escavações subterrâneas - sustentaçao escavações
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DEMIN/EM/UFOP MIN 225 Estabilidade de Escavações SubterrâneasProf. José Margarida da Silva Antônio Carvalho Filho Março 2010Sustentação de Escavações SubterrâneasSumário Definições e terminologia Generalidades Papel do Suporte Projeto de Suporte Histórico Classificação de Estruturas Curva característica MateriaisDefinições; terminologia ³escoramento´ ou ³sustentação´ engloba uma série de técnicas que utilizam elementos de madeira, metálicos ou de concreto (armado ou nãTRANSCRIPT
DEMIN/EM/UFOPMIN 225
Estabilidade de Escavações Subterrâneas
Prof. José Margarida da Silva Antônio Carvalho Filho
Março 2010
Sustentação de Escavações Subterrâneas
Sumário
• Definições e terminologia• Generalidades• Papel do Suporte• Projeto de Suporte• Histórico• Classificação de Estruturas• Curva característica• Materiais
Definições; terminologia
• “escoramento” ou “sustentação” - engloba uma série de técnicas que utilizam elementos de madeira, metálicos ou de concreto (armado ou não), destinados a aumentar a segurança de cavidades.
Definições; terminologia
• Sistemas de escoramentos: podem ser desde simples elementos isolados (destinados a segurar blocos individualizados) até revestimentos completos da periferia dos vazios (se a rocha que os circunda é pouco coerente ou se encontra muito fraturada).
• Rock support: elementos externos;
• rock reinforcement: elementos internos.
TerminologiaEstrutura
todo arranjo espacial de elementos físicos, compostos de qualquer material, capaz de resistir a esforços solicitantes em um horizonte previsto de tempo, com um dado fator de segurança e sofrendo deformação entre limites pré-determinados;
Terminologia
Dimensionamento de uma estrutura: definição das dimensões elementos que a compõem, para que possam resistir aos esforços solicitantes, conhecendo-se:
• os valores destes esforços,• os limites aceitáveis de deformação, • o tempo previsto de sua utilização,• o fator de segurança desejado ou
considerado.
Generalidades• papel principal do suporte para os maciços
rochosos (Rock Engineering): controlar as ações de peso do material descomprimido situado entre as periferias das escavações e os arcos de pressão (efeito arco).
• É necessário prever um espaço suficiente entre o escoramento e o contorno inicial da escavação, para que a convergência respectiva possa ter lugar.
• Ou então prever a instalação de um sistema suficientemente deformável para que possa acompanhar tal convergência.
Projeto de suporte
Escolha do suportefatores fundamentais: • custo, • comportamento do subsolo,• método de lavra a ser empregado.
O principal objetivo no projeto de um suporte subterrâneo é ajudar o maciço a se auto-suportar.
Histórico• Agricolae (1556): domínio da madeira como estrutura
de sustentação em trabalhos subterrâneos.• colônia na América do Sul: minas metálicas suportadas
com arcos de pedra e esteios de madeira.• 1824: desenvolvida pedra artificial (concreto).• 1912: “gunite” (precursor do concreto projetado). • Déc.20, séc XX: suportes com aço predominaram
nos EUA.• Após segunda guerra: escoras hidráulicas, depois
suportes auto-deslocáveis (powered supports).• Ancoragens - larga aceitação. Sistemas constituídos
por combinação de tirantes, chumbadores, concreto projetado, tela, algumas vezes cambotas, em escavações civis e mineração.
Classificação de estruturas
Suporte: conjunto de elementos resistentes que se empregam para controlar a deformabilidade e contrariar os fenômenos de ruptura localizada em aberturas subterrâneas.
• provisórios ou definitivos; • contínuos ou descontínuos; • compressíveis ou praticamente indeformáveis
(rígidos).
Exemplos de suportes descontínuos: pilares naturais, esteios, pilhas, quadros, arcos (cambotas) e, de certa forma, as ancoragens.
