cartografia geotécnica 2009
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MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL
OBRAS GEOTÉCNICAS
Introdução àCARTOGRAFIA GEOTÉCNICA
M. F. Costa Pereira
[email protected] http://dminas.ist.utl.pt/OG2009
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Carta geotécnica (Engineering geological map)
(1)
Cartografia que contém informações de índolegeológico-geotécnica necessárias para aplaneamento e gestão do território e, para osprojectos, construção e manutenção de obras de
engenharia
Instrumento de trabalho da Engenharia Geológica
Contém informações sobre as características epropriedades do solo e do subsolo de umadeterminada região
Avaliação do comportamento e previsão dos problemasgeológicos e geotécnicos
(1) Discussão alargada do tema in http://www.rc.unesp.br/igce/aplicada/ead/cartas/carta03.html
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A utilidade das Cartas Geológicas
Topografia
Litologias
Estrutura das formações geológicas
Tectónica frágil e dúctil
Informação hidrogeológica
Informação sobre recursos geológicos
Informação arqueológica
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As limitações das Cartas Geológicas
Não contêm dados quantitativos das propriedadesfísicas e mecânicas, nem dados referentes àsheterogeneidades e anisotropia dos materiais
Não apresentam os componentes do meiogeológico com significado geotécnico e a suainfluência nos trabalhos de planeamento e de
engenharia
Não contêm informação sobre a dinâmica do meiogeológico relativamente à engenharia
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Conteúdos gerais das cartas geotécnicas
Descrição e classificação geotécnica dos solos edas rochas
Propriedades físicas e mecânicas dos materiais
Condições e processos geomorfológicos
Processos dinâmicos
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Factores condicionantes do conteúdo, pormenor egrau de complexidade das cartas geotécnicas
Escala e extensão
Objectivos concretos a atingir
Importância dos diferentes factores geológico-geotécnicos e respectivas relações
Informação disponível, dados e representatividade
Técnicas de representação
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UTILIDADE DAS CARTAS GEOTÉCNICAS
Informação descritiva (materiais e processosgeológicos)
Dados quantitativos (meio geológico, propriedades
físicas e mecânicas dos materiais)
Informação Interpretativa com relevo para asaplicações geotécnica ou de engenharia
AJUDA INSUBSTITUÍVEL PARA O PROJECTO RACIONAL DASOBRAS, NA PREVISÃO DOS PROBLEMAS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS DE REGIÕES PARTICULARES, PLANIFICAÇÃO
DAS INVESTIGAÇÕES IN SITU E NA INTERPRETAÇÃO DOSRESULTADOS DOS ENSAIOS DE CAMPO E DE LABORATÓRIO
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CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
PLANEAMENTO REGIONAL
INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA BÁSICA
OBRAS GEOTÉCNICAS
INFORMAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA ESPECÍFICA
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CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
Específico - apresenta informação sobre um aspecto
particular de engenharia geológica ou sobre umobjectivo concreto (aterro para resíduos, traçados de
caminhos de ferro, condições do terreno para fundação
de uma barragem, escavações subterrâneas, etc.).
Múltiplo ou geral - apresenta informação referente a
diversos aspectos da engenharia geológica, para
diversos objectivos e utilizações geotécnicos.
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
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CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
Temático ou analítico – contém detalhes ou avalia umcomponente do meio geológico (ex. Grau de meteorização,
grau de fracturação)
Integrado – a) inclui os condiconalismos de todoscomponentes principais do meio geológico; b) divide oterritório em zonas geotécnicas homogéneas
Auxiliar – apresenta dados concretos sobre algumaspecto geológico ou geotécnico
Complementar – informação básica sobre algumaspecto geológico, geomorfológico, hidrogeológico, etc.
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CARTAS GEOTÉCNICAS
OBJECTIVO CONTEÚDO ESCALA
Grande escala (local) > 1:10 000Escala média 1:10 000 a 1:100 000
Pequena escala (regional) < 1:100 000
UNESCO - INTERNATIONAL ASSOCIATION OF ENGINEERING GEOLOGY (1976)
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CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO
TERRENO
Informação essencialmente qualitativa comclassificações gerais, zonas problemáticas, aptidão
do terreno para diversos usos, etc
CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA
Informação quantitativa de propriedades eindicadores geotécnicos
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CARTAS DE AVALIAÇÃO GEOTÉCNICA DO
TERRENO
Interpretação da cartografia geológica (1:50 000 e1:100 000), legenda de origem geológica – utilidadelimitada
Características geotécnicas das formaçõessuperficiais (1:25 000 a 1:100 000)
Coberturas, solos, aluviões, etc.
