[pt] O presente trabalho apresenta os resultados de um programa experimental com o intuito de determinar propriedades de deformabilidade e tensões in-situ em rochas gnáissicas. A determinação das tensões in situ é fundamental para qualquer trabalho em mecânica de rochas, serve como condições de campo em problemas de engenharia e em escalas maiores dá alguns indícios do mecanismo que ocasiona a movimentação de placas tectônicas. O módulo de deformabilidade é um dos principais parâmetros de entrada na análise do comportamento de maciços rochosos que incluem deformações. Este parâmetro geralmente é obtido a partir de ensaios de laboratório em amostras de rochas. Em geral os resultados destes ensaios não representam as propriedades in situ de todo o maciço rochoso, pois uma amostra intacta em laboratório pode ser muito menor que o maciço rochoso que contêm um grande número de planos de fraqueza. A presente pesquisa compreende as etapas de projeto, montagem e aplicação de um pressiômetro como um instrumento para a determinação dos parâmetros de deformabilidade e estado de tensões nos maciços rochosos. Os dados obtidos foram usados para investigar a variação destes parâmetros com o grau de intemperismo. Um sistema de instrumentação foi projetado para tentar monitorar a resposta da rocha às solicitações de carregamento (no caso da determinação do módulo de deformabilidade) e descarregamento (no caso de medição das tensões in situ). A aplicação do pressiômetro foi realizada em maciços rochosos localizados no cidade do Rio de Janeiro afetados por diferentes níveis de intemperismo. Realizaram-se ensaios de pressurização e medição de deslocamentos no momento da escavação dos furos para determinar o estado de tensões da rocha. Os resultados foram processados, interpretados e comparados com ensaios de laboratório anteriormente realizados por outros autores. / [en] This thesis presents the results from an experimental program with intention to determine the properties of deformabilty and in situ stress in gnaissic rocks. The determination of in situ stress is fundamental for any work in rock mechanics, it is use like field conditions at the in engineering problems, and in bigger scales it gives some indications of the mechanics that produce the tectonics plate`s movements. The deformation`s modulus is one of the main parameters in the analysis of the behavior of rocks mass that include deformations. This parameter usually is gotten from laboratory assays in rocks samples. In general the results of these assays do not represent the in situ properties of all the rock mass, therefore an intact rock sample in laboratory could be smaller that the rock mass that contains a great number of weakness planes. This research understands the stages of project, assembly and application of the pressuremeter as an instrument for the determination of the deformability and in situ stress parameters in rock mass. The gotten data had been used to investigate the variation of these parameters with the weathering degree. An instrumentation system was projected to try to monitor the answer of the rock to load (in the case of deformability`s modulus) and unload (in the case of in situ stress measurement). The application of the pressuremeter was carried trough in rock masses located in the Rio de Janeiro city whose were affected by different levels of weathering. Assays of pressurization and measurements of displacements at the moment of the hole drilling in order to determine the in situ stress. The results had been processing, interpreted and compared with laboratory assays previously carried trough by another authors.

[pt] Esta tese apresenta o fenômeno de ruptura por tombamento bloco-flexural, que acontece na zona NW da mina Tintaya. O objetivo do presente estudo é contribuir o conhecimento de este tipo de fenômeno de ruptura, quantificando as características do maciço rochoso com as técnicas da mecânica das rochas. O trabalho inicia-se por uma caracterização geral da zona de estudo, com especial relevo das propriedades geomecánicas das descontinuidades presentes, pelo que foram desenvolvidos mapeamentos das caras de bancada e a amostragem da rocha intacta, esta data permitiu estabelecer correlações dos parâmetros geomecânicos e fazer a análise cinemática da zona de estudo. Após de fazer a caracterização e avaliação das características das descontinuidades, foi definido o tombamento bloco-flexural, pelo jeito das descontinuidades presentes no maciço, já que este tipo de ruptura é mais complexo do que os outros tipos de tombamento, porque é uma combinação de tombamento e deslizamento dos blocos. Em vez da ruptura flexural de colunas contínuas, neste caso o tombamento é resultado de deslocamentos acumulados das juntas transversais. Com o objetivo de fazer uma análise numérica, obtou-se por um modelo contínuo- equivalente que inclui os efeitos de orientação e espaçamento das juntas é o modelo de plasticidade de Cosserat. O contínuo de Cosserat, conhecido também como contínuo micropolar acrescenta os graus de liberdade de rotação ao contínuo convencional. Pelo que foi analisado este tipo de ruptura através de uma modelagem computacional com um programa de elementos finitos feito na PUC-Rio, assim, tornar possível a modelagem computacional com a teoria do continuo de Cosserat. / [en] This thesis presents the block - flexural toppling failure phenomenon, which happens at NW zone of the Tintaya´s mine. The objective of the present study is to contribute the knowledge of this type of phenomenon of failure, quantifying the characteristics of rock mass with the techniques of the rock mechanics. The work begins for a general characterization of the zone, with special relief of the geomechanical properties of the discontinuities, which were developed the window sampling (bench face mapping) and sampling of the intact rock, this information allowed to establish correlations of the geomechanical parameters and make feasible kinematics analysis from the zone of study. After doing the rock mass characterization and evaluation of the characteristics of the discontinuities, the block - flexural toppling failure was defined, on those long column rocks crossed by numerous huge subhorizontal joints. The block-flexural type failure is a complex phenomenon compared with other types of toppling failure, because it is a combination of pure toppling and sliding. With the intention of numerical analysis, I have been proposed analyzing this rupture for a continuum - equivalent model of Cosserat, that includes the orientation and the discontinuity´s spacing. This model is known also as continuum micropolar, which adds the degrees of freedom of rotation to a conventional continuum. It was analyzed this type of failure through a computational modeling with a program of finite elements made in the PUC-Rio, so, the computational modeling possible with the theory of continuum of Cosserat.

