compatibilização entre caracterização de maciços rochosos e otimização de desmonte de rochas...
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COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS ROCHOSOS E OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOSTRANSCRIPT
UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA – FUNDAÇÕES
E OBRAS DE TERRA
---
COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇOS
ROCHOSOS E OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM
EXPLOSIVOS PARA A MINA DO ---
BELO HORIZONTE / MG
2015
---
COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO
DE MACIÇOS ROCHOSOS/CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA E
OTIMIZAÇÃO DE DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS
PARA A MINA DO ---
Monografia apresentada ao curso de Pós-
Graduação Em Engenharia Geotécnica –
Fundações E Obras De Terra, Universidade da
Cidade de São Paulo, como requisito parcial para
obtenção do título de Especialista.
BELO HORIZONTE / MG
2015
---
METODOLOGIA DE DIMENSIONAMENTO DE BARRAGENS DE
TERRA DE PEQUENO PORTE
Monografia apresentada ao curso de Pós-
Graduação Em Engenharia Geotécnica –
Fundações E Obras De Terra, Universidade da
Cidade de São Paulo, como requisito parcial para
obtenção do título de Especialista.
Área de concentração: Geotecnia
Data da defesa:
Resultado:______________________
BANCA EXAMINADORA:
Prof. Dr.
Universidade Cidade de São Paulo ______________________________________
Prof. Dr.
Universidade Cidade de São Paulo ______________________________________
Texto destinado a dedicatória, que deverá ser
feita àqueles que julgar merecedores.
AGRADECIMENTOS
Nesta página deve constar o agradecimento àquelas pessoas ou Instituições que
marcaram de forma significativa a realização do seu trabalho.
“Este espaço é designado para citação de um
pensamento de algum autor que tenha relação
com a temática do TCC.”
Autor
RESUMO
Elemento obrigatório. Consiste na apresentação concisa dos pontos relevantes do documento,
fornecendo uma visão rápida e clara do conteúdo e das conclusões do trabalho. Elaborado de
acordo com a NBR 6028/2003. Deve ser digitado em espaço simples e sem parágrafos,
não ultrapassando 500 palavras.
Palavras-chave: Escrever de três a cinco palavras representativas do conteúdo do trabalho,
separadas entre si por ponto.
.
ABSTRACT / RESUMEN
Consiste na tradução do resumo para o inglês ou espanhol. Deve ser digitado em espaço
simples e sem parágrafos, não ultrapassando 500 palavras.
Keyword / Resumen: Traduzir as palavras representativas do conteúdo do trabalho,
separadas entre si por ponto.
LISTA DE ILUSTRÇÕES
FIGURAS
Figura 3.1:Tipos de Falhas ....................................................................................................... 12
Figura 3.2: Esquema de propriedades geométricas das descontinuidades. Adaptado de Wyllie
(2005). .................................................................................................................... 15
Figura 3.3: Terminologia empregada para a definição de orientação de descontinuidades ..... 16
FOTOS
Foto 3.1: Estratificação em Arenito, destacando-se o as camadas, representadas pela variação
de coloração (Press et al, 2006). ............................................................................ 12
Foto 3.2: Minerais orientados – Foliação em Migmatito dobrado rico em leucossoma (parte
clara) - UNESP, 2015. ........................................................................................... 13
Foto 3.3: Interseção de Juntas (Press et al, 2006) ..................................................................... 13
Foto 3.4: Talude com planos de clivagem acompanhando os planos de foliação (Foto de A. J.
