1001 - VIICNGVolIII003 - Sociedade Geológica de Portugal

Utilização do “Slake Durability Test” na caracterização da alteração
de granitos
Use of the “Slake Durability Test” to characterize the alteration of
granites.
Mário Quinta Ferreira(1,a), Ana Antão(2,b)
1
Universidade de Coimbra, Dep. Ciências da Terra,
2
Instituto Politécnico da Guarda, ESTG - Dep. Eng. Civil
a
[email protected]; [email protected]
SUMÁRIO
Descrevem-se os granitos e a metodologia utilizada no ensaio de “Slake”. O granito da Guarda é porfiróide de
grão muito grosseiro a grosseiro, e o granito do Jarmelo é não porfiróide de grão médio. Foram ensaiados os
graus de alteração I a IV. Utilizaram-se tambores com malhas de 2mm, 4mm e 12mm de abertura e realizaram-se
também dois ciclos adicionais de desgaste para além dos normalizados. Apresenta-se uma nova proposta de
classificação da durabilidade específica para os granitos, baseada nos resultados do “Slake” e da porosidade.
Palavras-chave: Durabilidade; Granito; Classificação; Alteração.
SUMMARY
The methodology used in the “Slake Durability Test” is presented and the tested granites are described. The
Guarda granite has porphyry texture, large to medium grain, while the Jarmelo granite has non porphyry
texture and medium grain. Weathering grades from I to IV were tested. Test drums with 2mm, 4mm and 12mm of
mesh aperture were used. Two additional cycles were used beyond the normalized ones. A new durability
classification proposal is presented for the granites, based on the results of the “Slake” and of the porosity.
Key-words: Durability; Granite; Classification; Alteration.
grosseiro. Como elementos essenciais possui
quartzo, oligoclase, microclina, albite, biotite e
moscovite; os minerais acessórios compreendem a
apatite, o zircão e a magnetite, sendo a caulinite, a
sericite e a clorite os minerais secundários mais
abundantes.
O granito do Jarmelo apresenta textura
hipautomórfica granular, bastante uniforme com
dimensão média dos cristais de matriz de cerca de 3
mm, apresentando-se as moscovites com dimensões
ligeiramente inferiores. É de grão médio não
porfiróide, de duas micas com larga predominância
da moscovite [5]. É uma rocha leucocrática a
leucomesocrática. Como elementos essenciais
referem-se o quartzo, a microclina geralmente
pertitizada, as plagioclases sódicas e sódico-cálcicas
e a moscovite; os minerais acessórios compreendem
a biotite, a apatite, a esfena, o zircão e a magnetite,
sendo a caulinite, a sericite, a clorite, os óxidos e
hidróxidos de ferro e os minerais do grupo do
epídoto os minerais secundários mais abundantes.
A maior diferença apresentada por estes dois
granitos verifica-se a nível da textura, apresentado o
Introdução
O ensaio designado pela Sociedade Internacional de
Mecânica das Rochas por “Slake Durability Test”
[1], que passaremos a referir simplificadamente
como “Slake” ou como “Ensaio de Desgaste em
Meio Aquoso” tem sido utilizado para estudar o
comportamento de materiais argilo-xistentos
relativamente à sua resistência ao desgaste por atrito
em meio aquoso. Este ensaio foi inicialmente
proposto para as rochas argilo-xistosas [2, 3].
Os materiais estudados neste trabalho foram os
granitos da Guarda e do Jarmelo, que pertencem à
grande mancha de granitos hercínicos do norte e
centro de Portugal.
O granito da Guarda apresenta textura porfiróide, de
grão muito grosseiro a grosseiro (com dimensão
média dos cristais de matriz de 7mm), tendo os
megacristais feldspáticos comprimentos médios de
45mm, podendo ultrapassar os 70mm. É do tipo
monzonítico, de duas micas, com predomínio da
biotite [4]. É uma rocha leucomesocrática, com
grandes cristais de feldspato e grão geralmente
763
granito da Guarda textura porfiróide de grão muito
grosseiro a grosseiro, enquanto que o granito do
Jarmelo apresenta textura não porfiróide de grão
médio.
No presente trabalho o “Slake” foi utilizado para
caracterizar a durabilidade das rochas graníticas com
graus de alteração de I a IV segundo a classificação
da IAEG [6].
analisar o comportamento dos materiais mais sãos,
utilizando o tambor padrão de 2mm de malha.