[pt] O objetivo deste trabalho foi o de verificar a influência da modificação no campo de tensões ao redor de uma escavação em um maciço rochoso fraturado, observando a ocorrência do fechamento de fraturas e a redução da condutividade hidráulica na região ao redor da escavação. São apresentadas inicialmente as características básicas que devem ser consideradas ao analisar problemas em maciços rochosos fraturados e apontados os possíveis efeitos de uma escavação neste tipo de material. Uma breve revisão bibliográfica mostra alguns tipos de técnicas de análises numéricas disponíveis para simulação de problemas em meios descontínuos, com ênfase no método dos elementos discretos e, em especial, no método dos elementos distintos (DEM), empregado no software UDEC da Itasca Consulting Group Inc., utilizado neste trabalho. As simulações utilizam um acoplamento hidromecânico, onde o maciço é representado por um conjunto de blocos e as descontinuidades são tratadas como contornos dos blocos, sendo o fluxo permitido apenas no interior das fraturas. Foi utilizado um modelo hipotético com escavação circular para validação da modelagem a partir de soluções analíticas presentes na literatura. Além disso, foi realizado um estudo de caso real, de dois túneis localizados em uma importante via na cidade do Rio de Janeiro. A análise paramétrica do problema mostra a influência da modificação de algumas variáveis importantes neste tipo de fenômeno. Por fim, foram analisados os resultados de todos os casos, com suas considerações finais e sugestões para trabalhos futuros. / [en] This work aims to verify the influence of the stress field changing around an excavation in a jointed rock mass, noticing the fracture closure and the hydraulic conductivity decrease in the region surrounding the excavation. At first, the basic characteristics that should be considered in jointed rock masses analyses are presented, pointing out the potential effects caused by excavations in such materials. A brief literature review presents some types of numerical analysis techniques available for discontinuous medium modeling, focusing on the discrete elements methods and, specifically, in the distinct element method (DEM), applied in the UDEC software by Itasca Consulting Group Inc., which was utilized in this work. The simulations make use of a hydromechanical coupling, being the rock mass represented by an assembly of blocks. The water flow takes place among the discontinuities, which are treated as blocks’ boundaries. A hypothetical model was used for modeling validation by comparison with analytical solutions from the literature. Besides that, it was accomplished a real case study of two tunnels located at an important road in Rio de Janeiro city. The parametric analyses of the problem show the influence of changing some important variables in this type of phenomenon. At last, all the results have been discussed, with final considerations and future works suggestions.

[pt] Com base nos frequentes relatos de problemas associados à alteração hidrotermal, durante a escavação de túneis na cidade do Rio de Janeiro, com destaque para a ação de argilas expansivas e/ou minerais secundários, decidiu-se estudar profundamente os aspectos petrográficos-genéticos básicos das rochas que afloram num túnel da região de Jacarepaguá e avaliar até que ponto a influência da alteração hidrotermal favorece as modificações de resistência dos maciços que afloram naquela região. Para isso foram realizadas investigações detalhadas das amostras coletadas dentro do túnel e no bota fora. No laboratório as amostras foram submetidas à análise petrográfica na lupa e microscópio, análises por difração de raios-x e ensaio de resistência. Foram estabelecidas correlações entre as transformações químicas mineralógicas ocorridas nos litotipos que afloram no túnel com a sua resistência. Com os resultados obtidos foi constatada a importância da alteração hidrotermal nos projetos de túneis e desta forma pode-se concluir que pequenas abordagens geológicas podem minimizar vários problemas de engenharia. / [en] Based on the frequent problems of reports associated with hydrothermal alteration, during the excavation of tunnels in the city of Rio de Janeiro, especially the action of swelling clays and/or secondary mineral, it decided to deeply study the basic aspects petrographic-genetic this rocks appear in the tunnel of Jacarepaguá region and assess to what extent the influence of hydrothermal alteration favors changes massive resistance that appear in the region. For that were conducted detailed investigations of the samples collected in the tunnel and the slag heap. In the laboratory, the samples were subjected to petrographic analysis on the magnifying glass and microscope, analysis by diffraction of x-rays and strength test. Correlations were established between the mineralogical chemical transformations in rock types that appear in the tunnel with their resistance. With the results, it was found the importance of hydrothermal alteration in the projects of tunnels and thus it can be concluded that small geological approaches can minimize various engineering problems.