Morris em Wyllie – 2005) ..................................................................................... 14
Foto 3.5: Bússola de Geólogo (tipo Clar) utilizada para realizar medidas diretas de “dip” e
“dip direction” de superfícies. ............................................................................... 16
LISTA DE TABELAS
Nenhuma entrada de índice de ilustrações foi encontrada.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS (ELEMENTO OPCIONAL)
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
ASTM: American Society for Testing and Materials
LISTA DE SÍMBOLOS
$ Dólar
% Porcentagem
SUMÁRIO
1 - INTRODUÇÃO ........................................................................................................... 11
1.1 - Justificativa ................................................................................................................. 11
1.2 - Objetivo ....................................................................................................................... 11
1.3 - Organização Deste Trabalho ..................................................................................... 11
2 - METODOLOGIA ........................................................................................................ 11
3 - DESENVOLVIMENTO .............................................................................................. 11
3.1 - Revisão Bibliográfica .................................................................................................. 11
3.1.1 - Caracterização de Maciços Rochosos ........................................................................... 11
3.1.2 - Explosivos ..................................................................................................................... 22
3.1.3 - Desmonte de Rochas com Explosivos .......................................................................... 22
3.1.4 - Classificação Geomecânica versus Desmonte De Rochas Com Explosivos ................ 22
3.2 - Compatibilização Entre Classificação Geomecânica E Desmonte Com Explosivos
22
3.3 - Mina Do --- .................................................................................................................. 22
3.3.1 - Histórico ....................................................................................................................... 22
3.3.2 - Geologia Local .............................................................................................................. 22
3.3.3 - Setorização Geomecânica da Cava ............................................................................... 22
3.3.4 - Desmonte de Rochas a Explosivos na Cava ................................................................. 22
3.3.5 - Taludes da Cava ............................................................................................................ 23
3.3.6 - Recomendações para Trabalhos Futuros ...................................................................... 23
4 - CONCLUSÃO .............................................................................................................. 23
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 23
11
1 - INTRODUÇÃO
1.1 - Justificativa
1.2 - Objetivo
1.3 - Organização Deste Trabalho
2 - METODOLOGIA
3 - DESENVOLVIMENTO
3.1 - Revisão Bibliográfica
Neste capitulo serão apresentadas as fundamentações teóricas utilizadas como referência no
desenvolvimento do presente trabalho no que tange a metodologia de Caracterização de
Maciços Rochosos, informações sobre Explosivos e empregos dos mesmos na realização de
desmonte de rochas (elementos básicos executivos e metodologias de dimensionamento).
3.1.1 - Caracterização de Maciços Rochosos
Segundo Brady (2005), rochas diferem da maioria dos outros materiais de engenharia por
poder apresentar fraturas de provenientes de diferentes processos geológicos, o que torna sua
estrutura descontínua. Assim, uma distinção clara deve ser feita entre “rocha intacta” e
“maciço rochoso”, sendo que “rocha intacta” é o termo utilizado para descrever a rocha com
ausência de descontinuidades e “maciço rochoso” para descrever o material in situ contendo
planos de estratificação, falhas, juntas, dobras e outros elementos estruturais. Maciços
rochosos podem apresentar propriedades mecânicas heterogênea e anisotrópicas.
3.1.1.1 - Descontinuidades
Segundo Wyllie (2005) as investigações geológicas normalmente categorizam as
descontinuidades de acordo com a maneira que as mesmas foram formadas. Esta informação é
bastante útil para a engenharia geotécnica, pois cada categoria geralmente possui propriedades
semelhantes no que tange a dimensões e resistência ao cisalhamento, que podem ser utilizadas
para uma análise inicial da condição de estabilidade do local. Abaixo vão definições padrões
do tipos mais comuns de descontinuidades:
12
Falha: Descontinuidade ao longo da qual houve quantidade observável de
deslocamento. Falhas raramente ocorrem de forma única e geralmente são
acompanhadas por conjuntos de descontinuidades paralelas ou sub-paralelas ao longo
das quais houve movimento (Erro! Fonte de referência não encontrada.).
Figura 3.1:Tipos de Falhas
(a) Falha Normal; (b) Falha Reversa; (c) Falha Direcional; (d) Falha Obliqua. FW = footwall (sob o plano de
falha); HW = Hanging wall (sobre o plano de falha); AB = Deslocamento vertical; BC = Deslocamento
horizontal; = Mergulho do plano. As setas indicam a direção de deslocamento relativo. Fonte (F. G. Bell
2007)
Estratificação: Superfície paralela à superfície de deposição, que pode haver ou não
uma expressão física. A atitude (direção + mergulho) do plano de acamamento não
deve ser assumido como horizontal (Foto 3.1)
Foto 3.1: Estratificação em Arenito, destacando-se o as camadas, representadas pela variação de coloração (Press
et al, 2006).
