Estabilidade de escavações subterrâneas

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<p>UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE- UFCGCENTRO DE TECNOLOGIA DE RECURSOS NATURAIS- CTRNUNIDADE ACADMICA DE MINERAO E GEOLOGIA- UAMGCURSO DE ENGENHARIA DE MINASDISCIPLINA: ESTABILIDADE DE ESCAVAES EM ROCHAS</p> <p>II ESTGIO: ESCAVAES SUBTERRNEAS</p> <p>Alunos: Igor Henry Cavalcante de Almeida Mat.: 111110682Mozart Manfrinni Dantas de Figueiredo Mat:. 109110672Rafael Chagas Silva Mat:. 111110011 Professor: Alexandre Jos Buril de Macdo Turma: 01 - Perodo: 2014.1</p> <p> Campina Grande-PB, 31 de julho de 2014</p> <p>Suporte de tneis de acordo com a classificao geomecnica1. ObjetivosO seguinte trabalho visa desenvolver dois textos explicativos relacionados aos aspectos de suporte de tneis de acordo com a classificao geomecnica e os critrios geomecnicos de ruptura. Em seguida, ser feita uma aplicao dessas classificaes com relao ao tipo de suporte requerido para um dado tipo de rocha.</p> <p>2. IntroduoA construo de tneis subterrneos vem incorporando nas ltimas dcadas um crescimento considervel, sobretudo no desenvolvimento de suporte provisrio e definitivo utilizando como base critrios empricos de classificao de macios rochosos e a sua posterior modelao a partir de modelos numricos de clculo atravs do mtodo dos elementos finitos, procurando-se analisar a influncia que exercem alguns fatores sobre o comportamento dos tneis, tais como: o estado de tenso inicial do macio, a dimenso das aberturas, e os modelos usados na representao do comportamento mecnico dos diversos materiais [1,2].Neste sentido, os mtodos de classificao geomecnicas empricos para suporte de tneis permitem uma primeira aproximao do tipo de suporte necessrio para uma dada obra, e uma previso plausvel do seu desempenho. Estes mtodos levam em considerao um nmero limitado de parmetros geotcnicos, em geral, passveis de serem determinados custa de ensaios simples de laboratrio e a partir de observaes da superfcie e do estudo da amostragem efetuada nas sondagens mecnicas, permitindo, assim, diviso dos macios rochoso em vrias classes e, com isso, o seu zoneamento em termos de comportamento geomecnico, possibilitando a escolha do suporte adequado, de acordo com as caractersticas avaliadas no macio rochoso [1,2].Com o surgimento do NATM- New Austrian Tunelling Method- em 1960, novos parmetros e conceitos geotcnicos referentes a estabilidade dos macios comearam a ser adotados em obras subterrneas. Com a aplicao deste mtodo, alm de inovaes quanto aos tratamentos objetivando estabilidade das frentes de servio, ocorreu uma grande evoluo das tcnicas de escavao subterrnea e dos equipamentos at ento utilizados, com toda a segurana possvel e reduzindo de forma direta os custos [1].As investigaes geolgicas preliminares em um projeto passaram a ter uma importncia ainda maior para as escavaes subterrneas. O quadro geolgico-geotcnico identificado por elas permitir uma correta projeo das metodologias a serem empregadas, dos tratamentos necessrios para garantir a estabilidade dos macios a serem escavados, alm do correto dimensionamento prvio dos recursos humanos, materiais e equipamentos a serem disponibilizados para as obras [1].3. Fundamentao terica</p> <p>O NATM introduziu a aplicao de tratamentos especficos para cada classe de macio, sendo estes preliminarmente definidos na fase de projeto [1].Para a escavao de um tnel, por exemplo, a partir do quadro geolgico-geomecnico revelado pelas investigaes, os macios a serem escavados podem ser classificados em at cinco classes de rocha, como previsto pelo NATM: Classe I: macios de rocha