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Para investigar a coesão e a resistência à tração da foliação do gnaisse presente no túnel Monte Seco seriam necessários ensaios de laboratório (cisalhamento direto, compressão diametral, etc.), voltados especificamente para caracterização mecânica destes planos. Como não foram realizados estes ensaios, serão adotados valores de coesão e resistência à tração para realizar análises paramétricas e interpretar o comportamento do maciço representado pelo modelo numérico. A Figura 7.10 mostra os valores adotados e as envoltórias de resistência de foliação em cada um dos estágios para a realização das análises paramétricas.

Figura 7.10: Envoltórias de resistência das fraturas e da foliação no modelo Coulomb-Slip, com diferentes estágios de valores de coesão e resistência à tração adotados.

Diferentemente dos resultados apresentados na Figura 7.8, neste caso, as análises foram realizadas em sequência. Ou seja, primeiro o estágio 1 foi simulado, e os blocos com deslocamento superior a 1 mm foram deletados. Na sequência, a coesão e a resistência à tração foram degradadas para o estágio 2, dando continuidade à análise. O mesmo foi realizado para os estágios 3, 4 e 5. A Figura 7.11 mostra os resultados destas análises em sequência, indicando portanto, a situação de estabilidade dos blocos no modelo com a degradação contínua da coesão e da resistência à tração. Os ângulos de atrito foram mantidos constantes e iguais aos estimados na análise paramétrica, indicados pela “situação inicial” na Tabela 7.6.

Figura 7.11: Variação dos valores de deslocamentos e indicação dos vetores de velocidade dos blocos em análises com diferentes parâmetros. (A) Primeiro estágio, com coesão de 2 MPa e resistência à tração de 0.2 MPa. (B) segundo estágio, com coesão de 1 MPa e resistência à tração de 0.1 MPa. (C) Terceiro estágio, com coesão de 0.5 MPa e resistência à tração de 0.05 MPa. (D) Quarto estágio, com coesão de 0.25 MPa e resistência à tração de 0.025 MPa. (E) Quinto estágio, com coesão de 0.125 MPa e resistência à tração de 0.125 MPa.

Pela Figura 7.11A é possível observar que com valores altos de coesão e resistência à tração o modelo mostra-se estável, com mínimos deslocamentos e pequenos blocos em queda. Conforme os parâmetros são degradados, blocos maiores começam a se desprender na parede leste (Figura 7.11B e C dos estágios 2 e 3, respectivamente), revertendo as situações encontradas nas análises anteriores (Figura 7.8), nas quais as maiores rupturas aconteciam na parede oeste, pois sem coesão e resistência à tração os planos de foliação (100 % persistentes) têm menor resistência ao cisalhamento que os planos de fraturas F2. Em seguida, no estágio 4, maior quantidade de blocos começa a se desprender do teto. Por último, no estágio 5, a parede oeste também se torna instável, resultando em padrões de ruptura similares à situação 1 na Figura 7.8C.

Comparando esta sequência de análises com as seções retiradas da nuvem de pontos, é possível assumir que os modelos entre os estágios 3 e 4 são mais representativos para a maior parte dos padrões de ruptura identificados no trecho E’ do túnel (representados pelas seções das Figuras 7.9A e B), com coesão e resistência à tração variando de 0.5 a 0.25 MPa e 0.05 a 0.025 MPa, respectivamente. Pelo modelo do estágio 5 (Figura 7.11E), também é possível inferir que, em porções localizadas, onde as fraturas são persistentes o suficiente, e a coesão e resistência à tração assumem valores muito baixos, maiores rupturas ocorrem na parede oeste (como se verifica nas seções da Figura 7.9C e D).

Análises localizadas:

Análises localizadas poder ser realizadas para verificar o comportamento do túnel em regiões específicas quando há degradação dos parâmetros em uma determinada região. A infiltração de água pelas descontinuidades é o principal agente de alteração mineralógica que leva a perda de resistência. Em modelos de blocos rígidos esta perda de resistência pode ser simulada apenas nas descontinuidades.

Verificando a nuvem de pontos, é possível encontrar alguns pontos úmidos, com infiltração de água, que podem ser isolados nas análises, configurando-os com parâmetros de valores diferentes. Para exemplificar este procedimento, A Figura 7.12A mostra uma infiltração no alto da parede leste do trecho E’ do túnel monte seco. Desta forma, o modelo numérico pode ser configurado diferencialmente. Assim, assumindo que a condição atual do túnel é representada pelo final do estágio 4 (Figura 7.11D), pode-se anular os valores coesão e resistência à tração, além de diminuir a

ângulo de atrito dos planos de foliação somente desta região diferenciada (Figura 7.12B). Este seria um caso extremo, no qual a alteração nos planos de foliação deste trecho é grande o suficiente para que não exista mais resistência proveniente de ligações mineralógicas. Desta forma, a análise resulta em quedas de blocos localizados nesta região, como mostra a Figura 7.12C.

