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  30.06.14

Rochas em obras subterrneas


Projeto do IPT compila dados de ensaios para auxílio na previsão da abrasividade de rochas em escavação de túneis


Um projeto feito durante 18 meses pelo Instituto de Pesquisas Tecnológicas resgatou resultados de ensaios laboratoriais em rochas feitos nos últimos 15 anos pelo IPT para aplicações diversas (concreto, lastro de ferrovia e, principalmente, revestimentos) e compilou as informações com o objetivo de criar um banco de dados para auxílio na previsão da abrasividade de rochas em projetos de escavação de túneis. O estudo do Laboratório de Materiais de Construção Civil aproveitou resultados coletados a partir da prestação de serviços como análises petrográficas, de massa específica, de porosidade, de resistência à compressão, de dureza Knoop e de desgaste Amsler.

O equipamento popularmente conhecido como ‘tatuzão’ (ou TBM, de Tunnel Boring Machine) é um dos mais empregados em grandes obras para a perfuração de túneis, e sua estrutura permite o uso de diferentes modelos de ferramentas de corte para atender às requisições de resistência das rochas – no entanto, é necessário conhecer as características minerais delas para a escolha mais adequada dos acessórios.

“Nossa ideia era resgatar resultados de ensaios feitos habitualmente no laboratório que pudessem ser relevantes para uso em avaliações da abrasividade das rochas”, explica o geólogo e coordenador do projeto Eduardo Brandau Quitete. Quando o índice de abrasividade da região em que será feita uma obra é conhecido, os projetistas podem trabalhar com uma estimativa da dificuldade de perfuração, explica ele, e “essa informação pode auxiliar as construtoras principalmente na fase de pré-projeto, quando o maciço rochoso ainda não teve suas características definidas com o detalhamento adequado”.

Lançando mão dos resultados de ensaios feitos no IPT, a equipe do laboratório efetuou cálculos de parâmetros de abrasividade como a dureza Mohs equivalente, o teor de quartzo equivalente e o índice de abrasividade da rocha.
Imagem de amostra de rocha preparada (cortada, colada em vidro e desbastada) para atingir 0,03 mm de espessura e permitir a passagem de luz
 
A dureza Mohs equivalente e o teor de quartzo equivalente são obtidos a partir da análise microscópica da rocha, ou seja, a análise petrográfica, enquanto o índice de abrasividade da rocha é calculado pela multiplicação do teor de quartzo equivalente pela resistência à compressão uniaxial.

O estudo restringiu-se aos últimos 15 anos porque um dos ensaios mais importantes, que é o de microdureza da rocha (ou dureza Knopp), começou a ser feito neste período, e optou-se também pela redução do universo das amostras para evitar a necessidade de atualizar metodologias laboratoriais empregadas no passado. Além da recuperação dos resultados dos ensaios, a equipe aproveitou a execução de novos testes para ampliar a coleta de dados por meio de uma infraestrutura composta de uma máquina de ensaio (prensa) de 200 toneladas de capacidade, um microdurômetro e um microscópio óptico, comprado no processo de modernização do IPT. Um levantamento bibliográfico das atuais pesquisas no exterior, com destaque para a Noruega, também foi feito.

RESULTADOS – O estudo de abrasividade das rochas não é ainda uma questão completamente resolvida e não se chegou a um consenso da melhor maneira de prever o comportamento das rochas por meio de avaliações laboratoriais, apesar da existência de ensaios já estabelecidos e do grande volume de informações disponíveis na Europa e nos Estados Unidos: “Institutos da Noruega, por exemplo, têm bancos de dados com mais de mil amostras ensaiadas para a abrasividade, e experiência de apoio junto à perfuração de túneis. Eles trabalham junto à equipe da obra, tanto na previsão quanto durante a execução, enquanto no Brasil é mais comum o empirismo e investimentos na investigação das rochas acabam sendo menores”, explica Quitete.

Os resultados levantados pelo pesquisador mostraram a impossibilidade de aproveitar resultados para realizar correlações – por exemplo, utilizar os dados de um teste de compressão para fazer uma associação a um ensaio de dureza.
Imagem de amostra de rocha obtida no microscópio óptico comprado no processo de modernização do IPT
 
“A dureza não apresentou em nosso universo de amostras nenhuma correlação matemática com a resistência à compressão – em outras palavras, a resistência à compressão é algo totalmente distinto da dureza da rocha, assim como o ensaio de dureza não mostrou correlação com a presença de determinados minerais na rocha. Não é possível transpor os dados de um ensaio para outro como previsão para saber os resultados”, explica ele.

Existem outros fatores além da composição da rocha que fornecem informações sobre a resistência e a dureza dela, como a presença de fissuras e o estado de alteração (minerais em processo de transformação em outros minerais), e todos eles acabam por afetar as propriedades das rochas. Para estimar a abrasividade, o pesquisador enfatiza a necessidade de executar pelo menos dois ensaios para alcançar um resultado confiável, mas ressalta que uma operação de perfuração não depende apenas das características da rocha em si determinadas em laboratório: “Uma amostra não reproduz todos os problemas do maciço, mas pode dar uma estimativa de como é a rocha, fornecendo informações para a equipe de perfuração na fase de pré-projeto e permitindo construir com outros dados o cenário antes do início da perfuração”.