Caracterização qualitativa (por vezes quantitativa)e zonamento geral pouco pormenorizado
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CARTAS DE CARACTERIZAÇÃO
GEOTÉCNICA
Caracterização global do terreno (1:25 000 a 1:50 000) -grandes unidades geotécnicas, com dados de
propriedades e indicadores de qualidade
Zonamento geotécnico para projectos deengenharia (1:5 000 a 1:25 000) – informação quantitativa
de acordo com a aplicação (fundações, taludes,escavações, materiais de construção, etc.)
Cartografia geotécnica de pormenor (1:100 e 1:2 000) –
informação e dados geotécnicos para uma obra concreta
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CONTEÚDO DAS CARTAS GEOTÉCNICAS
Topografia e toponímiaDistribuição e descrição litológica das unidadesgeológicasEspessura dos solos, formações superficiais e rochas
alteradasDescontinuidades e dados estruturais
Classificação geotécnica de solos e rochasPropriedades de solos e rochas
Condições hidrogeológicasCondições geomorfológicasProcessos dinâmicos
Investigações prévias existentesRiscos geológicos
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CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICASDE SOLOS E DE ROCHAS
Propriedades Geológicas vs. Propriedades Geotécnicas
Composição mineralógicae litologia
Textura e Estrutura
Condições hidrogeológicas
Frequência, distr ibuição etipo de fracturas. Grau dealteração
Densidade e plasticidade dossolos; dureza, resistência,alterabilidade das rochas
Comportamento mecânico(densidade e porosidade)
Consistência dos solos,condições de alteração emsolos e rochas
Resistência, deformabilidadee permeabilidade
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CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICASDE SOLOS E DE ROCHAS
Parâmetros geotécnicos a representar na cartografia
Densidade Porosidade Consistência e Actividade Permeabilidade Resistência à compressão simples e à tracção
Parâmetros resistentes Deformabilidade Durabilidade ou alterabil idade
CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA DE SOLOS (USCS)E DE ROCHAS (ISRM) E CORRELAÇÕES EMPÍRICAS
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MetodologiaIAEG (1981)
CLASSIFICAÇÃO E PROPRIEDADES GEOTÉCNICASDE SOLOS E DE ROCHAS
Classificação litológica de rochas
Descrição e Classificação geológico-geotécnica dasrochas e maciços rochosos
Matriz rochosa cor, textura, estrutura, porosidade, alteração e resistência
Maciço rochoso estrutura, nº descontinuidades, tamanho e forma dosblocos, grau e perfi l de meteorização
Características das descontinuidades
Classificação e descrição geológico-geotécnica dossolos
Número e tipo tamanho do grão, matéria orgânica, plasticidade,
origem do depósitoDescrição do material cor, forma e composição, estado de alteração,
resistência
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Mapa Geotécnico geral de uma região de Toledo (González de Vallejo et al.,2004)
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González de Vallejo
et al.(2004)
Região deZaragoza
Mapa com características geomecânicas e factores com incidência na construção
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(cont.)
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CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS
A presença da água condiciona a escolha dos locaisde implantação das obras e tem, frequentemente, umimpacto muito negativo ao nível da prática daengenharia ligada à construção dessas obras
Cerca de 75% dos problemas geotécnicosrelacionam-se directa ou indirectamente com
a presença da águaPor outro lado, a construção de grandes obras deengenharia pode afectar as condições
hidrogeológicas pré-existentes, criando ouamplificando os problemas geotécnicos associados
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CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS
OBJECTIVOS
Prever as variações hidrogeológicas noterreno provocadas pelas actividades de
engenharia
Evitar, minimizar ou controlar as
variações hidrogeológicas
Devem ser cartografadas as zonas inundadas nopassado e as potencialmente inundáveis, assim
como a frequência e o período de retorno dasinundações
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CONDIÇÕES HIDROGEOLÓGICAS – Dados Importantes
Distribuição da água e teor em água dos materiais Formações aquíferas
Lagos, rios, nascentes
Níveis piezométricos, profundidade e flutuações(Estações do ano e outras)
Aquíferos confinados
Fluxos, direcção e velocidade
Zonas e condições de infil tração
Parâmetros hidrológicos: permeabilidade
Propriedades hidroquímicas e qualidade da água
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CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS
OBJECTIVOS
Conhecer os processos geradores de
instabilidade
Identificar as zonas instáveis
Escolher os melhores locais para aimplantação e os traçados das obras deengenharia
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CONDIÇÕES GEOMORFOLÓGICAS – Dados Importantes
Topografia
Elementos do relevo (vales, terraços, vertentes,escarpas, etc.)
