sexta-feira, 5 de fevereiro de 2016

Roteiro para determinação de estabilidade de aberturas em maciços rochosos em minas subterrâneas



Introdução

Com a redução cada vez maior de custos de investimento e produção, temos cada vez mais minas subterrâneas mais profundas. Nesse caso, um fator primordial é avaliar a condição de auto suporte das aberturas e com isso a necessidade de aplicação ou não de reforços.
Estes reforços são bem diversificados atualmente, mas não será objeto de interesse nesse artigo.
Como se trata de um roteiro, não analisaremos detalhes de levantamento geotécnico ou cálculos, ficando esses esclarecimentos para outro artigo.

Resumo do roteiro

O dimensionamento proposto seguira de acordo com a classificação de maciços segundo Barton. Pode ser adotado o autor ou autores de preferência na fase de mapeamento e adaptado posteriormente. Para termos um roteiro de forma a atingir o objetivo devemos seguir abaixo:

  1. Levantamento geotécnico
  2. Classificação do maciço rochoso
  3. Adaptação, caso necessário para Barton (Q)
  4. Cálculo de Q'
  5. Cálculo de N'
  6. Cálculo de HR
  7. Submeter os resultados ao gráfico de estabilidade de aberturas (N' x HR)

Qualidade do Maciço, Q

Os autores mais conhecidos para classificação de maciços são Barton (Q - Quality) e Bieniawski (RMR - Rock Mass Rating). Estudaremos Barton, Q, nesse artigo. Lembramos que podemos relacionar RMR e Q pela fórmula: 

RMR = 9 ln Q + 44

RMR = 21 log Q + 44


Q = 10 (RMR -44)-21


As fórmulas acima foram definidas de forma empírica segundo vários experimentos.

No caso do levantamento de Q (Barton et al. 1992), temos:

Q = RQD x Jr x Jw
           Jn       Ja   SRF


Qualidade do maciço, Q' (Q modificado)

SRF (Stress Rating Factor), em situações de tensões moderadas pode ser usado com o valor 1,0 (um). No caso de Jw, podemos usar o valor 1,0 onde não exista água ou o fluxo é pouco, de acordo com a tabela de Barton. Nesse caso, temos:

Q' = RQD x Jr
            Jn       Ja   

Em caso de utilizar essa fórmula, fazer uso do apóstrofo (') para notificar que se trata do Q modificado e não a fórmula original.

Cálculo de N' (Número de estabilidade modificado)

N' = Q' x A x B x C

Onde:

Q' - qualidade do maciço modificado, segundo Barton
A - Fator que mede rocha intacta e estresse induzido
B - Mede fator relativo à orientação dominante das rochas e a escavação

Como dito anteriormente, não nos ateremos às avaliações desses fatores.

Cálculo do Raio Hidráulico (HR - Hydraulic Radius)

O Raio Hidráulico (HR) é dado, por:

HR =      Área       
              Perímetro   

Onde: 

Área - Área da abertura subterrânea, limitada por pilares.
Perímetro - Perímetro da escavação considerada, limitada por pilares.

É um número adimensional, portanto, independe da unidade de medida adotada.

Utilização do ábaco

Uma vez calculado o N' e o HR, podemos utilizar esses valores no ábaco de estabilidade de aberturas subterrâneas em rocha maciça.

O gráfico proposto foi elaborado levando-se em conta um banco de dados e é de autoria de Potvin, 1988, Nickson, 1992 para estopes não suportados em minas subterrâneas.


Ábaco para avaliação de estabilidade de maciço sem uso de cabos

Exemplo 1

Vamos simular alguns exemplos:


    1. N' = 10, HR = 3,0; Zona estável
    2. N' = 10,  HR = 5,5: Limite entre a zona de transição e estável.
    3. N'  = 10, HR = 9,0; Limite entre a zona de transição e instável.
    4. N' = 10, HR = 15,0; Zona instável

Nesse caso, como não podemos modificar o valor de N', pois se trata de questões naturais, precisamos ajustar no nosso HR, para uma zona de estabilidade.

Exemplo 2

Vamos considerar o caso de uma abertura em rocha intacta de dimensões 30 m x 15 m, considerando valores típicos de mapeamento geomecânico.

RQD = 80%
Jn      = 9
Jr       = 1,0
Ja       = 1,0

A        = 0,5
B        = 0,5
C        = 5,0
Q' = RQD x Jr
        Jn       Ja

Q' = 8,89
       

N' = Q' x A x B x C

N' = 11,11
Cálculo de HR

Vamos considerar uma abertura de 30 m x 15 m em rocha sã.

HR =      Área       
              Perímetro   

HR =  5   



Conclusão

Podemos verificar que a construção, nessas condições, encontra-se em região estável.


Utilização de cable bolt (cordoalha) no maciço


A seguir temos o ábaco atualizado para uso de cabos. Nesse caso, o reforço é demonstrado com o deslocamento das curvas que delimitam as áreas de estabilidade, transição e instabilidade para direita, aumentando, assim a zona de estabilidade.




Ábaco que demonstra o uso de cabos no maciço.

Vamos considerar o exemplo acima, nas mesmas condições do maciço e abertura. Avaliaremos a situação para utilização de cabos para suporte.




Podemos notar que no caso do maciço cabeado as curvas foram deslocadas para direita, significando um maciço mais estável.

No primeiro ábaco a curva que limita a zona de estabilidade para zona de transição, considerando N', 11,11, passa por HR, 5,6. O ponto de trabalho é HR 5,0, ou seja, 90% do início da zona de transição.

No segundo ábaco, a mesma curva, que delimita a zona de estabilidade com a zona de transição, temos HR 10. Temos, então, que o ponto exigido pela abertura, HR 5,0, está a 50% do início da curva. Um aumento de 80% da exigência.

Conclusão

Podemos concluir que problemas de instabilidade ou situações limites de estabilidade podem ser solucionados com o uso de cabos.


Bibliografia

Hoek, E., Kaiser, P. K.,Bawden, W. F. - Support of Underground Excavations in Hard Rock. 1993
Hutchinson, D. Jean, Diederichs, Mark S. - Cablebolting in Undergroun Mines, 1996




Santa Bárbara, MG, 05 de fevereiro de 2016

Luciano Pena
Eng. Minas Sr



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