboneto de tungstênio espaçadas de maneira próxima podem lidar com rochas de resistência à compressão acima de 300 MN / m ² .

Dificuldades decorrentes das condições geológicas locais:

Ao lidar com túneis de rocha macia, rochas heterogêneas ou condições variáveis ​​presentes na face do túnel podem representar sérios problemas para aumentar os custos. Se um pedregulho ou outro solo com seixos grandes forem encontrados, um problema quase quase impossível pode ser enfrentado quando máquinas de face de polpa estiverem em operação.

As fresas de disco rígido são eficazes para rochas duras, mas podem não ser úteis em solos moles. A variação de resistência dos solos ao longo da linha do túnel deve ser antecipada para que o suporte apropriado possa ser usado quando a face do túnel estiver sendo escavada. Incapacidade de fazê-lo pode levar à escavação excessiva.

Além das variações óbvias de resistência entre os tipos de solo (por exemplo, entre areia não coesiva e argila parcialmente consolidada), a variação relacionada à porosidade e saturação pode produzir diferenças significativas. Uma pequena variação no teor de água pode transformar um solo estável no solo. Os solos do local instável podem ser consolidados pela injeção de produtos químicos ou cimento ou congelando-os.

Com o tunelamento através da rocha dura, a dificuldade relativa da escavação de rochas particulares depende, em parte, da utilização de explosivos ou da utilização de uma máquina de perfuração de rochas. No entanto, ambos os métodos compartilham certos fatores importantes. Em ambos os casos, a taxa de escavação é inversamente relacionada à força de esmagamento das rochas e diretamente relacionada à quantidade de fraturamento.

No processo em que os explosivos são usados, a relação com a força é complicada pela maneira como algumas rochas frágeis não-quebradiças, como a mica-xisto, reagem à explosão e não puxam bem por uma carga e pelo papel muito maior que fraturar tocam.

As fraturas não servem apenas como caminhos para a expansão dos gases a partir da explosão, mas também como planos de fraqueza ao longo dos quais a rocha se separará. No tunelamento, a facilidade de perfuração dos furos depende da dureza e abrasividade da face da rocha e também da variação da dureza dentro dela. A broca pode tender a ser defletida em um limite agudo entre os estados duro e macio.

Os minerais duros mais prováveis ​​que provavelmente apresentam problemas são as variedades de sílica, como quartzo, sílex ou sílex, que podem ocorrer como veias ou concreções nodulares. Xistos contendo nódulos de ferrugem também podem causar problemas como uma mistura desajeitada. Minerais relativamente duros e rochas fortes são freqüentemente formados por metamorfismo térmico.

Um xisto calcário fraco e macio pode transformar-se em um calchornfels duro e forte. Verificou-se que este é um fator geológico significativo em alguns projetos hidrelétricos, onde o reservatório está em um local em terreno alto, correspondendo a uma safra de grande intrusão de granito.

O tunelamento dentro da zona térmica tende a tornar-se cada vez mais difícil à medida que o granito é abordado. Extração excessiva de matéria rochosa devido a planos de fraqueza pode levar a quebra mais e também a quedas de rochas do telhado.

Uma certa porcentagem de excesso de escavação em relação àquela correspondente à seção perfeita é geralmente coberta no contrato. A quebra que ocorre durante a escavação depende da intensidade da articulação e da presença de outros planos de fraqueza, como planos de cama, xistosidade. Em geral, rochas bem assentadas com fraturas provocam surtos, enquanto rochas uniformes maciças devidamente perfuradas proporcionam uma seção limpa.

O surto excessivo e o risco de quedas de rochas do telhado podem ser responsabilizados nas seguintes situações:

(a) Em zonas de falha, especialmente se houver brechas fracamente cimentadas.

(b) Nos diques mais estreitos que o túnel que desenvolveu juntas.

(c) Nos eixos sinclinais onde existem juntas de tensão.

(d) Em camadas de rochas fragmentadas frouxamente compactadas.

(e) Onde finas camadas de rochas fortes e fracas estão presentes (digamos, alterações de calcário e xisto) no nível do telhado ou em greve ao longo do túnel e ter um mergulho íngreme.

Verificação em um túnel:

A extensão da infiltração em um túnel através de rochas e juntas permeáveis ​​é um fator importante a ser considerado. Isto deve ser avaliado a partir do conhecimento das condições das águas subterrâneas, da permeabilidade das rochas e da estrutura geológica.

Por exemplo, granito, gnaisse, xisto e tais rochas cristalinas são tipicamente secas, exceto pelo possível fluxo ao longo de juntas e falhas e, talvez, nas margens de quaisquer diques que as cruzam.

No caso de rochas permeáveis, o fluxo de água subterrânea no túnel provavelmente aumentará na zona de falha e nos eixos sinclinais. Fissuras cheias de água, especialmente em calcário, apresentam um sério risco. Isto deve ser seguro contra a sonda antes da face de trabalho com pequenos orifícios horizontais.