13
Foliação: Orientação de minerais planos, ou bandamento em rochas metamórficas
(Foto 3.2).
Foto 3.2: Minerais orientados – Foliação em Migmatito dobrado rico em leucossoma (parte clara) - UNESP,
2015.
Juntas: Descontinuidade que não foi observado movimentação relativa. Em geral
juntas intercedem superfícies primárias, como estratificação, clivagem e xistosidade.
Uma série de juntas paralelas é denominada “família de juntas”, duas famílias de
juntas ou mais se intercedendo é denominada “sistema de juntas” (Foto 3.3).
Foto 3.3: Interseção de Juntas (Press et al, 2006)
14
Clivagem: Descontinuidades paralelas formadas em camadas incompetentes em
estratificações com variação de competência. Em geral o termo implica que os planos
de clivagem não são controlados pelas partículas minerais em orientação paralela
Foto 3.4: Talude com planos de clivagem acompanhando os planos de foliação (Foto de A. J. Morris em Wyllie
– 2005)
3.1.1.2 - Definição de termos Geológicos para Caracterização de Maciços Rochosos
Abaixo são apresentados, de forma sucinta, as informações que devem ser coletadas para
possibilitar uma descrição completa de maciços rochosos e comentários de como essas
propriedades podem influenciar o comportamento de maciços. Essa informação é a tradução
da apresentada por Wyllie (2005), que por sua vez baseou-se nos procedimentos
desenvolvidos pela International Society of Rock Mechanics (ISRM, 1981b) com algumas
informações adicionais da Geological Society Engineering Group (1977). Detalhes
aprofundados de tal descrição de maciços rochosos podem ser obtidas em literaturas
específicas.
Na Figura 3.2 podem ser vistos os parâmetros que definem as características de maciços
rochosos, que serão, também, descritos abaixo conforme Wyllie (2005):
15
Figura 3.2: Esquema de propriedades geométricas das descontinuidades. Adaptado de Wyllie (2005).
A. Tipo de Rocha (Figura 3.2): O tipo de rocha é definido de acordo com o processo de
formação da mesma (Ígnea, Sedimentar ou Metamórfica), mineralogia, cor e tamanho
dos grãos.
B. Tipo de Descontinuidade (Figura 3.2): Os tipos de descontinuidades (ver item 3.1.1.1 -
Descontinuidades) variam desde pequenas juntas de tração até falhas contendo vários
metros de espessura de argila e quilômetros e de comprimentos, sendo que o
comportamentos mecânico das mesmas serão em função de suas características.
16
C. Orientação da Descontinuidade (Figura 3.2): A orientação da descontinuidade é
expressa através de conjuntos de informações:
a. Inclinação da camada em relação à horizontal (“mergulho” ou “dip”) + Direção
de Mergulho (dip direction);
ou
b. Atitude da camada: Direção (ângulo formado pela interseção entre o plano da
camada e plano horizontal. com o Norte geográfico - strike) + Mergulho +
Sentido do Mergulho ( N, S, E, W, SW etc.).
As informações espaciais das descontinuidades podem ser obtidas utilizando de
Bússola de Geoólogo, conforme Foto 3.5
Figura 3.3: Terminologia empregada para a definição de orientação de descontinuidades
a) vista isométrica do plano (dip e dip direction); (b) Representação plana do plano; (c) vista isométrica da linha
(plunge + trend) – (Wyllie, 2005).
Foto 3.5: Bússola de Geólogo (tipo Clar) utilizada para realizar medidas diretas de “dip” e “dip direction” de
superfícies rochosas.(Wyllie, 2005).
