Tipos de ancoragensvantagens e desvantagens

relativas

MIN 225

Prof José Margarida da Silva

Outubro/2008

Introdução

• O reforço de terreno com ancoragens tem melhorado de tal forma que, nas últimas três décadas, se tornou o método de controle mais utilizado contra a movimentação do terreno e prevenção de queda de blocos de escavações mineiras.

Ancoragem mecânica

- Parafuso de ranhura e cunha

- Parafuso de coqüilhas expansíveis

- Parafusos de atrito

• Split set (cavilha)

• Swellex (tirante expansivo)

• Worley

Ancoragens mecânicas

• Quanto a ancoragens mecânicas, em rochas menos resistentes (mais macias), a efetividade é reduzida pelo esmagamento local da rocha.

• Ancoragens mecânicas puntuais são um método de suporte largamente utilizado, mas que vêm sendo substituídas em todos os tipos de condições de terreno pelas ancoragens em coluna total com resina ou cimento.

Parafuso de cunha

Ancoragem em coluna parcial (puntual)

Desvantagens

• Uso de perfuratriz percussiva;

• Controle do diâmetro

Parafuso de ranhura e cunha

Parafuso de coqüilhas

• Ancoragem puntual

• fabricada com aço com “efeito mola”, apresentando a vantagem da simplicidade de aplicação dentro da vida útil projetada.

Vantagem relativa

• Uso de perfuratriz rotativa;

• Possibilidades: mais pontos de ancoragem, uso de injeção.

Parafuso split-set

• Mais baratos e fáceis de se instalar;• Suporte provisório;• Capacidade de carga 4 a 5tf.• vida útil de cerca de 2 anos, enquanto a ancoragem com

cimento ou resina tem cerca de 20 anos. • Custo relativo - ancoragem com resina é cerca de duas

vezes a ancoragem com split-set.• Não protegido da corrosão (em ambiente mais úmidos,

sofre oxidação em 90 dias – Stimpson, 1998).• Mount Isa, Gwallia (Austrália), Turmalina, Santa Isabel,

Lamil, Esperança e outras (Brasil)

Parafuso expansivoSwellexsuporte imediato em rocha dura; comprimentos disponíveis de 1,2 a 1,8m, capacidade de carga até 10tf, com 50cm de coluna; vantagem relativa ao split set - pode ser pré-

tensionado (trabalhar como suporte ativo);comparação com parafuso com resina - mais caro no

custo de aquisição, mais barato no custo global, pois diminui o ciclo operacional,

não é afetado pela pressão d’água (que pode retirar a resina), mas necessita de rigor no diâmetro do furo como o de resina.

Parafuso expansivo

UtilizaçãoCrixás (AngloGold, GO), Baltar (Votorantim,

SP), Ipueira (Ferbasa, BA), Urucum (RDM, MS), Morro da Fumaça (Nitroquímica, PR), testes em Criciúma (SC), minas de carvão, Morro Agudo (Brasil),

Kemi (Finlândia), Cayeli (Turquia).

Parafuso expansivo

Aplicável com telas;

instalação em menos de 1min,

tempo de cura nulo;

alongamento possível de até 30%;

pressão da água de injeção de 30 a 40MPa.

Atirantamento com Swellex

Instalação:

Swellex instalado dentro do padrão, ou seja, expandiu totalmente dentro do furo, instalado perpendicular às paredes da galeria e chapa totalmente em contato com a rocha.

Parafuso expansivo

Hydrabolt

• apresenta capacidade de carga na faixa de 7 a 11tf;

• diâmetros usuais são 16, 17, 19, 21 e 25mm;

• instalação é feita com equipamento próprio da mina, ganhando-se em rapidez;

• disponível em comprimentos de 1,5 a 4m.

Parafusos de atrito

Pena (2006) comparou custo de tirantes mecânicos por atrito na Mina São Bento (ouro, Santa Bárbara - MG):

• Split-set custa U$2/unidade, o Swellex, U$15/unidade.