Figura 7.12: Análise localizada de um trecho com infiltração de água. (A) Infiltração de água no teto e parede leste do trecho E’. (B) Modelo numérico com diferenciação de parâmetros. (C) Análise de estabilidade, na esquerda com visada para norte e na direita para sul.

Efeito das inspeções de “bate choco”:

Como foi discutido anteriormente, inspeções de bate choco são realizadas esporadicamente com objetivo de remover os blocos instáveis. No entanto, como foi verificado por Cacciari et al. (2013a), este procedimento não é controlado e

acompanhado por profissionais especializados, de forma que não há verificação da real necessidade de remoção de blocos, e da influência destas remoções na instabilidade de blocos adjacentes (ver Anexo I). Esta influência pode ser facilmente verificada nas análises numéricas selecionando alguns blocos e removendo-os manualmente. A Figura 7.13A mostra o modelo numérico após o estágio 4 (Figura 7.11D), e a Figura 7.13B um detalhamento em uma porção da parede leste deste modelo, indicando dois blocos removidos do modelo numérico. Com mais alguns ciclos de cálculo, é possível verificar (na Figura 7.13C) a ruptura de alguns blocos que estavam estáveis antes da remoção. A Figura 7.13D mostra uma outra situação (de inúmeras possíveis) na qual a remoção de mais um bloco levaria a instabilidade de outro, na mesma porção do túnel, após uma outra eventual campanha de bate choco.

Figura 7.13: Exemplo de análise para representar problemas associados às campanhas de bate choco nos túneis. (A) Modelo do estágio 4. (B) Zoom deste modelo com indicação de blocos removidos. (C) Blocos instáveis após a remoção. (D) Outra possível situação de instabilidade no mesmo local após outra remoção de bloco.

Influência da persistência:

Nas análises das descontinuidades realizadas neste trabalho, grande foco foi dado à determinação de comprimento médio dos traços, buscando estimativas com correção de erros associados ao comprimento aparentes em afloramentos rochosos. Foi possível observar que os valores aparentes são inferiores aos valores estimados por janelas de amostragem e, consequentemente, os valores de persistência introduzidos nos modelos numéricos serão inferiores.

Os valores aparentes de persistência obtidos para o trecho E’ estão apresentados na Tabela 6.1 (para F1 Pa = 0,60; para F2 Pa = 0,41). Gerando um modelo numérico com mesmas orientações e espaçamentos (Figura 6.5 e Tabela 6.2), mas substituído as persistências obtidas por janelas de amostragem pelas aparentes, obtém-se o modelo aparente do trecho E’. Desta forma, utilizando este modelo, as mesmas análises realizadas com a persistência obtida por janelas de amostragem (Figura 7.11, com os parâmetros mecânicos indicados na Figura 7.10) pode ser repetida para verificar a diferença de comportamento do modelo quando a persistência é aparente.

A Figura 7.14 mostra o resultado destas análises com o modelo aparente. Neste caso, o modelo se mostrou praticamente estável nos estágios 1 e 2, enquanto que, nas análises anteriores (Figura 7.11), o estágio 2 já apresentava rupturas consideráveis na parede leste. Na Figura 7.14C e D (estágio 3 e 4 do modelo aparente) maior quantidade de blocos se soltam na parede leste e no teto, porém ainda inferiores aos estágios 3 e 4 das Figuras 7.11C e D, respectivamente. Por último, no estágio 5 (Figura 7.14D), também ocorrem instabilidades na parede oeste, e outros blocos se desprendem do teto.

Como o espaçamento e a orientação utilizados nos modelos das Figuras 7.11 e 7.14 são iguais, bem como os estágios de parâmetros mecânicos utilizados, a única diferença entre os dois modelos é a persistência adotada. De modo geral, o modelo gerado por persistências de janelas de amostragem (Figura 7.11) apresenta-se mais instável em níveis mais altos de coesão e resistência à tração na foliação, quando comparado ao modelo gerado por persistências aparentes (Figura 7.14). Este resultado era esperado, pois no primeiro modelo, as fraturas F2 e F1 são mais contínuas, favorecendo formação de maior quantidade de blocos instáveis no túnel. Com este resultado, é possível verificar a importância da determinação de valores

mais coerentes de persistência a partir de análises de descontinuidades que buscam minimizar erros (como as janelas de amostragem utilizadas).

Figura 7.14: Variação dos valores de deslocamentos e indicação dos vetores de velocidade dos blocos em análises com diferentes parâmetros, dos modelos gerados pela persistência aparente. (A) Primeiro estágio, com coesão de 2 MPa e resistência à tração de 0.2 MPa. (B) segundo estágio, com coesão de 1 MPa e resistência à tração de 0.1 MPa. (C) Terceiro estágio, com coesão de 0.5 MPa e resistência à tração de 0.05 MPa. (D) Quarto estágio, com coesão de 0.25 MPa e resistência à tração de 0.025 MPa. (E) Quinto estágio, com coesão de 0.125 MPa e resistência à tração de 0.125 MPa.