s, sem alteraes, autoportantes e coesos, com ausncia de planos de fraturas ou diaclases que, no entanto, podem ocorrer de forma isolada; Classe II: macios de rocha s, sem alteraes, autoportantes e coesos, porm j apresentando no mnimo uma famlia de fraturas ou diaclases; Classe III: macios de rocha s, fraturada, com certo grau de autossuporte e coeso, porm entrecortado por famlias de fraturas segundo diferentes direes e mergulhos, podendo ocorrer faixas de alteraes nessas fraturas, relacionadas a maiores concentraes de gua subterrnea. Classe IV: macios de rocha mais fraturada e apresentando faixas intercaladas de rocha alterada, com menor coeso, autossuporte e estabilidade temporria, sendo que o quadro que pode se agravar na presena de gua subterrnea; Classe V: macios formados por solo de alterao ou rocha totalmente alterada, com pouca ou sem nenhuma coeso, ausncia de autossuporte e estabilidade quando escavados; na presena de gua subterrnea esses macios so classificados como Classe VI.Uma das primeiras classificaes geomecnicas conhecidas, adaptvel a rochas e solos, foi elaborada por Terzaghi. Nesta classificao, os terrenos foram englobados em nove classes, sendo indicada para cada uma a carga transmitida ao suporte. Todavia esta classificao possui divergncias quanto eficincia da escolha adequada dos suportes de tneis, tendo em vista que no leva em considerao o estado de tenso inicial no macio, limitando a previso das cargas transmitidas ao suporte aps a formao do vazio [3]. Alm do mais, Terzaghi limita a escolha do suporte em tneis a cambotas metlicas. Por este motivo, surgiram outros sistemas de avaliao geomecnicas para classificao e dimensionamento de suportes em tneis que englobavam critrios quantificveis e que forneciam indicaes mais precisas no que se dizia respeito s propriedades intrnsecas do macio [3].A partir dos anos 1970, graas a um maior e melhor detalhamento da geologia local e de seus condicionantes geotcnicos, os macios esto sendo mapeados e classificados pelo RMR (Rock Mass Rating- Bieniawski) e pelo sistema Q de Barton (NGI). Estas classificaes so mais rigorosas e precisas que uma primeira classificao pelo NATM e devero ser sempre bem fundamentadas, ajustadas e at refeitas corretamente j na fase das escavaes subterrneas, quando as frentes de avano devem ser acompanhadas e mapeadas por gelogos experientes [1, 3, 4].</p> <p>3.1. Classificao pelo RMR de BieniawskiA classificao geomecnica proposta por Bieniawski, bastante verstil e de fcil utilizao, surgiu logo aps a necessidade de quantificar com maior preciso parmetros geolgicos no macio frente necessidade de dimensionamento de suporte em aberturas subterrneas [3,4]. O sistema RMR (Rock Mass Rating), assim intitulado por Bieniawski, analisa uma srie de parmetros geolgicos e geotcnicos no macio e ponderam uma pontuao frente estes parmetros. A partir do valor obtido para o RMR pode-se estimar uma srie de informaes teis, como o vo autoportante, o tempo de autossustentao, a presso de suporte para uma dada abertura, e tambm, ajudar na escolha do mtodo de escavao [4]. Tambm, pode-se estimar: a coeso, o ngulo de atrito interno, o mdulo de deformao do macio rochoso e a presso de suporte mxima variando conforme a classe do macio. No entanto, estas informaes s devero ser utilizadas para estudos de viabilidade e projetos preliminares. Ensaios in situ e modelagens numricas para definies de suportes permanentes sero sempre essenciais, principalmente para o caso de cavernas ou grandes aberturas, em que as condies geolgicas apresentam uma grande variao [1,4].Para determinar o RMR de um dado macio rochoso, alguns parmetros geomecnicos