• A mina utilizava o Split-set como suporte provisório e o Swellex de 1,8m de comprimento, na faixa de 6.000 unidades instaladas/mês.

• Perseverance (Austrália) – friction bolts

Preparação do arranjo de suporte

Ancoragem Química

• As ancoragens com cartuchos à base de cimento e de resina representam hoje uma ferramenta extremamente útil na difícil tarefa de estabilizar aberturas subterrâneas, sendo uma solução moderna, com consideráveis vantagens técnicas e econômicas sobre os sistemas mecânicos de ancoragem.

• O sistema “cable bolt” tem sido bastante utilizado nas minerações brasileiras, cumprindo com eficiência a função de sustentação do maciço, estabilizando um volume de rocha superior aos demais métodos devido ao comprimento dos cabos utilizados.

Ancoragem Química

• Em cartuchos ou com injeção;• Cimento ou resina sintética;• Ativos ou passivos;• Barra ou cabo.

• Vantagens: proteção contra corrosão, maiores possibilidades de capacidade de carga, protensão e ancoragem em coluna total

Ancoragem com cartuchos de cimento

Vantagens relativas: • para uma mesma rocha e mesmo comprimento, capacidade

de ancoragem de três a cinco vezes maior do que a ancoragem mecânica puntual do tipo “split-set”;

• diâmetro do furo para instalação é, no mínimo, 20% menor do que o exigido pelo “split-set”, o que representa uma grande economia na furação;

• instalação sem grande rigor no controle do diâmetro do furo;• barra de aço utilizada fica permanentemente protegida da

corrosão;• a ancoragem não é afetada por vibrações ou choques;• os tirantes, uma vez atingido seu tempo de cura, podem ser

protendidos em caso de necessidade;• não implica nenhuma alteração na rotina dos trabalhos

subterrâneos.

TIRANTES ANCORADOS COM CARTUCHOS DE CIMENTO

Limitações:

• o tempo de cura é de duas horas;

• a necessidade de armazenamento adequado dos cartuchos;

• o tempo de estocagem dos cartuchos é limitado (6 meses).

Cartuchos de resina

• Maior capacidade de carga e maior custo relativamente ao cimento;

• Os cartuchos estão disponíveis em comprimento de 10 a 50cm.

• A protensão com resina é dada entre o tempo de pega (1 a 3min) e o tempo de cura (12min).

• São também utilizados em poços principais.• Svea Nord (Noruega) - Parafusos resina 2,4m.

Cable bolt

Vantagens:• custo relativamente baixo, mesmo se

considerando o custo com brocas de perfuração;

• elevada capacidade de ancoragem (superior a 17 tf, na maioria das situações);

• elevada resistência à corrosão;• pode ser instalado em qualquer comprimento;• pode ser instalado em aberturas provisórias ou

permanentes, estreitas e de pequenas alturas.

Utilização de cable boltExemplos• Baltar (Brasil)- calcário • Crixas, Fazenda Brasileiro, Santa Isabel, Turmalina e

Cuiaba (Brasil) – ouro• Santa Helena - zinco• Mount Isa, Perseverance, Springvale (Australia)• Beaconsfield (Austrália) - em paredes• Golden Giant, Kidd Creek, Brunswick (Canada)• Cayeli (Turquia)• Kittila, Pyhasalmi (Finlândia) • Kristineberg, Malmberget (Suécia) • Michilla (Chile) • Svea Nord (Noruega)• Tsumeb (Namíbia) • Novo Astro, Raposos, São Bento (Brasil) – já exauridas

Cabos com straps

Cable bolt

• Couto (2002) realça a durabilidade, a capacidade e a flexibilidade desse sistema utilizado na Minha do Moinho, em Portugal na rampa principal, em malhas de 1,2m x 1,2m a 2m x 2m.

