Grupări stâncoase si software

Pentru caracterizarea și modelarea geotehnică a maselor de rocă și pentru formațiunile complexe, este necesar să se evalueze rezistența caracteristică: Este necesar să se ia în considerare natura și caracteristicile geometrice și rezistența discontinuităților. În plus, trebuie specificat dacă rezistența caracteristică se referă la discontinuități sau la masa rocilor.
În acest sens, dorim să oferim o explicație mai aprofundată abordând teme și aspecte din punct de vedere geologic și geotehnic.

Masa de rocă și discontinuitatea

Masele de rocă prezente pe suprafața pământului prezintă, în majoritatea cazurilor, discontinuități sau suprafețe slabe care condiționează în mare măsură comportamentul mecanic al acestora și care identifică blocuri de matrice rocă (sau rocă intactă) care definesc grupul în sine (Fig. 1). Mai precis, discontinuitatea este definită în general ca orice întrerupere a continuității unei mase de rocă cu rezistență la tracțiune scăzută sau zero (fisuri, planuri de stratificare, planuri de clivaj, discontinuități ale modificărilor, răcire etc.; ISRM, 1978). Prin urmare, pentru a studia stabilitatea unui versant stâncos sau a unei fețe de rocă,este necesar să se identifice și să se studieze atât structura grupului de roci, cât și natura discontinuităților. De fapt, definiția unui model geomecanic trebuie să fie în măsură să cunoască și să anticipeze comportamentul materialelor stâncoase ca rezultat al aplicării forțelor endogene și exogene exercitate asupra lor și este necesar să se definească pentru fiecare mecanism cinematic ipotetic forțele care acționează și rezistente pentru contracararea instabilității gravitaționale (Gonzalez de Vallejo, 2005).

Fig. 1. Afllorimentul Calcarenitei, Belvedere M.mo (CS), Italia.

Rezistența

Anterior s-a văzut cum matricea stâncoasă este considerată rocă intactă și, prin urmare, fără discontinuitate, dar în natură poate prezenta un comportament eterogen și anisotropic legat de structura sa mineralogică (de exemplu, stratificare, foliație, clivaj, șistozitate). Prin urmare, este esențial ca atât structura masei rocilor, cât și discontinuitățile să fie descrise luând în considerare și aspectul petrografic.Mai mult, deoarece suprafețele de discontinuitate constituie puncte slabe care reglează comportamentul mecanic al grupurilor de rocă prin condiționarea rezistenței complexului, a mecanismelor, a zonelor de deformare și rupere, este posibil să se afirme că rezistența unei mase de rocă scade odată cu creșterea numărului de discontinuități (Gonzalez de Vallejo, 2005). Prin urmare, pentru a examina capacitatea unui grup de roci de a se opune forțelor (destabilizatoare) este necesar să distingem și să definim: a) rezistența matricei rocilor; b) rezistența discontinuităților; c) rezistența grupului de roci.

Rezistența matricei de rocă

Rezistența matricei rocilor este determinată în laborator prin ruperea unui eșantion de rocă prelevată din masa rocii. Testele utilizate includ: compresie simplă, test de încărcare a punctelor, compresia triaxială, tracțiunea directă, tracțiunea indirectă. Scopul testelor este de a identifica rezistența epruvetelor în funcție de efectul tensiunilor aplicate și proprietățile intrinseci ale rocii în sine (mineralogie, granulometria, porozitatea etc.). Criteriile de rupere folosite pentru a calcula rezistența materialului sunt cele ale Mohr-Coulomb și cele ale  Hoek and Brown (1980). Există softuri Geoastru, cum ar fi RockLab, RockPlane, care iau în considerare și aceste criterii pentru a efectua analiza stabilității și consolidarea versanților rocilor; mai multe detalii în paragraful software;

Când se realizează o analiză de stabilitate, când se utilizează valoarea rezistenței specimenului?

În timpul unei analize de stabilitate, valoarea de rezistență obținută din proba de rocă prelevată din masă este utilizată atunci când este reprezentativă pentru întrega masă. De exemplu, atunci când masa rocii nu este puternic condiționată de discontinuități din cauza calității bune a rocii sau din cauza scării reduse la care se realizează analiza sau, invers, când discontinuitățile sunt omniprezente chiar și la scara probei (roci anisotrope ex. șisturi).