17
Emprega-se ao colocá-la alinhada com a superfície de medida de tal forma que esteja
nivelada (bolha de nível). A agulha imantada é liberada para indicar a direção do
mergulho e o mergulho é lido no clinômetro presente na lateral da bussola
D. Espaçamento (Figura 3.2): O espaçamento representa a distância entre uma
descontinuidade e outra descontinuidade de uma mesma família de descontinuidades
(medida ortogonalmente), ou seja, que apresentem características semelhantes,
conforme Figura 3.4. O espaçamento de descontinuidades pode ser obtido através de
mapeamentos em maciços rochosos e de informações de testemunhos de sondagem, de
tal forma que o espaçamento verdadeiro de descontinuidades inclinadas possa ser
calculado a partir do espaçamento aparente (Figura 3.4). Categorias de espaçamento
variam de extremamente larga (>2 m), até muito estreita (<6 mm). Medidas de
espaçamento das descontinuidades irá definir o tamanho e forma dos blocos, dando
uma previsão de comportamento cinemático. A resistência do maciço rochosos está
diretamente ligado ao espaçamento, pois em rochas muito fraturadas, tais
descontinuidades podem estar aptas a gerar uma zona de fraqueza no maciço.
Figura 3.4: Relação entre Espaçamento Verdadeiro (S) e Aparente (Sapp). (Wyllie, 2005)
E. Persistência (Figura 3.2): É a medida de comprimento contínuo da descontinuidade.
Os valores e persistência variam entre muito grande (> 20m) e muito pequena (< 1m).
Este parâmetro define o tamanho dos blocos e o comprimento de possíveis superfícies
de ruptura de taludes.
F. Rugosidade(Figura 3.2): A rugosidade da superfície é um componente importante na
resistência ao cisalhamento, principalmente quando a descontinuidade são fechadas e
não sofreram deslocamentos. A rugosidade se torna menos importante em casos onde
a descontinuidade está preenchida e aberta, denso que deve ser medida em campo em
18
afloramentos do maciço com, no mínimo, 2 m de comprimento e, se possível, na
direção de movimentação. O grau de rugosidade pode ser quantificado nos termos de
“i”, que mede a inclinação das irregularidades (ou aspereza) na superfície utilizando-
se um Perfilômetro de Barton (Foto 3.6) e Perfis de Rugosidade de Barton (Figura
3.5). O ângulo de atrito1 de uma superfície rugosa (ângulo de atrito da
descontinuidade) é dado pela soma entre ângulo de atrito da rocha intacta (φ) e “i”.
“i” pode ser calculado através da equação 3.1
'log10
JCSJRCi (Eq. 3.1)
Onde,
JRC = Coeficiente de Rugosidade de Juntas (Barto, 1973);
JCS = Resistência a Compressão da rocha na superfície da descontinuidade (Joint
Compressive Strength);
σ’ = Tensão efetiva2 na superfície ocasionada pelo sobrepeso, subtraída de eventual
empuxo pela presença de água.
Foto 3.6: Foto de perfilômetro. (Wyllie, 2005).
1 Parâmetro de resistência geotécnica referente à interação física entre partículas. Segundo Souza Pinto (2006), durante a
variação de inclinação da aplicação de uma força em um corpo, iniciando-se por uma aplicação normal, o ângulo de atrito
pode ser entendido como o ângulo máximo que a força transmitida pelo corpo à superfície pode fazer com a normal ao plano
de contato sem que ocorra deslizamento.
2 Tensão transmitida entre partículas.
19
Figura 3.5: Perfis de Rugosidade de Juntas de Barton e seu respectivo coeficiente e escala reduzida JRC3.
(Hudson, 2000)
G. Resistência das Paredes das Descontinuidades(Figura 3.2): A resistência da rocha que
compõe as superfícies da descontinuidade irá influenciar, também, a resistência ao
cisalhamento. Os pontos de contato entre as superfícies das descontinuidades
desenvolvem tensões elevadas durante processos cisalhantes a ponto de gerar rupturas
nos pontos de asperezas e, consequentemente, uma redução do ângulo de atrito da
descontinuidade. Em estágios iniciais de alteração (intemperismo) ocorre
frequentemente uma redução na resistência das rochas na superfície das
descontinuidades que pode ser resultado do decréscimo do valor de rugosidade das
mesmas. É comumente utilizado testes de campo para estimar a resistência a
compressão, conforme
3 JRC = Joint Roughness Coeficiente – Barton 1973
20
H.