Verificou-se que o decréscimo do Id não ultrapassou
os 3,5%, ou seja grande parte do material
desagregado permanecia dentro do tambor sendo
assim contabilizado como não tendo sofrido
desgaste. Consideramos pois que este ensaio
apresenta pouca sensibilidade para materiais
rochosos muito resistentes e em que a percentagem
de minerais expansivos é praticamente inexistente,
vindo confirmar o referido por [8] relativamente a
vários granitos sãos do norte e centro de Portugal.
Metodologia
O ensaio foi executado segundo o procedimento
recomendado [1]. Em relação a outros ensaios de
desgaste, tais como o ensaio de Los Angeles ou o
ensaio de Micro-Deval, o “Slake” é um ensaio
simples de efectuar pois necessita de amostras
pequenas, entre 400 a 500g, sem grande preparação
dos provetes, sendo também menos demorado.
O “Slake” tem ainda a vantagem de facilmente
permitir adaptações quer em relação às condições de
utilização do material, quer em relação às próprias
características de execução do ensaio. Com efeito
vários autores [7, 8, 9, 10] têm referido a
necessidade de aumentar a duração do ensaio em
rochas muito resistentes e/ou sugerido a utilização
de tambores com malhas de dimensões ajustadas ao
material em estudo [11, 12, 13]. Estes últimos
autores após estudo realizados em granitos da
Coreia, sugerem a utilização de tambores com
malhas de dimensões ligeiramente superiores a 2mm
em relação ao tamanho médio dos grãos de quartzo
existentes na rocha o que permitiria separar o
material com comportamento de rocha do material
friável com comportamento de solo.
Assim, tendo em consideração a dimensão média
dos grãos de quartzo dos granitos por nós estudados,
optámos, para além da execução do ensaio segundo
o procedimento normalizado, com uma malha de
2mm de abertura, pela utilização adicional de
tambores com malhas de 4mm e de 12mm (Figura
1). Uma outra alternativa utilizada foi a realização
de um terceiro ciclo de 1000 rotações. Pretendeu-se
deste modo analisar a sensibilidade do ensaio à
influência da textura da rocha, nomeadamente do
granito de grão grosseiro porfiróide da Guarda.
a)
b)
Análise dos resultados
Os resultados mostram que é nos granitos mais
alterados que a influência da dimensão da malha dos
tambores mais se faz sentir. O aumento da
percentagem perdida (diminuição do valor de Id2)
quando se utiliza o tambor de malha de 12mm em
vez dos 2mm padronizado, é de cerca de 26%, no
grau de alteração IV e no caso dos granitos com grau
de alteração III é de cerca de 7%, o que está de
acordo com os resultados obtidos por outros autores
[12, 13] para os granitos alterados de grão grosseiro
da Coreia.
Executaram-se também alguns ensaios em que foi
introduzido um terceiro e um quarto ciclo para
c)
Figura 1 – Tambores utilizados no ensaio de “Slake”
e sua relação com o material alterado (grau IV) do
granito da Guarda. a) Tambor de malha 12 mm; b)
Tambor de malha 4 mm; c) Tambor de malha 2 mm.
Com o intuito de analisar melhor a influência que a
dimensão da malha dos tambores tem com a
dimensão média do grão da rocha, e com o seu
estado de alteração, foi feita a análise
granulométrica do material retido e passado nos três
tambores até ao peneiro nº 200. Verificou-se que
764
ao longo de quatro ciclos padronizados e para os
vários graus de alteração analisados.
Em face dos resultados obtidos, parece-nos que a
classificação de Gamble [2] tendo sido elaborada
para os argilitos e xistos argilosos, deve ser adaptada
para rochas de outra natureza, com granulometria
mais grosseira, mais resistentes e com menores
perdas. Com efeito, a designação de durabilidade
média dada ao grau de alteração IV destes granitos,
não corresponde às características de resistência e de
deformabilidade que as rochas apresentam,
encontrando-se nitidamente sobreavaliada.
existe uma mudança da curva granulométrica dos
graus de alteração I e II para os graus III e IV,
relativamente ao material granítico retido. As curvas
correspondentes à rocha sã a pouco alterada (graus I
e II) correspondem a materiais uniformes (Cu =
1.11) enquanto as curvas das rochas mais alteradas
apresenta uma certa graduação (Cu entre 1.15 e 2.7 e
Cc com alguns valores inferiores a 1 e superiores 3).
Além desta análise granulométrica, foi também
analisado o tipo de material que ficava retido nos
vários tambores. É a partir da malha de 12 mm que
se pode fazer a separação entre o material rocha e o
material desagregado com características de solo
(com os grãos de quartzo, de feldspato e de micas
individualizados). Esta evidência é mais nítida nos
granitos mais alterados (graus III e IV).