Rezistența la forfecare a discontinuităților

Rezistența la forfecare discontinuităților poate fi determinată prin teste in situ sau în laborator sau poate fi estimată cu metoda propusă de ISRM (1978, 1985, 1993), care se bazează pe studiul geomecanic al familiilor de discontinuități care caracterizează grupul de roci. Principalii parametri geometrici și mecanici propuși pentru descrierea familiilor de discontinuităț sunt: orientarea, distanțarea, continuitatea sau persistența, rugozitatea, rezistența la pereții articulației, deschiderea, umplerea, modificarea, filtrarea, numărul sistemelor de discontinuităț, dimensiunile blocului (Fig.2). Unele dintre criteriile utilizate pentru calcularea rezistenței la forfecare a discontinuităților sunt, de exemplu, cea a lui Patton (1966) și cea a lui Barton and Choubey (1977); aceste criterii sunt utilizate și în unele programe Geostru, cum ar fi RockMechanics.

Fig. 2 – Caracteristicile discontinuităților în masele de roci (Wyllie,1999).

Când se utilizează valoarea rezistenței la forfecare a discontinuității?

Când se iau în considerare masele de roci anizotrope și cu discontinuități semnificative. De exemplu, aplicațiile pentru care este util să evaluați parametrii rezistenței la forfecare a discontinuităților sunt culisarea 2D și glisarea 3D. În acest sens, există softurile Geostru (cum ar fi Georock2D, 3D, RockPlane) care vă permit să efectuați simulări de cădere ale blocurilor de rocă în funcție de diverse modele, cu ajutorul cărora este posibil să proiectați lucrări pentru protejarea versanților, de alunecările de teren.

Rezistența masei rocilor

Atunci când masa de rocă este foarte fracturată datorită numeroaselor sisteme de discontinuitate, pentru calculul rezistenței, comportamentul întregii mase de rocă este evaluat folosind metode care vă permit să efectuați clasificări geomecanice ale rocii; metode care se referă la studiul discontinuităților; metode matematice care evaluează rezistența masei rocilor prin modelarea numerică a unui fenomen real (back analysis). În ceea ce privește clasificările geomecanice, acestea oferă indici de calitate, fiecare corespunzâd unei clase în funcție de parametrul considerat. Printre parametrii luați în considerare în cele mai importante clasificări (de exemplu, Beniawski, 1976; Barton, 1979; Robertson, 1970; Sen și Kazi, 1984; Romana, 1988; Singh and Goel, 1999; Jasarevic și Kovacevic, 1996; tratate și în software-ul Geostru RockMechanics) există: rezistența la compresiune a matricei rocilor (de exemplu, Point Load Test, Uniaxial Comp.Strenght), RQD (Rock Quality Designation), starea discontinuităților, orientarea îmbinărilor, condițiile filtrării.

Evaluarea stabilității pereților de rocă și a reprezentării datelor

Reconstituirea unui model de deformare gravitațională pentru un versant stâncos mai aproape de realitate permite efectuarea interpretărilor atât asupra mecanismului cinematic posibil, cât și asupra posibilelor intervenții de stabilizare, iar acest lucru se poate realiza prin reprezentări stereografice ale discontinuităților. De fapt, întrucât aranjamentele structurale ale îmbinărilor prezente pe un front stâncos afectează posibilele mecanisme cinemice de rupere, este important să se analizeze familiile de discontinuități identificate în timpul sondajului structural și pentru o interpretare simplificată a acestor date, se folosesc rețelele stereografice. În verificarea stabilității versanților rocilor, utilizarea proiecțiilor stereografice (în interiorul grilelor numite „stereonete”) permite o reprezentare adecvată a datelor de orientare spațială a îmbinărilor, a planurilor straturilor, a șistozităților etc., care caracterizează grupul în cauză, pe baza căruia este posibil să se construiască cel mai realist model de ruptură. Cele mai frecvente modele de ruptură, care afectează versanții stâncoși sunt: ruptura planară (Fig.3a), ruptura în formă de pană (Fig.3b), răsturnarea (Fig.3b), alunecarea rotativă (Fig.3d).

Fig. 3 – Principalele tipuri de deformări gravitaționale pe versanții rocilor. Din Hoek și Bray, 1981.

