Versão online: http://www.lneg.pt/iedt/unidades/16/paginas/26/30/185 Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial III, 1143-1146 IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X

Avaliação da estabilidade de um talude rochoso Evaluation of rocky slope stability P. Preto1, I. Fernandes2*, M. A. Ribeiro2

© 2014 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP

Resumo: A acção de agentes de geodinâmica (externa e interna) ou mesmo as actividades humanas podem causar alterações na morfologia de um talude e resultar na instabilização das forças actuantes. No trabalho presente faz-se a análise da estabilidade de um talude rochoso na margem esquerda do rio Távora, a NW da povoação de Távora. Foi realizada a cartografia geológica de pormenor, o levantamento sistemático das diaclases e sua projecção estereográfica para determinação das famílias principais, com avaliação cinemática da estabilidade. Este estudo foi complementado com a análise dos factores que podem afectar a estabilidade do maciço. Aplicou-se o Rock Mass Rating e o Slope Mass Rating. A metodologia utilizada mostrou ser eficiente para os objetivos do estudo quanto à previsão da probabilidade de ocorrência de movimentos de terreno. Palavras-chave: Estabilidade de taludes rochosos, Classificação geomecânica, Mapas de fatores. Abstract: The aim of this study is the analysis of the stability of a natural rock slope located along the Távora river, NW of the village of Távora. The geological mapping of the area and the use of the stereonet to determine the main sets of joints were the starting points for the performed analysis, followed by the kinematic analysis. It was complemented with the study of different factors regarding the stability of the rock mass. The Rock Mass Rating and the Slope Mass Rating were used. The methodologies applied proved to be a simple but effective way to describe the potential behavior of the rock mass with respect to the probability of occurrence of slope movements. Keywords: Rock slope stability, Geomechanical classification, Factor maps. 1Department of Geological Sciences, Stockholm University, SE-106 91, Stockholm, Sweden. 2Departamento de Geociências, Ambiente e Ordenamento do Território, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto e Centro de Geologia da Universidade do Porto, Porto, Portugal. *Autor correspondente / Corresponding author: mifernandes@fc.ul.pt

1. Introdução

A instabilidade de um talude rochoso natural pode ocorrer devido a diferentes fatores desencadeantes, envolver um ou mais mecanismos e resultar em prejuízos humanos e/ou materiais. Na análise de um maciço rochoso deve ser dada atenção particular ao sistema de descontinuidades, à definição das famílias de diaclases que compartimentam o maciço e suas características, conforme estabelecido no

documento da ISRM (1978). Uma correta análise tem sempre por base um conhecimento pormenorizado da geologia e estrutura da área envolvida.

A área estudada situa-se na margem esquerda do rio Távora, entre a povoação do mesmo nome e a Ribeira de Fradinho, e é caracterizada por um declive acentuado com cerca de 700 m de desnível entre as cotas mais altas, no planalto granítico, e a zona de vale em rochas metassedimentares, onde se encaixa o rio. O talude é abrupto, apresentando zonas com declive superior a 45º nas zonas graníticas.

Do ponto de vista geotectónico, a área localiza-se na Zona Centro Ibérica (ZCI) do Maciço Ibérico. Afloram duas litologias: rochas graníticas e metassedimentares O granito de Sendim, que ocorre nas cotas mais elevadas, é um granito de grão médio a grosseiro, de duas micas. O granito de Paredes da Beira é um granito de grão médio a fino e aflora a cotas intermédias. São granitos sin-tectónicos que se instalaram durante a terceira fase da Orogenia Hercínica no núcleo de um anticlinal de orientação NW-SE (Ferreira & Sousa, 1994). Nas cotas mais baixas afloram formações do Grupo do Douro do Complexo Xisto-Grauváquico (CXG), constituídas por alternâncias de filitos cinzentos ou negros e metagrauvaques (Formação de Bateiras). Estas rochas estão localmente recristalizadas por metamorfismo de contacto (Ferreira & Sousa, 1994). Os principais alinhamentos tectónicos, de acordo com a cartografia disponível sobre a área e com a fotointerpretação, têm orientação N-S a NNE-SSW. Os alinhamentos NW-SE marcam a tendência regional e observam-se essencialmente no CXG. Na área estudada a estratificação é visível e paralela à foliação principal, com atitude N120-160º, subvertical.

