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Os módulos de elasticidade das rochas também podem ser determinados em furos de sondagem ou galerias por meio do ensaio dilatométrico, que consiste basicamente em um experimento no qual é introduzido no interior da perfuração um elemento flexível (sondas com membrana de borracha) que, uma vez pressurizado, promove uma expansão diametral da parede do furo. O dilatômetro de membrana flexível permite a aplicação de uma pressão uniformemente distribuída sobre a parede do furo, podendo ser utilizado também um dilatômetro rígido, como um macaco plano radial, que aplica as tensões de forma unidirecional.

A ISRM (1987) sugere dois métodos executivos para o ensaio aplicando o dilatômetro flexível com ou sem medição direta da variação volumétrica (dilatação da rocha). Para o procedimento com monitoramento direto da variação volumétrica do furo, existem disponíveis vários tipos de sondas dilatométricas e a ISRM apresenta o método executivo baseado na célula da CSM (Colorado School of Mine), conforme ilustrado na Figura 2.7.

Figura 2.7 – Ensaio com dilatômetro: (a) componentes típicos de um sistema de dilatômetro do tipo CSM; (b) sonda dilatométrica; (c) gráfico pressão-dilatação

obtido no ensaio tipo CSM (ISRM, 1987)

A sequência de procedimentos do ensaio é a seguinte:

 Após a definição dos locais e profundidades de interesse, levando-se em conta a variabilidade da qualidade da rocha e grau de alteração, deve ser executado cuidadosamente um furo de sondagem (com extração de testemunhos), de forma cuidadosa para preservar a estabilidade da parede sob o risco dos fragmentos (a)

(b)

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rochosos prenderem a sonda dilatométrica no seu avanço. Recomenda-se um diâmetro de furação que exceda em 0.5-3.0 mm o dilatômetro e ainda que antes de sua colocação a parede do furo seja inspecionada com uma câmera de vídeo quanto a presença de fissuras abertas ou espaços vazios que podem danificar a membrana flexível;

 O dilatômetro é então introduzido no furo e inicialmente inflado sob pressão por um sistema de bomba hidráulica, até estabelecer contato com a parede do furo e se manter estável, sem deslizar. Essa pressão de ‘assentamento’ será a pressão mínima do ensaio;

 Após assentamento da sonda dilatométrica na perfuração, a pressão é então aumentada de forma escalonada, com no mínimo cinco incrementos aproximadamente iguais, obviamente até o limite de operação segura do equipamento. A cada nível de pressão incrementada, esta é mantida constante enquanto são tomadas as leituras da pressão (MPa) propriamente dita e a dilatação que corresponde ao volume de líquido que foi injetado pela bomba (número de rotações da bomba). Ao final do teste obtém-se uma curva pressão-volume (Figura 2.7c) e uma constante MT que reflete a taxa de variação da pressão ∆p em relação

a variação do volume do furo (expresso pelo número ∆n de ciclos de bombeamento), ou seja, MT = ∆p/∆n;

 Conhecidas as características/especificações do sistema de bombeamento (volume de líquido deslocado α a cada ciclo/rotação n da bomba e o coeficiente Ms que reflete a rigidez do sistema hidráulico), o comprimento L e o diâmetro a

do trecho do furo no qual o teste é executado, é possível determinar os parâmetros da rocha, a saber: coeficiente de rigidez da rocha MR, módulo de deformação

cisalhante Gd e o módulo elástico Ed mediante as relações:

𝑀_𝑅 = 𝑀𝑆𝑀𝑇

𝑀_𝑆− 𝑀_𝑇 (2.7)

𝐺_𝑑 = 𝑀_𝑅𝜋𝐿𝑎2

𝛼 (2.8)

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A outra forma de execução do ensaio é descrito pela ISRM (1987) e em Goodman (1989) e, nesse caso, a expansão do furo é medida diretamente por um transdutor de deslocamento presente na sonda dilatométrica, podendo ser utilizado um dilatômetro do tipo LNEC, desenvolvido em Portugal (Figura 2.8).

Figura 2.8 – Sonda tipo LNEC para ensaios dilatométricos (ISRM, 1987)

Analogamente, as propriedades deformacionais das rochas podem ser obtidas da relação pressão-dilatação e, especificamente por esse método, a anisotropia da deformabilidade no plano perpendicular à perfuração também pode ser determinada.

Para a execução do ensaio, as etapas preparatórias no que tange a seleção do local e horizontes de amostragem, perfuração cautelosa, checagem do furo e assentamento da sonda são as mesmas do ensaio com o dilatômetro tipo CSM, diferindo-se somente na forma de obtenção dos dados de expansão do furo, que são fornecidos para várias direções no plano diametral por transdutores de deslocamento, ou seja, para cada nível de pressão que for exercida na parede do furo é medido o deslocamento em mm. Durante o ensaio, devem efetuados três ciclos de carregamento e descarregamento, obtendo uma curva conforme indicado na Figura 2.9.

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Figura 2.9 – Curvas pressão-dilatação obtida em sonda tipo LNEC (ISRM, 1987) Para qualquer segmento da curva pressão-deslocamento obtida em um maciço rochoso com descontinuidades bem espaçadas, o módulo de elasticidade Ed é dado por:

𝐸_𝑑 = (1 + 𝜈_𝑅)𝐷∆𝑝𝑖

∆𝐷 (2.10)

Em maciço rochoso muito fraturado e se a pressão incrementada for elevada o bastante para causar aberturas das descontinuidades na direção radial, Ed será dado por:

𝐸_𝑑 = 𝐷 𝑝𝑖

∆𝐷(1 + 𝜈𝑅) [(1 − 𝜈𝑅) ln ( 𝑝𝑖

2𝑝₀) + 1] (2.11)

sendo: ∆pi - variação da pressão no segmento da curva considerado; ∆D - variação média

do diâmetro do furo corresponde a ∆p e νR- coeficiente de Poisson da rocha.

Os testes dilatométricos são particularmente valiosos para o registro rápido das propriedades em furos de maciços rochosos brandos, fraturados, que permite uma baixa recuperação de testemunhos ou corpos de prova inadequados para envio a testes laboratoriais (ISRM, 1987). Segundo Goodman (1989), uma desvantagem do ensaio com dilatômetro flexível é que o volume do maciço rochoso em amostragem é relativamente pequeno comparado com outros métodos (ensaio de carga sobre placa e o próprio dilatômetro rígido) e, portanto, pode constituir uma amostra incompleta do sistema de faturamento, sendo este método avaliado por alguns como sem utilidade. Em geral os

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valores das constantes elásticas obtidas por esse método devem ser ajustados para considerar os efeitos de escala e da presença de juntas.

Por outro lado, o ensaio permite obter a faixa de variação das propriedades da rocha em profundidade já no estágio inicial de investigação e, nesse contexto, um conjunto de ensaios desse tipo permite antever potenciais dificuldades locais e particularizar o maciço o maciço rochoso em sub-regiões aproximadamente homogêneas, lançando mão de investigações mais aprofundadas para estudar cada sub-região delimitada.