Determinação de Parâmetros de Enrocamento em Obras de Terra

Determinação de parâmetros de enrocamento em obras de terra

O enrocamento é constituído por elementos rochosos obtidos através do desmonte de maciços. Sua principal característica é que, quando submetidos a uma variação de tensão, sofre transformações estruturais devido ao deslocamento, rotação e quebras de partículas.

Enrocamentos bem graduados possuem menor índice de vazios do que aqueles que possuem granulometria uniforme, quando compactados com a mesma energia. Consequentemente, são mais resistentes e menos deformáveis que os uniformes. Para materiais mais granulares, a envoltória (Mohr-Coulomb) possui uma curvatura maior, enquanto amostras mais fofas permanecem mais retas e, quanto maior a curvatura, mais atenuante é a queda do ângulo de atrito com o aumento das tensões.

As forças de contato devem transmitir-se sob menor número de contatos e, consequentemente, com magnitude mais elevada, o que ocasiona um maior grau de fraturamento. Como trata-se de um enrocamento uniforme, possui menor resistência e mais deformabilidade do que um enrocamento granular. Sabendo disso, optar pela adição de finos pode reduzir o fraturamento das partículas.

Veiga Pinto (1982) procurou definir os efeitos da modelagem nas propriedades mecânicas, destacando que a utilização de granulometrias com diâmetro máximo das partículas superior a 50 mm permite obter características de tensão x deformação e de resistências mais próximas as do enrocamento em escala real.

Para curvas uniformes com o mesmo grau de compacidade, diâmetros menores se traduzem em menores forças de contato. Porém, partículas de menores diâmetros também significam menores resistências ao cisalhamento. O gráfico a seguir apresenta as tensões médias necessárias para causar o esmagamento das partículas de uma distribuição uniforme em função do seu diâmetro:  

[pic 1]

Logo, pode-se inferir que a modelagem de enrocamentos a partir de distribuições granulométricas paralelas a de campo com as mesmas condições de imbricamento exibe menor fraturação e consequentemente menor deformabilidade, do que o material em escala real (falta de similaridade dinâmica).

Durante o processo de modificação do estado de tensão dos enrocamentos, a deformação do material origina dois efeitos distintos nas partículas e na estrutura granular. O primeiro deles ocorre na fase inicial do carregamento, devido a compressão elástica da partícula de rocha (tensão = tensão resistente), pode ocorrer a ruptura ou quebra das partículas. Como consequência disso, ocorre o segundo efeito, que consiste no rearranjo através do rolamento e                                                                                                                                                                       deslizamento das partículas entre si.

Sob alta tensão de confinamento, a compressão de materiais granulares é acompanhada por uma quantidade substancial de quebras de partículas, enquanto sob baixa tensão, os deslocamentos intergranulares predominam através de um rearranjo estrutural.

Leps (1970) realizou uma análise detalhada sobre a influência da tensão de confinamento na resistência ao cisalhamento, observando a redução do ângulo de atrito com o aumento da tensão normal efetiva e para o mesmo nível de tensão o ângulo de atrito ø’ aumenta com o estado de compacidade.

A influência do estado de tensão na resistência dos enrocamentos pode ser determinada pela expressão a seguir, que relaciona o ângulo de atrito (ø’) com as tensões principais na ruptura ( σ1r ′ σ3 ′ ), considerando materiais não coesivos:

[pic 2]

Algumas bibliografias tem indicado a utilização da curva de Mello (1977) como representação dos parâmetros de resistência do enrocamento. A envoltória é dada pela equação a seguir:

[pic 3]

τ e σ são as tensões cisalhantes e normal ao plano de ruptura e a e b são os parâmetros de resistência do material, obtidos através do ajuste da curva aos resultados de ensaio. Este tipo de curva surgiu porque muitos pesquisadores, ao estudar maciços rochosos, começaram a notar que o critério de Coulomb, não era suficiente para descrever as propriedades de superfícies irregulares.