Escavações Subterrâneas - Apostila Miin225

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Apostila de Estabilidade de Escavaes Subterrneas MIN- 225Textos de aula do professor Jos Margarida da SilvaSumrio1-TRODUO: A SEGURANA ESTRUTURAL1.1 INTRODUO 1.2 A GEOMECNICA 1.3 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS: 1.4 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA2 - TENSES NOS MACIOS ROCHOSOS2.1 CONCEITOS INICIAIS2.1.1. ZONA CLSTICA 2.1.2 REGRA DE HEIM2.2. - PRINCPIOS FUNDAMENTAIS DA LAVRA SUBTERRNEA2.2.1. - DESMONTES COM ABANDONO DE PILARES 2.2.1.1. - TENSO MDIA EM PILARES 2.2.1.2 - DISTRIBUI

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<p>Apostila de Estabilidade de Escavaes Subterrneas MIN- 225Textos de aula do professor Jos Margarida da Silva</p> <p>Sumrio1-TRODUO: A SEGURANA ESTRUTURAL1.1 INTRODUO 1.2 A GEOMECNICA 1.3 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS: 1.4 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>2 - TENSES NOS MACIOS ROCHOSOS2.1 CONCEITOS INICIAIS2.1.1. ZONA CLSTICA 2.1.2 REGRA DE HEIM</p> <p>2.2. - PRINCPIOS FUNDAMENTAIS DA LAVRA SUBTERRNEA2.2.1. - DESMONTES COM ABANDONO DE PILARES 2.2.1.1. - TENSO MDIA EM PILARES 2.2.1.2 - DISTRIBUIO DE TENSES EM PILARES 2.2. 2. - DESMONTES COM ENCHIMENTO 2.2.3. - DESMONTES COM ABATIMENTO CONTROLADO DO TETO</p> <p>2.3. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 2.4 - BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>3-IMPACTOS AMBIENTAIS DA LAVRA SUBTERRNEA3.1. INTRODUO 3.2 SUBSIDNCIA INDUZIDA PELA LAVRA3.2.1 DESCRIO DO FENMENO 3.2.2 - RELAO DA SUBSIDNCIA COM O TEMPO 3.2.3 - MEDIDAS PARA LIMITAR EFEITOS DE SUBSIDNCIA 3.2.4. MTODOS DE PREVISO DO PERFIL DE SUBSIDNCIA CONTNUA</p> <p>3.3EXPLOSES NATURAIS OU GOLPES DE TERRENO (ROCK BURSTS)3.3.1 DESCRIO DO FENMENO, CAUSAS E EFEITOS. FORMAS DE CONTROLE 3.3.2 TCNICA DESTRESS BLASTING 3.3.3 SELEO DO SUPORTE PARA REGIES BURST-PRONE</p> <p>3.4 CONCLUSES 3.5 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 3.6 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>4 TRATAMENTO E REFORO DOS MACIOS ROCHOSOS4.1 GENERALIDADES 4.2 INJEO DE CIMENTO 4.3 MTODOS DE IMPERMEABILIZAO QUMICA E OUTROS 4.4 CUSTOS COMPARATIVOS DE INJEES2</p> <p>4.5 CONGELAMENTO DE TERRENOS4.5.1 USOS E LIMITAES 4.5.2. MTODOS DE CONGELAMENTO 4.5.3. PROJETO E MONITORAMENTO</p> <p>4.6 ESTUDOS DE CASOS 4.7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 4.8 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>5. ANCORAGENS5.1 5.2 5.3 5.4 INTRODUO HISTRICO PARAFUSOS DE ANCORAGEM ANCORAGENS MECNICAS</p> <p>5.4. 1. ANCORAGENS MECNICAS DE ATRITO</p> <p>5.5 TIRANTES ANCORADOS COM CARTUCHOS DE CIMENTO 5.6 PINOS DE MADEIRA (DOWELS), COM INJEO DE RESINA 5.7 SISTEMA "CABLE BOLT" 5.8 ANCORAGEM COM CARTUCHOS DE RESINA 5.9 CONCLUSES 5.10 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS</p> <p>6. SUPORTES CONTNUOS (REVESTIMENTOS) DE ESCAVAES SUBTERRNEAS6.1 GENERALIDADES 6.2 TELAS DE ARAME6.2.1 TELAS TRANADAS, EM CADEIA OU TIPO CORRENTE (chainlink mesh) 6.2.2 TELAS SOLDADAS (weldmesh) 6.2.3 Straps</p> <p>6.3 REVESTIMENTOS COM CONCRETO6.3.1 HISTRICO 6.3.2 REVESTIMENTO DE POOS (CONCRETAGEM) 6.3.3 REVESTIMENTO DE GALERIAS COM CONCRETO PROJETADO OU GUNITA (Shotcrete)</p> <p>6.4 CONCRETO PROJETADO REFORADO 6.5 REVESTIMENTO DE SUPERFCIES COM POLIURETANO 6.6 ESTUDOS DE CASOS 6.7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 6.8 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>7. TCNICAS DE MONITORAO DE UM SISTEMA DE ATIRANTAMENTO7.1 GENERALIDADES3</p> <p>7.2 MONITORAO DAS ANCORAGENS7.2.1 PERFURABILIDADE DA ROCHA 7.2.2 ARRANCAMENTO DE ANCORAGENS (Pull test) 7.2.3 PERDA DE PROTENO</p> <p>7.3 MONITORAO DO MACIO7.3.1 MEDIDAS DE CONVERGNCIA 7.3.2 MEDIDAS DE DISLOCAMENTOS NO INTERIOR DO MACIO (EXTENSOMETRIA)</p> <p>7.4 ESTUDOS DE CASOS7.4.1 INTERLIGAO DE PASSAGENS NA MINA CUIAB (Anglo-Gold) 7.4.2 TESTE DE ARRANCAMENTO DE TIRANTES E CABOS NA MINA DE MOINHO, PORTUGAL. 