I. Estado de Alteração(Figura 3.2)
J. Abertura da Descontinuidade(Figura 3.2)
K. Preenchimento(Figura 3.2)
L. Fluxo de Água(Figura 3.2)
M. Número de famílias de Descontinuidades(Figura 3.2)
N. Tamanho e Forma do Bloco(Figura 3.2)
3.1.1.3 - Classificação de Maciços Rochosos
Sempre que possível é desejável que problemas envolvendo mecânica de rochas sejam
resolvidos utilizando-se de ferramentas analíticas e aproximações baseadas na mecânica
21
clássica (B.H.G. Brady, 2005). No entanto os processos e inter-relações envolvidas na
determinação do comportamento do maciço rochoso são, algumas vezes, tão complexos que
impossibilitam a realização de avaliações empregando-se as técnicas existentes de engenharia.
Segundo Brady (2005) decisões podem ser tomadas em função de experiências prévias
obtidas em mineração ou áreas afins e, na tentativa de quantificar tais experiências para que
pudessem ser extrapoladas de um local para outro, foram desenvolvidos uma série de
esquemas de classificação de maciços rochosos.
Os esquemas de classificação buscam atribuir valores numéricos para as propriedades físicas
avaliadas consideradas capazes de influenciar no comportamento do maciço rochoso, sendo
que as descontinuidades, no contexto de engenharia, podem ser consideradas como principais
fatores a governar a deformabilidade, resistência e permeabilidade do mesmo (Hudson, 2000).
As principais propriedades das descontinuidades passíveis de avaliação macroscópica
empregadas nas classificações de maciços podem ser vistas na Erro! Fonte de referência
não encontrada..
Foram desenvolvidos inúmeros métodos de classificação de maciços rochosos, com
utilizações direcionadas (taludes, escavações subterrâneas, desmonte a explosivos),
destacando-se os seguintes trabalhos:
Q-system desenvolvido por Barton et al. (1974);
Goemechanics or Rock Mass Rating (RMR) scheme developed by Bieniawski (1973,
1976) e modified by Laubscher (1977, 1990);
GSI system introduced by Hoek (1994) and developed further by Marinos and Hoek
(2000);
Blastability Index (Lilly 1986, 1992)
Aspectos do comportamento do maciço rochoso que foram estudados dessa maneira incluem
os vãos estáveis de escavações sem suporte , tempo de autosuporte de vãos sem escavados,
requisitos de suporte para vários vãos, capacidade de empregar métodos de lavra do tipo
“caving” , ângulos estáveis de inclinação de taludes de cavas de mineração e fragmentação.
Um número dessas autuações feitas a partir de dados geotécnicos recolhidos nas fases de
22
exploração ou estudo de viabilidade de um projeto de mineração podem fornecer guias úteis
para a seleção de um método de mineração apropriada (Brady, 2005).
As várias formações geológicas, que são afetadas por inúmeros estágios de desintegração em
diferentes condições de tensão, podem agir de maneiras distintas em projetos de desmonte a
explosivo, segundo Chatziangelou (2015), havendo a possibilidade de realizar co-relações
entre a resposta do maciço rochoso, diante de solcitações mecânicas, e seu estado físico. Na
Erro! Fonte de referência não encontrada. podem ser vistas informações avaliadas durante
o processo de
3.1.1.3.1 - Rock Mass Rating (RMR)
3.1.1.3.2 - Geological Strengh Index (GSI) for Jointed Rock
3.1.1.3.3 - Blastability index
3.1.2 - Explosivos
3.1.3 - Desmonte de Rochas com Explosivos
3.1.4 - Classificação Geomecânica versus Desmonte De Rochas Com Explosivos
3.2 - Compatibilização Entre Classificação Geomecânica E Desmonte Com
Explosivos
3.3 - Mina Do ---
3.3.1 - Histórico
3.3.2 - Geologia Local
3.3.3 - Setorização Geomecânica da Cava,
3.3.4 - Desmonte de Rochas a Explosivos na Cava
3.3.4.1 - Metodologias empregadas
23
3.3.4.2 - Overbreak
3.3.4.3 - Monitoramento Sismográfico
3.3.4.4 - Controle de granulometria
3.3.5 - Taludes da Cava
3.3.6 - Recomendações para Trabalhos Futuros
4 - CONCLUSÃO
5 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
24
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10520: apresentação de
citações em documentos. Rio de Janeiro, 2002a.
