Modelagem Estrutural e Compartimentação Geomecânica de um Túnel em Maciço Rochoso no Município de São José - SC

Abstract

O comportamento geomecânico de túneis em rocha é fortemente influenciado pelas estruturas geológicas (descontinuidades) presentes no maciço. Do ponto de vista geométrico, estas estruturas são caracterizadas por parâmetros que descrevem suas orientações, frequências e persistências. Durante a construção de uma obra de engenharia subterrânea, como um túnel, a análise das condições geológicas é imprescindível, para isso, é normatizado o acompanhamento de um geólogo/engenheiro geotécnico, e produção de mapeamentos de frente que proporcionam estimativas das condições do maciço. Entretanto, muitas vezes os dados de cunho geológico são visualizados em projetos como modelos em duas dimensões, tanto em planta quanto em seção transversal. Apesar de serem suficientes para mostrar uma visão geral da qualidade do maciço, acabam não representado da maneira mais visualmente fidedigna as condições reais das descontinuidades. Desta forma, este trabalho propõe-se a criar um modelo 3D da geologia estrutural local e compartimentar a escavação em parâmetros geológicos-geotécnicos do maciço rochoso do Túnel 4, presente no Contorno Rodoviário de Florianópolis, baseado na classificação Rock Mass Rating. Para isso, foram utilizados os dados sobre o projeto e os mapeamentos de frente de escavação realizados durante a execução da obra, fornecidos por uma das empresas envolvidas na construção, aliados a pesquisa bibliográfica. A obra situa-se na divisa entre os municípios de São José e Biguaçu, em um maciço rochoso constituído por gnaisses migmatíticos do Complexo Águas Mornas, mais especificamente em uma região de contato com o Granito São Pedro de Alcântara, pertencente à Suíte Intrusiva Maruim. As medidas estruturais foram analisadas por meio de estereogramas, revelando a predominância de três famílias de descontinuidades principais presentes no maciço. Foram compilados os dados de 604 mapeamentos, permitindo a compartimentação de toda a escavação com base nos parâmetros individuais do Rock Mass Rating. Por se tratar de uma análise feita também em ambiente 3D, foi possibilitada uma melhor visualização das pontuações e da classificação do maciço em escala e presente no contexto geomorfológico e topográfico. Foram realizadas análises estatísticas e estruturais com base nestes parâmetros e na setorização por classes geomecânicas. Assim, os produtos gerados foram capazes de promover melhor entendimento do maciço rochoso por meio da integração de todos os parâmetros pertinentes ao modelo geológico-geotécnicos em uma única interface.

The geomechanical behavior of rock tunnels is strongly influenced by the geological structures (discontinuities) present in the rock mass. From a geometric standpoint, these structures are characterized by parameters describing their orientation, frequency, and continuity. During the construction of an underground engineering project, such as a tunnel, geological condition analysis is essential. For this purpose, geological/geotechnical surveying is standardized, encompassing the mapping of the tunnel face and providing estimates of the rock mass conditions. However, geological data are often visualized in projects as two-dimensional models, both in plan and cross-section. While sufficient for providing an overview of rock mass quality, it is not always represented in a way that is visually faithful to actual condition of such structures. Therefore, this study proposes the creation of a 3D model of the local structural geology and compartmentalization of the excavation based on geological-geotechnical parameters of the rock mass in “Túnel 4”, located in the “Contorno Rodoviário de Florianópolis”, using the Rock Mass Rating classification. For this purpose, data on the project and excavation face mappings carried out during construction, provided by one of the companies involved in the project, were used in conjunction with academic research. The project is situated on the border between the municipalities of São José and Biguaçu, in a rock mass composed of migmatitic gneiss from the Águas Mornas Complex, specifically in a region of contact with the São Pedro de Alcântara Granite, part of the Maruim Intrusive Suite. Structural measurements were analyzed through stereonets, revealing the predominance of three main discontinuity sets within the rock mass. Data from 604 tunnel face mappings were compiled, enabling the compartmentalization of the entire excavation based on individual parameters. Since this analysis was also conducted in a 3D environment, it allowed for improved visualization of RMR scores and rock mass classification in scale and in its geomorphological and topographical context. Statistical and structural analyses were performed based on these parameters and the segmentation by geomechanical classes. Thus, the generated products were able to promote a better understanding of the rock mass through the integration of all relevant parameters to the geological-geotechnical model into a single interface.