devem ser analisados e recebero uma pontuao crescente, quanto mais favorvel for estabilidade na frente de escavao [1,4]: Resistncia compresso simples (de 0 a 15 pontos); RQD= ndice de Qualidade das Rochas (de 3 a 20 pontos); Maior ou menor espaamento entre as fraturas mapeadas (de 5 a 20 pontos); Condies das fraturas (de 0 a 30 pontos); Posio, orientao das fraturas em relao s escavaes (de -60 a 0 ponto); Presena ou ao de gua subterrnea (de 0 a 10 pontos).O somatrio destes pontos ir determinar o valor do RMR e, assim, a classe do macio. Baseado no valor do RMR possvel projetar o vo autoportante, o tempo de autossustentao, a presso de suporte para uma dada abertura de um macio, a dimenso e a geometria mais adequada para as sees de escavao e, tambm, projetar os tratamentos primrios a ser aplicado, estimar a coeso, o ngulo de atrito interno, o mdulo de deformao do macio e a presso de suporte mxima variando conforme sua classe [1,4]:Tabela 1- Classe do macio pelo RMR [1].ClassesIIIIIIIVV</p> <p>PONTOS110/8181/6160/4140/21&lt; 20</p> <p>DESCRIOtimoBomRegularPobreMuito pobre</p> <p>SUSTENTAO10 anos6 meses1 semana5 horas10 minutos</p> <p>VO/SEO15 m10 m5 m2,5 m1 m</p> <p>Bieniawski estabeleceu recomendaes quanto ao modo de escavao e tipo de suporte a adaptar para tneis com cerca de 10 metros de vo, tenso vertical inferior a 25 [MPa] e escavados com explosivos. </p> <p>3.2. Sugesto de Suporte de tneis de RomanaRomana estabeleceu recomendaes quanto ao modo de escavao e tipo de suporte em tneis com vo entre 10 e 14 metros. Para tal, buscou complementar novos parmetros classificao de Bieniawski. Todavia, Romana estabeleceu estas novas recomendaes com base em estudos geolgicos na construo de tneis na Pennsula Ibrica, por esta razo os parmetros descritos podem no ser representativos para outras regies [3].A classificao de Bieniawski divide o ndice RMR em cinco classes (I, II, III, IV e V) variando entre Muito boa a Muito m. Romana prope ento a substituio do sistema de cinco classes por um sistema de 10 subclasses. Tendo cada subclasse uma amplitude de 10 pontos, e para manter certo grau de correlao com a classificao de Bieniawski, denomina-se com a numerao romana de Bieniawski (I, II, III, IV e V) seguido de uma letra, a para a metade superior e b para a metade inferior de cada classe [3].</p> <p>3.3. Classificao de suporte de tneis pelo ndice Q (Barton)</p> <p>Baseado em mais de 200 casos histricos de problemas em obras subterrneas, Barton et. al. desenvolveram esse sistema de classificao, pelo NGI- Instituto Geotcnico da Noruega. Esse ndice determinado a partir do levantamento de seus parmetros geomecnicos e calculado pela expresso: Q= (RQD/Jn) x (Jr/Ja) x (Jw/SRF), onde [1,4]: RQD (de 10 a 100); Jn= n de famlias de fraturas (de 0,5 a 20); Jr= rugosidade das paredes das fraturas (de 0,5 a 4); Ja= grau de alterao das paredes das fraturas (de 0,07 a 20); Jw= influncia da gua subterrnea (0,05 a 1); SRF= (Stress Reduction Factor), estado de tenses do macio no entorno da seo da escavao.Em suma: o macio ser classificado numa classe inferior, com valor do ndice Q reduzido, na medida em que o RQD for baixo (1); a rugosidade das paredes das fraturas for baixa, ou paredes lisas (Jr1); ocorrer uma maior quantidade de gua subterrnea na frente (Jw1), adotado quando h presena de minerais expansivos ou de macios sujeitos a fenmenos geolgicos como rockbursting [1].Em princpio, uma classificao geomecnica de macios rochosos baseado neste ndice pode ser assim expresso [1]:</p> <p>Tabela 2- Classificao pelo ndice QCLASSEIIIIIIIVVVI</p> <p>INDICE Q&gt;2010</p>

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