______. NBR 15287: projeto de pesquisa: apresentação. Rio de Janeiro, 2011.
______. NBR 6023: referências: elaboração. Rio de Janeiro, 2002b.
______. NBR 6024: numeração progressiva das seções de um documento. Rio de Janeiro,
2012a.
______. NBR 6027: sumário. Rio de Janeiro, 2012b.
______. NBR 6028: resumos. Rio de janeiro, 2003.
Barton, N. R., Lien, R. and Lunde, J. (1974) Engineering classification of rock masses
for the design of tunnel support. Rock Mech., 6(4): 189– 239.
Bieniawski, Z. T. (1973) Engineering classification of jointed rock masses. Trans S.
Afr. Inst. Civ. Engrs,15(12): 335–44.
Bieniawski, Z. T. (1976) Rock mass classifications in rock engineering. Exploration
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Laubscher, D. H. (1977) Geomechanics classification of jointed rock masses – mining
applications. Trans.Instn Min. Metall., 86: A1–8.
Laubscher, D. H. (1990) A geomechanics classification system for the rating of rock
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Hoek, E. (1994) Strength of rock and rock masses. ISRM News J., 2(2): 4–16.
Marinos, P. and Hoek, E. (2000) GSI: a geologically friendly tool for rock mass
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Hudson J. A. (1989) Rock Mechanics Principles in Engineering Practice. CIRIA/
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J. A. Hudson and J. P. Harrison Engineering Rock Mechanichs
25
Lilly, P.A., 1992. In Procceddings of Western Australian Conference on Mining
Geomechanics, Curtin University of Technology, WA, pp 421 -426;
Lilly, PA. (1986). "An Empirical Method of Assessing Rock Mass Blastability",
AusIMM/IEAust Large Open Pit Mining Conference, Newman, 89-92
ROCK SLOPE ENGINEERING CIVIL AND MINING 4TH EDITION (2005),Wyllie
D. C. , Mah C. W. , pg 53-73
Engineering Geology, Second Edition F. G. Bell 2007, ed Elsevier, pp 55
Understanding Earth Fourth Edition Edition , Frank Press (Author), Raymond
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http://www.rc.unesp.br/museudpm/rochas/index.html em 02/10/2015 às 19:50h
Pinto, Carlos de Sousa, Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas, 3ª Edição,
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Barton, N. R. (1973) Review of a new shear strength criterion for rock joints.Engng
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Livro Barragens de Terra de Pequeno Porte – UFV
Fundamentos de Engenharia Geotécnica – Braja M. Das. 7ªED. 2012
Geologia de Barragens. – Walter Costa
100 Barragens Brasileiras – FAPESP
Curso Básico de Mecânica dos Solos - Carlos Sousa Pinto
Roteiro para projeto de pequenos Açudes – UFCE
Livro Semiarido
Notas de aula da disciplina PHD307 - Hidrologia Aplicada- Dpto de Eng. Hidráulica
e Sanitária - Escola Politécnica da Unv.de São Paulo, 2001
HTTP://planalto.gov.br/ccivil_03/_Ato2007-2010/2010/Lei/L12334.htm
em13/11/2014.
26
OBS: Referência é o conjunto de elementos descritivos retirados de um documento que
permitem sua identificação individual. As referências são digitadas em espaço simples,
alinhado somente à margem esquerda e separadas entre si por espaço duplo.
Tamanho do Bloco
Preenchimento
Família de Descontinuidade
Rugosidade
Persistência Espaçamento
Espessura
Resistência das
Paredes
Família de Descontinuidade
Mergulho e
Direção de Mergulho
Fluxo de água
Furo sonda
27
ANEXO A - Título