7.4.3 MONITORAMENTO DE MOVIMENTAO DE BLOCOS (Dinis da Gama et alii, 2002) 7.4.4 MONITORAMENTO MICROSSMICO NA MINA CARABA (Andrade, Santos e Silva, 2003) 7.4.5 MONITORAMENTO DE DESLOCAMENTO (hundimiento) EM PALABOWRA (Chile) 7.4.6 MODIFICAES NA BELLAVISTA MINE</p> <p>7.5 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 7.6 BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA</p> <p>4</p> <p>1-TRODUO: A SEGURANA ESTRUTURAL 1.1 Introduo Os trabalhos em minas subterrneas apresentam fundamentalmente dois grandes aspectos de segurana: segurana estrutural das aberturas, envolvendo tetos, pisos, paredes e pilares; segurana ambiental, que se refere criao e manuteno de um ambiente de trabalho confortvel e adequado execuo das tarefas pertinentes ao empreendimento. A preocupao ambiental, em sentido amplo, inclui a preocupao com a segurana. As minas subterrneas contam hoje com os conhecimentos advindos do grande avano de algumas cincias, como por exemplo da Mecnica de Rochas, e deixaram de ser lugares mal iluminados, midos, sujos e altamente perigosos como no passado. S em casos particulares, a segurana estrutural na explotao mineira subterrnea pode ser considerada recorrendo-se a fatores de segurana estabelecidos a partir das solicitaes mximas suportadas pelos macios rochosos antes da ruptura. Na generalidade das situaes da minerao, a segurana estrutural (ou segurana tcnica) tem que ser considerada levando em conta a dinmica da ruptura dos macios e as resistncias ps-ruptura que estes podem exibir. A explotao das minas se faz observando-se os trs princpios ticos fundamentais: o da Segurana, o da Economia e o do Bom Aproveitamento das Jazidas (Mello Mendes, 1996). Ningum duvida que o primeiro destes princpios seja fundamental, parecendo dever sobrepor-se aos restantes. Com efeito, no h nada que pague a vida de um homem e, por isso, compreende-se facilmente que o trabalho mineiro, como, de resto, qualquer outra atividade, deva ser executado com segurana. Este porm um aspecto muito particular da noo de Segurana que o primeiro dos Princpios Fundamentais da Explotao de Minas abrange. A garantia de bons ambientes de trabalho deve ser tambm abrangida na noo de Segurana das Minas. A noo de Segurana no pode ser apenas estendida ao Homem. Cada vez mais h que ter sempre presente que uma mina um complexo tcnico-econmico onde trabalham homens, certo, mas que exige investimentos muito vultosos sob a forma de equipamentos e de estruturas que tm de ser criadas para dar acesso aos locais de onde os minrios so retirados e para o desenvolvimento desses mesmos trabalhos de retirada. Todos estes investimentos tm que ser, a seu tempo, recuperados. Deste modo, tanto os equipamentos como as prprias estruturas de apoio no podem estar merc de acidentes que comprometam a recuperao dos correspondentes investimentos. Quanto ao Princpio da Economia, sendo uma atividade tipicamente industrial, a minerao vive sempre condicionada pela obrigatoriedade de produzir a preos de custo inferiores aos correspondentes s cotaes dos seus produtos num mercado cada vez mais de mbito mundial. Tratando-se, por outro lado, de uma indstria pesada, dotada de grande inrcia, que impe longos prazos de restituio aos elevados capitais que obriga a investir, a indstria mineira, para ser atrativa aos investidores, tem que oferecer boas ou, pelo menos, razoveis perspectivas de lucro. Todo este condicionamento faz com que a produo mineral deva ser conseguida aos preos mais baixos possveis, o que se reflete na obrigatoriedade de otimizar o custo do processo produtivo mineiro em todos os seus complexos pormenores.5</p> <p>Em relao ao terceiro Princpio Fundamental - do Bom Aproveitamento das Jazidas, salvo rarssimas excees, as jazidas minerais no so renovveis escala temporal da vida humana nem mesmo escala temporal da Humanidade. Explot-los representa, para essa ltima, a destruio de um capital que no pode ser reposto. Assim, ao contrrio de se tentar obter, por reciclagem, produtos minerais anteriormente extrados e j utilizados, h que minimizar a delapidao dos recursos minerais