2. Material e métodos

No trabalho realizado foram aplicados os seguintes métodos: a) análise de fotografia aérea e imagem de satélite; b) levantamento de campo com reconhecimento de eventuais cicatrizes e historial de movimentos de

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terrenos; c) cartografia geológica; d) realização de mapas temáticos (hipsométrico, de declives e de orientação das vertentes) com recurso a modelos digitais de terreno (MDT); e) mapa de uso e ocupação do solo; f) projeção do sistema de diaclases em rede de igual área (Schmidt), hemisfério inferior, usando o software Dips® da Rocscience5.1., com avaliação cinemática de possíveis movimentos de terreno pelo método de Markland e refinamento de Hocking (Wyllie & Mah, 2005); g) aplicação das classificações geomecânicas de Bieniawski (1989) (Rock Mass Rating, RMR) e de Romana (1993) (Slope Mass Rating, SMR).

3. Resultados

A foto-interpretação foi efetuada por observação de fotografia aérea à escala 1:5.000 e pela análise de imagens de satélite, tendo-se obtido o esboço dos principais alinhamentos tectónicos da área.

O estudo das formações graníticas foi condicionado pelos difíceis acessos na zona da encosta. As características do Granito de Sendim foram avaliadas na zona de planalto e o granito de Paredes da Beira foi observado a uma cota intermédia num corte de estrada nacional. Os afloramentos do CXG são de acesso mais fácil. No entanto, têm dimensões reduzidas, dado o grau de alteração superficial destas rochas, que se encontram predominantemente cobertas por solo maioritariamente utilizado para fins agrícolas, em socalcos.

A cartografia geológica e os mapas de fatores foram produzidos à escala 1:10.000. Na figura 1 encontram-se duas das cartas produzidas por MDT, nomeadamente as cartas de declives e de orientação de vertentes. Para o mapa de declives consideraram-se 5 classes (Gupta & Albalagan, 1997; Sarka & Kanungo, 2004): encosta muito suave (i<15º), encosta suave (15-25º), encosta com inclinação moderada (25-35º), encosta abrupta (35-45º) e escarpa (i>45º). Confirma-se por este mapa que predominam, nos afloramentos graníticos, ângulos de inclinação de 25 a 35º, existindo no entanto trechos de valores superiores de inclinação e, pontualmente, trechos com inclinação > 45º, pendendo para NE e, localmente, para Norte. As litologias metassedimentares apresentam declives muito mais suaves, frequentemente inferiores a 15º. Na área mais próxima do rio os declives mais acentuados são devidos à existência de socalcos limitados por muros em pedra. Para o mapa de uso e ocupação do solo utilizou-se a divisão em zona florestada, socalcos cultivados e afloramentos rochosos com vegetação escassa. Os últimos predominam na área em que aflora maciço granítico, as zonas florestadas encontram-se essencialmente junto às linhas de água mais encaixadas.

Para levantamento da fracturação do maciço rochoso foram seleccionados cinco locais, identificados na figura 1 como Dn: D1 situa-se no Granito de Sendim, D2 e D3 no Granito de Paredes da Beira, D4 e D5 no CXG. Este levantamento destinou-se ao registo do grau de alteração do maciço em cada local e à caracterização das diferentes famílias de fracturas quanto à atitude mais frequente, espaçamento, extensão, rugosidade, preenchimento e

abertura, segundo as indicações da ISRM (1978). Os diferentes parâmetros foram representados em histogramas.

O granito de Sendim mostra-se predominantemente são a ligeiramente alterado (W1 a W2) com zonas localizadas de granito decomposto (W5). O granito de Paredes da Beira encontra-se essencialmente alterado (W3). As principais famílias de diaclases têm orientação NE-SW e NW-SE e são subverticais (exemplo na figura 1), espaçadas (F2-F1), persistentes (3-10 m), formando blocos de grandes dimensões. A rugosidade das paredes das diáclases foi avaliada por comparação com perfis-tipos e atribuição de valores de JRC (Joint Roughness Coefficient, coeficiente de rugosidade da descontinuidade) (Barton & Choubey, 1977; ISRM, 1978). Obtiveram-se valores variáveis, sendo frequentemente de 10-12 JRC para o granito de Sendim, o que corresponde a diaclases ondulantes pouco rugosas, e de 6-8 JRC para o granito de Paredes da Beira, o que representa diaclases ondulantes polidas. As rochas do CXG estão alteradas a muito alteradas (W3-W4), dominando a família de diaclases com orientação NW-SE, paralela à foliação, com inclinação para NE. Nesta formação as diaclases são pouco persistentes (1-3 m), próximas (F4) e tendem a ser pouco rugosas a polidas (6-8 JRC).