Para o granito do Jarmelo a realização do “Slake”
com tambores de malha normalizada de 2 mm,
malha de 4 mm e de 12 mm, não influência muito os
resultados do ensaio. No entanto a inspecção visual
do material retido nos tambores utilizando o granito
do Jarmelo, mostrou que só a partir do tambor de
malha 4 mm é que ficavam retidos dentro de cada
tambor apenas fragmentos de rocha em todos os
graus de alteração. Apenas no material são (grau de
alteração I) se observaram só fragmentos de rocha
no material retido nos três tambores. Com efeito,
neste granito a textura hipautomórfica granular com
dimensão média dos cristais da matriz de cerca de 3
mm e sem fracturação evidente, adequa-se bem à
malha normalizada de 2 mm. Por este motivo a
evolução do desgaste após os provetes terem sido
sujeitos ao ensaio gelo/degelo foi apenas efectuada
nos tambores de malha 2 mm.
Tomando por base a classificação da durabilidade
proposta por Gamble [2] fez-se a correspondência
entre o grau de alteração e o desgaste (Id2) dos
granitos estudados, tal como se apresenta na Tabela
1.
100
I
90
II
Id (%)
II
III
80
III
III
IV
70
IV
IV
60
1
2
3
Número de ciclos
4
Figura 2 – Evolução das perdas do granito do
Jarmelo ao longo de quatro ciclos. (I, II, III e IV –
graus de alteração).
Sendo o “Slake” um ensaio expedito, permitindo
uma primeira avaliação da durabilidade dos
materiais, deve poder fornecer indicações que se
relacionem com as características de resistência e
deformabilidade da rocha, principalmente nos graus
de alteração mais avançados.
Proposta de classificação das
rochas graníticas
Os resultados obtidos neste trabalho levam-nos a
tecer algumas considerações sobre a aplicabilidade
deste ensaio para classificar a durabilidade de rochas
graníticas. Segundo o procedimento da ISRM [1], o
“Slake” é especialmente dirigido às rochas brandas
com minerais argilosos na sua constituição.
A sua fácil utilização e a não necessidade de
provetes com formas e dimensões específicas,
tornaram-no num dos ensaios mais difundidos para a
avaliação da alterabilidade de uma rocha por
desgaste em meio aquoso. No entanto a sua utilidade
em rochas que, se bem que alteradas, não possuem
minerais argilosos, ou possuem-nos em muito
pequenas percentagens, têm levado vários autores a
sugerirem modificações deste ensaio como atrás se
fez referência.
Às nossas latitudes, muitas rochas graníticas sofrem
um processo de alteração essencialmente físico, não
originando nesse processo evolutivo minerais
secundários argilosos em quantidade suficiente para
Tabela 1 – Classificação da durabilidade [2] - sua
relação com o grau de alteração [6] dos dois
granitos.
Grau de
Durabilidade
Id2
alteração
muito elevada
>98
I
elevada
95 – 98
II
média a alta
85 – 95
III
média
60 – 85
IV
baixa
30 – 60
muito baixa
<30
Com o objectivo de averiguar a evolução do Índice
de durabilidade (Id) com o aumento do número de
ciclos, foram efectuados vários ciclos de desgaste
segundo o procedimento recomendado pela ISRM
[1] ou seja com a duração de 10 minutos e a 20rpm.
Na Figura 2 apresenta-se graficamente a evolução do
desgaste em meio húmido para o granito do Jarmelo
765
comportamentos diferenciados do material rochoso
granítico estudado [14].
Espera-se assim dar uma contribuição para a
avaliação da durabilidade em materiais graníticos,
recorrendo a ensaios expeditos.
influenciar o seu comportamento relativamente ao
desgaste em meio aquoso.
Assim, com base nos resultados obtidos, sugere-se
uma proposta de classificação de durabilidade para
os materiais graníticos, que se baseia nos seguintes
pressupostos [14]: O ensaio é realizado com a malha
de 2 mm; A classificação é definida em função dos
valores de Id2 e da porosidade (n); Procura-se que a
separação entre as várias classes corresponda a
comportamentos diferenciados.
Os intervalos propostos para as classes de
durabilidade Id2 (%) são:
0-85 muito baixa; 85-90 baixa; 90-95 média; 95-98
alta; 98-100 muito alta.
Os intervalos de classes consideradas para a
porosidade n (%) são:
0-1 muito baixa; 1-3 baixa; 3-8 média; 8-13
elevada; > 13 muito elevada.