História recente e desenvolvimento da paisagem edo relevo e sua relação com a geologia
Origem, evolução e idade dos elementosgeomorfológicos
Relação com a hidrogeologia
Relação com processos geodinâmicos internos eexternos
Previsões de processos de erosão, assentamentos,movimentos de vertente, etc.
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PROCESSOS DINÂMICOS
OBJECTIVOS
Obter informações espaciais e temporaissobre os processos geo dinâmicosinternos e externos
Efectuar a análise de Riscos Geológicos
Perigosidade
Vulnerabilidade
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PROCESSOS DINÂMICOS – Dados Importantes
Localização e extensão dos processos
Limites e traços morfológicos associados
Idade (datação)
Intensidade e frequência de ocorrência
Grau de actividade, velocidade
Condições, causas e factores condicionantes
Previsões de processos potenciais
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R = P . V. C
R – Risco
P – PerigosidadeV – Vulnerabilidade
C – Custo/valor do elemento exposto
Mapa de inventáriod d li t
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de deslizamentos Alcoy - Alicante
(González de Vallejo et al.,2004)
Fotografia aérea+
Reconhecimentode campo
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Informação suporte das cartas geotécnicas
Mapa geológico básico+Fundo topográfico
É comum não existirem mapas geológicos àescala requerida pelas obras
Quando são necessários mapas de escala médiaou grande, recorre-se normalmente aos mapasdisponíveis na escala 1:50 000 ou 1:25 000,
complementando-os com levantamentos decampo detalhados
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ZONAMENTO GEOTÉCNICO
Consiste na classificação de zonas geotecnicamentehomogéneas, que podem incluir diferentes idadesgeológicas – UNIDADES GEOTÉCNICAS. São divisíveisem subunidades
O pormenor e grau de homogeneidade depende daescala, do objectivo e dos dados disponíveis
Nos mapas específicos para aplicações concretas, ozonamento deve basear-se nos parâmetros oucondições geotécnicas e nos fenómenos ou processosgeológicos que dizem respeito ao objectivo do mapa
Qual o objectivo do mapa ?
UNIDADES PARA CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA
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UNIDADES PARA CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA
Designação Tipo de UniformidadeTIPO GEOTÉCNICO(ESCALA GRANDE)
TIPO LITOLÓGICO(ESCALA GRANDE OU MÉDIA)
COMPLEXO LITOLÓGICO(ESCALA MÉDIA A PEQUENA)
CONJUNTO LITOLÓGICO(ESCALA PEQUENA)
Litológica e física
Valores médios das propriedades
Composicional, textural e estrutural
Intervalo de valores
Genética e de tectónica - grupos detipos litológicos relacionados
Dados de litologias individuais ecomportamento geral da unidade
Genética e de tectónica - várioscomplexos litológicos
Propriedades geotécnicas muito gerais U N I F O R M
I D A D E C R E S C E N T E
IAGEG (1981); Unesco - IAEG (1976)
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REPRESENTAÇÃO DOS DADOS
MAPA + LEGENDA + MEMÓRIA*Não existe um procedimento padrão, entre asprincipais associações de Engenharia Geológica, em
relação aos dados representados nas cartas e no modocomo são apresentados
* Inclui resultados dos reconhecimentos e investigaçõesrealizadas, os dados obtidos, as metodologias e critériosuti lizados para elaborar o mapa, sendo frequente incluir asclassificações geológico-geotécnicas dos materiais,
colunas de sondagens, folhas de resultados de ensaios efotografias com aspectos de interesse geotécnico
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REPRESENTAÇÃO DA INFORMAÇÃO NO MAPA
Atribuição de propriedades geológico-geotécnicas às diferentes unidadesestabelecidas
Delimitação as zonas homogéneasrelativamente a propriedades individuais
Zonamento em unidades geotécnicashomogéneas e indexando valoresquantitativos
Isolinhas de valores quantitativos
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sondagens
Exemplos de diagramas para representaçãode dados pontuais
ensaios
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APLICAÇÕES INFORMÁTICAS E SIG
Tratamento automático dos dados Mapas de elementos ou factores
individuais ou combinados entre si Preparação de bases de dados
Actualização contínua dos mapas comdados e informação
Preparação de modelos 3D e simulaçãode acções sobre o terreno
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CORTES GEOTÉCNICOS
Imprescíndíveis em projectos de fundações, barragens,
obras subterrâneas, etc.