Com base na projeção dos polos das diaclases fez-se a avaliação cinemática da possibilidade de deslizamento planar, em cunha ou queda de blocos por toppling. Para a análise cinemática admitiu-se um valor de 35º para o ângulo de atrito interno dos afloramentos graníticos e de 25º do CXG, atendendo a que as superfícies estão moderadamente alteradas e com base em valores de referência publicados para rochas semelhantes (Rocha, 1981; Hudson & Harrison, 1997). Para esta avaliação considerou-se a direção predominante dos taludes: NW-SE (azimute da reta de maior declive = 55º) para os afloramentos graníticos; WNW-ESE para o CXG (azimute da reta de maior declive = 25º). Para a inclinação, admitiu-se o cenário mais desfavorável, ou seja, o valor mais elevado de declive para cada litologia. Os resultados obtidos estão resumidos na tabela 1. No maciço constituído pelo granito de Sendim pode ocorrer toppling e quedas de blocos. No granito de Paredes da Beira há possibilidade de ocorrência de deslizamentos planares e em cunha e, pontualmente, toppling. A Formação de Bateiras (CXG) mostra-se mais estável, podendo apenas ocorrer toppling. A estabilidade desta formação é favorecida pelo afloramento a cotas mais baixas e pelo declive suave do talude. Nos taludes dos caminhos de acesso aos socalcos agrícolas observaram-se deslizamentos de pequenos volumes de solo superficial, encontrando-se o maciço rochoso a uma profundidade média de cerca de 2 m.

Aplicou-se o cálculo de RMRbásico, obtendo-se um valor de 66 para D1 e D2, 68 para D3, 57 para D4 e 55 para D5. Os valores de RQD foram determinados com base no espaçamento das diaclases e no grau e alteração observados à superfície. A resistência à compressão uniaxial foi avaliada a partir de valores existentes na literatura para estas litologias, atendendo às características observadas (Rocha, 1981; Hudson & Harrison 1997). Os valores de SMR foram obtidos, para o maciço granítico, considerando apena as

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famílias de descontinuidades potencialmente instáveis em cada Dn, com base nos resultados obtidos na análise cinemática. Obtiveram-se valores que correspondem a classe II (estável) e III (parcialmente estável) (Romana, 1993).

A aplicação da classificação ao maciço permitiu concluir que os granitos têm boas características mecânicas, excepto

nas zonas localizadas de alteração mais intensa, coincidentes com corredores de fraturação. As famílias suscetíveis de originar toppling mostram diaclases mais abertas e menos rugosas do que a família em que pode ocorrer deslizamento planar. Por outro lado, o CXG embora não apresente probabilidade de ocorrência de deslizamentos, mostra características geomecânicas inferiores ao granito.

Fig. 1. Exemplos dos mapas de fatores e da análise cinemática: mapa de declives com indicação dos locais de estudo do sistema de diaclases (D1 a D5), mapa de orientação das encostas e representação em rede de igual área das famílias em D2 com a respetiva análise cinemática.

Fig. 1. Example of the factor maps and diagrams for the kinematic analysis: slope map with the location of the joint system stations (D1 a D5), slope orientation map and diagram of the joints in D2 with the representation of the components of the kinematic analysis. 4. Conclusões

Aplicaram-se diferentes métodos para a análise da estabilidade de um maciço rochoso constituído por granitos e rochas metassedimentares. A análise geométrica das descontinuidades em função da orientação e inclinação dos taludes revelou a probabilidade de ocorrência de toppling, deslizamentos planares e em cunha nas encostas graníticas, tomando em consideração o pior cenário, ou seja, o maior valor de inclinação da encosta. Verificou-se maior susceptibilidade de ocorrência de tombamentos no Granito de Sendim e de deslizamentos planares no Granito

de Paredes da Beira. Os taludes na litologia pertencente ao CXG, embora apresentem fracturação mais densa, com xistosidade muito marcada e maciço alterado, mostram declives muito mais suaves e de menor altura do que os afloramentos graníticos.

A classificação geomecânica (RMRbásico) classifica o maciço granítico na classe II (boa qualidade) e o CXG na classe III (qualidade razoável), refletindo as melhores características mecânicas dos granitos (ligeiramente a moderadamente alterados à superfície) relativamente ao CXG (predominantemente muito alterado e mais fraturado).

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Tabela 1. Conclusões da análise cinemática.

Table 1. Conclusions of kinematic analysis.

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theory and practice. Rock Mechanics, 10(1-2), 1-54. Bieniawski, Z.T., 1989. Engineering Rock Mass Classifications.

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Data, Rocscience – software tools for rock and soil, https://www.rocscience.com.

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Wyllie, D.C., Mah, C.W., 2005. Rock Slope Engineering, Civil and mining. 4th Ed., Spon Press, 431 p.