• Tensionador: capacidade de carga até 220kN (dsiminingproducts. com, 2008)

Atirantamento

Frota:01 Boltec 335 – Atlas Copco01 Boltec MC – Atlas Copco

Dados:Diâmetro de Perfuração – 37mmDiâmetro do Tirante – 1”Comprimento – 3,20mCarga de ruptura – 25t (Resina) - 10t (Expansível)

CabeamentoFrota:1 Cabolt – SANDVIK

Dados:Diâmetro de Perf . – 51mmDiâmetro do cabo – 7/8”Traço – 0,3 (W/C)Carga de ruptura – 26t

Exemplo de sustentação(obra civil)

• Escavação subterrânea civil

• Tuns Park (Sidney, Austrália) – estocagem subterrânea em cavernas

• Em 734 m de túnel, 3.000 tirantes, 3.500m2 de tela, 20 quadros de aço

(Gee e Wille, World Tunnelling, 2000)

Monitoramento de cable boltA unidade de monitoramento para instalação na ancoragem

com cabo compreende:• um tubo projetado para se ajustar no furo realizado que tem

um colar em uma extremidade, • um cabo adaptado para o preenchimento com argamassa

no centro do tubo, • uma placa de base colocada firmemente contra o colar do

tubo adjacente à face da rocha, • uma luva centralizadora do cabo dentro da placa e tubo,• uma placa de medição alongada que tem um furo central

para inserção do cabo para firmar contra a placa e um corte em ranhura situado a igual distância de cada lado para permitir que a placa de medição gire se a rocha se mover em relação ao cabo,

• uma braçadeira para fixação da placa de medição na placa de base.

(Freepatentsonline.com.br, 2008)

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Biron e Ariôglu. Design of Support in Mines. 1983. • Campoli, A. A.; Mills, P. S.; Todd, P.; Dever, K. Optimizing rebar

resin annulus, p. 42-44. sd.• Carnero, L. T. C.; Fujimura, F. 1995. Mecânica de Rochas Aplicada

ao Dimensionamento do Sistema de Atirantamento em Minas Subterrâneas. Escola Politécnica/USP, 33pp.

• Couto, R. T. S. Arrancamento das pregagens e cabos de aço na Mina do Moinho, Aljustrel. 8o. Congresso Nacional de Geotecnia, Lisboa. 2002. 13pp. 2002.

• Cury, N. Comunicação oferecida na UFOP. Atlas Copco. 2007.• Engineering and Mining Journal, outubro/2005, p. 38.• Engineering and Mining Journal, dezembro/2006, p. 36.• Hoek, E.; Kaiser, P. K.; Bawden, W. F. Support of Underground

Excavations in Hard Rock. Balkema. Rotterdam. 1995.• Hoek, E. & Wood, D. F. Rock Support. In: Mining Magazine. 1988.• Hoek, E. & Brown, E. T. Underground Excavations in Rock. London.

1980.• Jeremic, M. L. Ground Mechanics in Hard Rock Mining. 1987.• Lacourt, R. Lavra de veios estreitos. Comunicação oferecida na

UFOP. 2007.

Referencias• Gee e Wille. Construction of Northside Sidney Storage, World Tunnelling, 2000.• Lima, C. A. Comunicação em visita técnica da UFOP à Fosminas. 2007.• Mining and Construction, n.1, 1p.; n. 2, 4p. 2007.• Penna, L. T. S. Comunicação na Semana de Estudos Mineiros da Escola de

Minas. Ouro Preto. 2005.• Penna, L. T. S. Comunicação em visita técnica da UFOP à Mina São Bento.

2006.• Redaelli, L. Nova Teoria e Novos Métodos de Atirantamento Subterrâneo. ABGE,

São Paulo, 1987, 34 p.• Stillborg, B. Professional Users Handbook for Rock Bolting, 1994, p. 1-30.• Stimpson, 1998. Canadian Journal.• Support and Water Control in Oslo. In: World Tunneling, may 1995, p. 167-171.• Silva, J. M. Tendências no atirantamento subterrâneo. Brasil Mineral, dez/1998.• Freepatentsonline.com.br, acessada em 14/10/2008• dsiminingproducts. com, acessada em 14/10/2008• Villaescusa et al, 2004.• Brady e Brown, 2006.