González deVallejoet al.(2004)
Perfil de sectorização geomecânica de um túnel
Profundidades pelo menos iguais às da região de trabalho
Não incluir interpretações subjectivas
(Legenda perfil anterior)
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* **
** desmonte com explosivos* Ripável - Removível com rippers
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Os métodos de obtenção de dados com vista à criaçãode mapas geotécnicos devem incluir os métodoshabituais em engenharia geológica, complementadoscom
MÉTODOS DE PROSPECÇÃO INDIRECTA
MÉTODOS DE PROSPECÇÃO DIRECTAde acordo com o tipo e objectivo do mapa e dacomplexidade da zona em estudo. O tempo disponível
também poderá condicionar a realização destesmapas.
A fase final compreende
SELECÇÃO, ANÁLISE, INTERPRETAÇÃO DOS DADOS
Método Dados para cartografia geotécnica
Foto interpretação e teledeteção Cartografia de solos e rochas
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Foto-interpretação e teledeteção Cartografia de solos e rochas
Estruturas geológicas
Hidrologia e redes de drenagem
Processos dinâmicos
Reconhecimento e recolha dedados de Campo
Aspectos geológicos e geomorfológicos
Dados e medidas geológico-geotécnicas
Métodos geofísicosResistividade eléctrica:
Porosidade, fracturação, saturação, salinidade
Profundidade do nível freático
Profundidade do substrato rochoso
Sísmica:
Densidade, módulo de deformaçãoGrau e profundidade de zonas alteradas
Profundidade do substrato rochoso
Sondagens, valas e amostras Colheita de amostras representativas
Observação directa dos materiais
Propriedades físicas e características do terreno
Condições hidrogeológicas
Ensaios in situ Propriedades resistentes e deformacionais
Tensões naturais
Permeabilidade, pressão de águaDados de ensaios em sondagens
Ensaios de laboratório Propriedades físicas e mecânicas dos materiais
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PLANEAMENTO DO TERRITÓRIO
REGIONAL LOCAL E URBANO
MAPAS INTEGRADOS COM DIVERSOS ASPECTOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS
(ESCALAS MÉDIA E PEQUENA)
SELECÇÃO DOS LOCAIS ADEQUADOS, AMBIENTALMENTE FAVORÁVEiS OU SUSTENTÁVEIS
SOLUÇÃO DE COMPROMISSO ENTRE ASPECTOSTÉCNICOS, ECONÓMICOS E AMBIENTAIS
SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DURANTE AS FASES DE
DESENVOLVIMENTO, PROJECTO E CONSTRUÇÃO
Mapa geotécnico geral (Tenerife)
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( G o n z á
l e z d e V a l l e
j o e t a l . , 2
0 0
4 )
A – Muito expansivoB – Expansivo
C – Ligeiramente expansivoD – Não expansivo
Afloramentosrochosos
ou comcoberturas < 2m
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ENGENHARIA
ESTUDOS PRÉVIOS OU DE VIABILIDADE PARA SELECÇÃO
DE LOCALIZAÇÃO DE OBRAS OU DE TRAÇADOS
INFORMAÇÃO E DADOS PARA O PROJECTOE CONSTRUÇÃO DA OBRA
MAPA + CORTES OU PERFIS GEOTÉCNICOS(ESCALA GRANDE)
Localização das sondagens e investigações realizadas Processos dinâmicos (deslizamentos e subsidências), áreas
instáveis e riscos geológicos Aptidão geotécnica para fundações e suportes
Taludes em escavações Localização e qualidade dos materiais de empréstimos
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(González de Vallejo et al.,2004)Cidade de Cartagena – Murcia
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Legenda simplificada. Escala 1:15 000
Bibliografia recomendada
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Geological Society of London (1972). The preparation of maps and
plans in terms of engineering geology. Qt. J1. EngineeringGeology, voI 5, pp. 239-381.
IAEG (1981). Rock and soils description and classification for
engineering geological mapping. Report by the IAEG Commissionon Engineering Geologi-cal Mapping. BulI. of the IAEG, n.º 24, pp.235-274.
UNESCO-IAEG (1976). Engineering geological mapping. A guide totheir preparation. Commision on Engineering Geological Maps ofthe IAEG. Earth Sciences, 15. The Unesco Press.
Referência principal da apresentação
González de Vallejo, L.; Ferrer M.; Ortuño L. & Oteo C. (2004).Ingeniería Geológica. Pearson Educación, Madrid. 744 p.