Suportes artificiais
O MÉTODO CONSTRUTIVO NATM
O MÉTODO CONSTRUTIVO NATM
Representação das grandezas intervenientes no dimensionamentodos pilares e das câmaras com base no método da área tributária(Hoek e Brown, 1980)
Revestimentos
Revestimento
obra de recobrimento de zonas mais ou menos extensas da periferia das escavações, com finalidade de impedir o desprendimento de pequenos blocos de rocha e de regularizar e mesmo impermeabilizar os seus contornos.
Revestimentos
Exemplos de suportes contínuos: revestimento contínuo de galeria em maciço fraturado por concreto projetado ou pré-moldados de concreto armado; pranchões de madeira (entre quadros ou arcos); concreto projetado e tela (associados a tirantes); quadros justapostos; chapas unindo quadros, com a estrutura resultante exercendo em alguns casos funções de suporte e revestimento.
Tratamento ou reforçoTratamento ou reforço: técnica de consolidação do
maciço rochoso pela melhoria de sua:• resistência, • deformabilidade • e/ou impermeabilidade. Exemplos: Injeções, congelamento de terrenos e,
para alguns, as ancoragens.
Últimas décadas: aperfeiçoamento das ancoragens, substituição progressiva da madeira e outras técnicas ou materiais; aparecimento dos cartuchos, “cable bolt” e associação de concreto reforçado, parafuso e telas.
Aplicação de cable bolt prévio à lavra - a colocação em alargamentos de corte e enchimento na Mina Campbell (Borchier e outros, 1992 apud Hoek e outros, 1995).
Curva característica
• Carga x deformação;• Comportamento estrutural do suporte: rigidez x
deformabilidade.
Características ideais dos suportes compressíveis
• Alta carga de montagem;• Pequena deformação inicial;• Alta carga de cedência;• Cedência sob carga o mais constante possível;• Pequena variação nas curvas características.
Curva característica ideal de uma ancoragem (Stillborg, 1994).
Materiais
Principais materiais utilizados:
• aço, • madeira, • argamassas (concreto e/ou resinas sintéticas), • blocos de rocha, • Alvenaria• ou combinações destes.
Principais critérios de seleção
• resistência à tração e à compressão;• incombustibilidade;• adaptabilidade a perfis curvos;• custo (instalação e manutenção);• durabilidade;• deformabilidade;• possibilidade de reutilização;• necessidade de mão-de-obra especializada .
Referências BibliográficasAyres da Silva, L. A. & Hennies, W. T. 1995. Abertura de Vias Subterrâneas.
USP.Ayres da Silva, L. A; Hennies, W. T. 1988. Abertura de Vias Subterrâneas -
Escoramento em Vias Subterrâneas. EPUSP. 73pp.BIRON, C., ARIÔGLU, E. 1983. Design of Supports in Mines. Wiley & Sons.BRADY, B. H. G. e BROWN, E. T. 1985. Rock Mechanics for Underground
Mining. London. George Allen & Unwin.Brasil Mineral, maio 1984.Carnero, L. T. C.; Fujimura, F. 1995. Mecânica de Rochas Aplicada ao
Dimensionamento do Sistema de Atirantamento em Minas Subterrâneas. EPUSP, 33pp.
Hoek, E. & Brown, E. T. 1980. Underground Excavations in Rock. HOEK, E.; KAISER, P. K.; BAWDEN, W. F. 1995. Support of Underground
Excavations in Hard Rock. HOEK, E. T. & BROWN. 1980. Underground Excavations in Rock. IMM.
London. George Allen & Wyin.KAISER, P. K. & Mc CREATH. 1992. Rock Support. Proceedings of the
International Symposium on Rock Support. Balkema. Rotterdam. MENDES, F. M. 1985. Geomecânica Aplicada à Exploração Mineira
Subterrânea. Instituto Superior Técnico. Lisboa.SILVEIRA, T. 1987. Técnicas de Sustentação em Minas Subterrâneas. UFOP.
Ouro Preto.Silva, J. M.; Terra, K. L. M.; Lima, C. A 1998. Tendências no Atirantamento
Subterrâneo. Brasil Mineral, dez/98.