Obiectivul studiului geologic al unui versant este de a construi un model geologic care are ca scop, și cunoasterea conditiilor evolutive care au produs structura actuală, cu o analiză detaliată a stării și tipului de activitate a oricăror instabilități prezente. Prin urmare, trebuie acordată o atenție specială: prezenței unor structuri specifice care induc condiții de susceptibilitate la alunecări de teren; prezența și poziția intercalărilor chiar subtile ale litotipurilor mai puțin rezistente; suprapunerea stratigrafică sau tectonică a litotipurilor cu diferite caracteristici litologice, hidrogeologice și geostructurale; gradul de alterare a maselor de roci; existența do cu persistență ridicată și orice material de umplere. În cazul evenimentelor de alunecare de teren în zona de interes, având în vedere datele obținute din activitățile de investigare, acestea trebuie să conducă la o reconstrucție detaliată a evenimentului în trei dimensiuni. De exemplu, există tehnici de teledetecție, cum ar fi fotogrammetria (Campbell and Wynne, 2011), scanări cu laser (Gomarasca, 2009), care permit reconstruirea modelelor tridimensionale ale versantului cu un grad mai mare de detaliu.

Intervenții de stabilizare și monitorizare

Alegerea tipului de intervenție trebuie să rezulte dintr-o caracterizare geotehnică în acest caz a grupului de roci. În ceea ce privește tipul și obiectivele intervenției de îmbunătățire și / sau consolidare, trebuie specificate cele mai adecvate măsuri și investigații experimentale. Odată ce a fost efectuată cea mai potrivită intervenție pentru studiul de caz, în cazul în care aceasta poate condiționa funcționalitatea lucrării în proiect sau a lucrărilor înconjurătoare, trebuie asigurată monitorizarea pentru a evalua eficacitatea acestei intervenții prin controlul comportamentului acesteia în timp.

Software

Având în vedere ceea ce este descris în articol, pentru a aborda mai bine studiile privind aspectele geotehnice ale proiectării și execuției lucrărilor și intervențiilor care interacționează cu rocile și, prin urmare, pentru o mai bună caracterizare și modelare geotehnică, recomandăm utilizarea următoarelor software:

• Simularea căderilor de roci 2D – GeoRock 2D: software pentru simularea căderilor de roci cu modelele Lumped Mass și CRSP (Colorado Rockfall Simulation Program) și proiectarea lucrărilor de apărare de tip pasiv.
• Simularea căderilor de roci 3D – GeoRock 3D:permite efectuarea analizei spatiale pentru căderi de roci și proiectarea optimizată a lucrărilor de intervenție. Versantul este discretizat în zone omogene care au aceleași caracteristici mecanice definite de coeficienții de restituire normală și tangențială;
• Criterii de rupere a unei mase de rocă – RockLab: Software pentru determinarea criteriului de rupere a unei mase de rocă conform modelului Hoek-Brown (1980). Mai mult, permite calcularea capacității portante a fundațiilor de rocă conform cu metodele: Carter și Kulhawy (1988); Serrano, Olalla și Gonzalez (2000).
• Stabilitatea și consolidarea blocurilor de rocă – RockPlane: permite analizarea instabilităților locale ale elementelor de rocă (blocuri stâncoase) supuse acțiunilor exercitate de cutremur și prezenței apei în fracturi. Sunt furnizați factori de siguranță la alunecare și răsturnare care permit verificarea stabiliății blocului și pentru a planifica, dacă este necesar, un sistem de intervenție adecvat, cu tiranși și cuie active sau pasive.
• Proiecții stereografice mecanice ale rocilor – G.M.S.: (GeoMechanical Survey) permite reprezentarea și elaborarea studiului geo-structural al discontinuității maselor de rocă efectuate la fața locului cu metoda busolei și a clinometrului, conform recomandărilor ISRM.
• Mecanica rocilor – Rock Mechanics: este o suită de 10 software pentru mecanica rocilor. Este format din clasificarea geomecanică: Barton, Bieniawki, căreia îi este asociată clasificarea Romana, Sen, Robertson, Sing & Goel, Jasarevic și Kovacevic. Analiza stabilității: Alunecare plană, alunecare tridimensională, evaluarea forței de impact a unei roci, prezicerea fenomenului de colaps în caz de cutremur.

Noutăți Geostru 2020: Geoapp

Geostru a creat un serviciu disponibil pentru calcule online pe pagina web Geoapp, unde există diverse aplicații pentru Inginerie, Geologie, Geofizică, Hidrologie și Hidraulică. Printre acestea există mai multe care pot fi utilizate împreună cu softurile menționate mai sus, de exemplu:
– Caracterizarea maselor de roci;
– Caracterizarea lui Barton;
– Alunecări de-a lungul unui plan;
– Cunei3D;
– Cuie bare pasive;
– Tiranți;
– Sisteme de rețele ancorate;
– Bariere rigide și elastice;
– Analiza stabilității suprafețelor plane.

References