A descrição da durabilidade dos granitos pode ser
feita utilizando as duas componentes como por
exemplo: baixa durabilidade e média porosidade
(Figura 3).
muito baixa
baixa
média
alta
Referências Bibliográficas
muito
alta
muito
elevada
14
12
elevada
n (%)
10
8
6
w 1-Guarda
w 2-Guarda
w 3-Guarda
w 4-Guarda
w 1-Jarmelo
w 2-Jarmelo
w 3-Jarmelo
w 4-Jarmelo
4
3
2
1
média
baixa
muito baixa
0
75
80
85
Id2 (%)
90
95
98 100
Figura 3 – Classificação da durabilidade para os dois
granitos estudados. W1, W2, W3, W4 – graus de
alteração.
Conclusão
Verificou-se que o ensaio de ”Slake” é inadequado
para aferir a alterabilidade/durabilidade dos
materiais graníticos, devido principalmente à textura
e ao facto de praticamente não apresentarem
minerais argilosos na sua composição. Assim,
propôs-se uma outra classificação da durabilidade
para materiais rochosos com características
semelhantes aos estudados.
A nova classificação é baseada em dois parâmetros –
o Id2 e o n. A obtenção do parâmetro Id2 é feita
segundo o preconizado em [1], sendo identificadas
cinco classes de durabilidade a que correspondem
766
[1] ISRM (1981) Rock characterization testing &
monitoring – ISRM suggested methods. Editado por E. T.
Brown, Pergamon Press.
[2] GAMBLE, J.C. (1971) Durability-plasticity
classification for shales and other argillaceous rocks. Tese
de PhD, Universidade de Illinois, Urbana, EUA.
[3] FRANKLIN, J. A. (1974) Rock quality in relation to
the quarrying and performance of rock construction
materials. Proc. 2nd Int. Cong. of IAEG, São Paulo,
(Brasil), V.1, pp. 2.1-2.11.
[4] TEIXEIRA, C., MARTINS, J.A., MEDEIROS, A.C.,
PILAR, L., MESQUITA, L.P. e FERRO, M.N. (1963)
Notícia explicativa da folha 18-C, Guarda. Carta
Geológica de Portugal, escala 1/50 000, Serviços
Geológicos de Portugal, Lisboa.
[5] TEIXEIRA, C., MEDEIROS, J.A., PILAR, L.,
CARVALHOSA, A. e FERRO, M.N. (1963) Notícia
explicativa da folha 18-A, Vila Franca das Naves. Carta
Geológica de Portugal, escala 1/50 000, Serviços
Geológicos de Portugal, Lisboa.
[6] IAEG (1981) Rock and soil description and
classification for engineering geological mapping. Report
by the IAEG Commission on Eng. Geol. Mapping,
Bulletin of the IAEG, Nº. 24, pp.235-274.
[7] MARTIN, R.P. (1986) – “Use of index tests for
engineering assessment of weathered rocks”. Proc. of the
5th IAEG Congress, Buenos Aires, vol. 2.1.4, pp.433-450.
[8] QUINTA FERREIRA, M. (1990) Aplicação da
geologia de engenharia ao estudo de barragens de
enrocamento. Tese de Doutoramento, Museu e Lab. Min. e
Geol., Universidade de Coimbra, 322 pp.
[9] MONTEIRO, B. e DELGADO RODRIGUES, J.
(1994) Método sugerido para a determinação do ensaio de
desgaste em meio húmido (Slake – Durability Test). Nota
Técnica 4/94 – GEA/DG, LNEC. Lisboa.
[10] GOKCEOGLU, C. e AKSOY, H. (2000) New
approaches to the characterization of clay-bearing, densely
jointed and weak rock masses. Engineering Geology, 58,
pp.1-23.
[11] KIKUCHI, K., MIMURO, T., SUZUKI, M.,
YOSHINAKA, R. e SATO, N. (1986) Slake durabilty of
rocks and its relation to slope stability. Proc. Int. Symp.
Engineering in Complex Rock Formations, Beijing
(China), pp.415-421.
[12] LEE, S.G. (1987) Weathering and geomechanical
characterization of Korean granites. Tese de PhD,
University of London, 415 pp.
[13] LEE, S.G., e FREITAS, M.H. (1988) Quantitative
Definition of Highly Weathered Granite Using the Slake
Durability Test, Géotechnique, Vol. 38, No. 4, pp.635640.
[14] ANTÃO, A.M. (2004) Comportamento geotécnico do
granito da Guarda relacionado com a sua alteração. Tese
de Doutoramento, Dep. Ciências da Terra, Universidade
de Coimbra, 318pp.