naturais. Importa, ento, otimizar a recuperao das substncias minerais das jazidas, de modo que as fraes destas, que agora no sejam explotadas, no fiquem em condies tais que impossibilitem a recuperao futura. No seguindo este princpio, o Homem est criminosamente comprometendo o futuro da Humanidade no que diz respeito s possveis melhores condies de vida, pelo menos em relao s resultantes de poder beneficiar do aproveitamento dos minrios e, numa viso local que muito interessa s regies mineiras, de poder prolongar a atividade industrial da minerao, geralmente importante promotora do desenvolvimento social. A situao do timo ponto de equilbrio entre as exigncias dos trs Princpios Fundamentais tem, porm, variado ao longo dos tempos, de acordo com a valorizao relativa dada pelo Homem aos diversos fatores considerados importantes para si e para a Humanidade. Esta variao de posicionamento da meta a atingir tem obrigado, necessariamente, a mudanas de direo das correes a serem feitas no modo de considerar a minerao, isto para que a aproximao em relao quela meta se possa concretizar da melhor maneira. Por exemplo, na escolha da orientao para uma abertura, a maior dimenso deve estar perpendicular tenso principal maior. Se as fraturas tendem a se estender no plano perpendicular tenso principal 3, o conhecimento da direo das tenses permite a escolha de um arranjo para reduzir esse risco. Quando se faz grandes escavaes em superfcie com tcnicas de pr-corte, economias acontecero se a escavao orientada perpendicular a 3. A ruptura das rochas e dos macios rochosos e os mecanismos envolvidos nessa ruptura esto, de certa forma, sempre bem presentes na atuao dos Engenheiros de Minas. Extrair substncias teis das jazidas implica, necessariamente, arrancar blocos de rocha, que contenham tais substncias, dos macios de que fazem parte; esse arranque corresponde, por seu lado, necessidade de se provocar a ruptura para separao de tais blocos. No de se estranhar que uma das principais preocupaes da Engenharia de Minas seja o aprofundamento dos conhecimentos existentes sobre a ruptura dos macios rochosos tanto nos seus aspectos tericos como no que diz respeito s tecnologias que se aplicam. Tambm no emprego dos seus mtodos de explotao subterrnea, o Engenheiro de Minas reconheceu h muito ser conveniente deixar que os macios rochosos, envolventes das cavidades que vai criando, vo libertando aos poucos, por meio de rupturas sucessivas e devidamente controladas, os excessos de energia que tendem a acumular-se em torno dessas cavidades, medida que vo aumentando as respectivas dimenses. Com este modo de proceder reduzem-se os riscos de a liberao de tais excessos de energia vir a ocorrer de forma brusca e violenta, com fraturamento do terreno quando e onde no seja esperado. Da terem-se desenvolvidos vrios mtodos de explotao onde a ruptura dos macios rochosos procurada ou, mesmo, artificialmente provocada. Mtodos esses que, como sabido, vo at o ponto de permitir utilizar a6</p> <p>energia armazenada nos macios rochosos para fraturar e fragmentar a rocha constituinte desses macios, em substituio do emprego de outras formas de energia. Compreende-se assim, que a ruptura dos macios rochosos, desde que possa ser controlada, no assuste os engenheiros de minas, sendo-lhes antes uma companheira familiar na sua atividade profissional. No admira pois, que, em Engenharia de Minas, a noo de Segurana Estrutural seja aceita, sem qualquer repugnncia, j prximo ou mesmo dentro dos domnios da ruptura dos macios rochosos. O aumento crescente do conhecimento acerca das caractersticas mecnicas e do comportamento dos macios rochosos face s escavaes neles realizadas muito tem a contribuir para a segurana dos trabalhos. Os domnios de ruptura das rochas e dos macios rochosos so, porm, bastante complexos e, em relao a eles, muita investigao aplicada h de se fazer. Contribuir para esta investigao , tambm, uma das obrigaes do Engenheiro de Minas. 1.2 A Geomecnica A Geomecnica compreende o estudo das propriedades mecnicas e o comportamento de todos os materiais geolgicos. A Mecnica de Rochas est relacionada com as propriedades mecnicas e o comportamento das rochas, isto , como a rocha responde quando sujeita a um campo de foras. Este campo pode ser induzido pela escavao de uma abertura produzida por meios mecnicos tais como uma perfurao ou britagem. Isto de fundamental importncia em minerao porque a rocha o principal material de construo e tambm o principal produto do processo de escavao. O estabelecimento das bases tericas da Mecnica de Rochas data das ltimas dcadas e deve-se principalmente: ao desenvolvimento dos computadores analgicos e digitais, que permitem o uso de tcnicas matemticas mais sofisticadas; construo de equipamentos para medio mais precisa de tenses e deformaes em rochas. A Engenharia de Minas est interessada no comportamento mecnico do macio rochoso quando se realizam escavaes no mesmo, isto , parte deste aliviado. A Engenharia Civil est interessada em saber quais as modificaes que se introduzem quando o macio carregado pela presena de uma barragem, edifcio etc. Em princpio, estes dois ramos de engenharia esto preocupados com problemas quase opostos, mas que podem ser equacionados conforme: quais as tenses atuantes no macio original? quais as alteraes das tenses introduzidas pela escavao ou obra? qual o efeito das condies geolgicas mais complexas? Estas questes podem hoje ser respondidas com a Mecnica de Rochas Aplicada. O primeiro passo para a evoluo da geotecnia foi dado quando ruiu a barragem de Saint Francis (EUA), provocando mortes e prejuzo de milhes de dlares. A engenharia despertou para a importncia e necessidade de investigaes geolgicogeotcnicas. A Mecnica de Rochas utiliza os conhecimentos de outras cincias, sem poder deixar de levar em conta os aspectos intrnsecos do prprio material: seu permanente estado de evoluo; a influncia das condies ambientais nas propriedades fsicas e na7</p> <p>resistncia mecnica; a presena de descontinuidades, a heterogeneidade e anisotropia; a natureza mecnica (Ayres da Silva &amp; Hennies, 1988). importante observar que a rocha constitui um caso particular de material de engenharia. Como observa Hudson (1989 apud Ayres da Silva, 1993), nas construes com materiais artificiais, a resistncia dos materiais composta em funo das necessidades de resistncia aos esforos que lhe sero aplicados. J na rocha, a resistncia lhe intrnseca e as tenses existem independentemente de outras cargas externas que lhe sejam aplicadas. Assim, diante desta limitao e mais os custos proibitivos em que incorreria obter-se um projeto de construo pronto na prancheta, existiro fases de projeto, e mesmo de produo, que sero ajustadas realidade do macio rochoso. Para o projeto racional de suportes artificiais e revestimento e consolidao de aberturas subterrneas, a Mecnica de Rochas assume papel de suma importncia, pois permite analisar a influncia dos fatores que se pretende dominar ou cuja importncia se pretende reduzir com o recurso a tais tcnicas. Com efeito, a estabilidade das escavaes subterrneas s pode ser assegurada se os macios rochosos tm determinadas caractersticas de resistncia e se as aberturas possuem certas formas geomtricas e no excedem determinadas dimenses. Mesmo em tais casos, a expanso da rocha no sentido dos vazios deve ser considerada, bem como o fato de que devido s respectivas caractersticas reolgicas, as deformaes correspondentes processam-se, em grande parte, ao longo do tempo (Ayres da Silva &amp; Hennies, 1970). Desta forma, em geral, na vizinhana das cavidades definem-se zonas aliviadas de tenses cuja rocha susceptvel de atuar por aes de peso. Sobre os tetos das escavaes, essas zonas podem ter importncia relativamente reduzida (quando so superiormente limitadas por arcos de presso bem definidos), podem desenvolver-se progressivamente em altura, originando deformaes no teto das aberturas que, por vezes, atingem a superfcie (subsidncia). Em todos os casos, no entanto, as redistribuies retardadas de tenses, devido s caracterst...</p>