METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DE ESTABILIDADE DE ESCAVAÇÕES EM MEIOS DESCONTÍNUOS, A PARTIR DE TESTEMUNHOS DE SONDAGEM SEMI-ORIENTADOS

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1 METODOLOGIA PARA AVALIAÇÃO DE ESTABILIDADE DE ESCAVAÇÕES EM MEIOS DESCONTÍNUOS, A PARTIR DE TESTEMUNHOS DE SONDAGEM SEMI-ORIENTADOS Lucas Torrent Figueiredo

2 escavações subterrâneas: métodos numéricos (maciços rochosos = meios contínuos) falhas geológicas) métodos de análises cinemáticas de cunhas, Goemecânica) famílias de descontinuidades. interseção das descontinuidades) intrabloco

3 Limitações: rochoso; Análises cinemáticas, Comportamento elasto-plástico do material intrabloco é desprezado;

4 Limitações: processar códigos problemas computacionais muito / complexos, computadores que comerciais correlacionassem incapazes os de conceitos de comportamento mecânico de rochas e descontinuidades, perante esforços; Presente, Presente, reproduzir um cenário mais próximo da realidade (comportamento geotécnico de rocha e das descontinuidades); computadores comerciais mais potentes, tornando possível análises mais complexas em tempo razoável;

5 Perdas em Produtividade x Ganhos em Previsibilidade: Ideal, Classificação do maciço rochoso (por meio dos testemunhos de sondagem); furo; Orientação espacial de todas as descontinuidades interceptadas pelos furos de sondagem; Caracterização geotécnica de todas as famílias de descontinuidade; Ensaios laboratoriais de todas as famílias de descontinuidades e das rochas; Realidade, Custo relativamente alto = dificuldade de implementação; Dificuldade de adaptar a uma rotina de mina em operação;

6 dip direction) pouco variáveis, ou camadas-guia. sub-paralelas; Mesmas características genéticas (acamamento, fratura ou falha); rugosidade); Mesmas características geotécnicas (material de preenchimento, grau de alteração e rugosidade);

7 Rede estereográfica: dados de mapeamento Semi orientação: ângulos α e β (Goodman, 1976) The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. Figura 2: Imagem esquemática de um testemunho de sondagem e os ângulos α e β. Figura 1: Agrupamento de medidas de famílias de descontinuidades em rede estereográfica (Wyllie e Mah, 2004) Figura 3: Testemunho de sondagem com descontinuidades marcantes

8 CRITÉRIOS DE RUPTURA E PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DE RUPTURA E CRITÉRIOS Maciço Rochoso Critério de Ruptura: : Hoek -Brown ( Hoek et al., 1995) Hoek et al., 1995) Classificação do Maciço Rochoso: GSI (Geological Strength Index); Modelos para a rocha Descontínuos: intacta (GSI próximos parâmetros a 100), geotécnicos segundo Curran do maciço et al. rochoso (2008) próximos e et dos al. valores (2013); Azami orientações GSI = 90 espaciais para maciços pouco rochosos variáveis; com descontinuidades marcantes, persistentes e com orientações espaciais pouco variáveis; GSI = 80 para maciços rochosos em que existe a presença de descontinuidades com arranjos

9 Maciço Rochoso: Parâmetros Geotécnicos (Hoek et al., 2002) Módulo de deformação (Hoek e Diederichs, 2006)

10 Descontinuidades: Critérios de Ruptura Barton-Bandis; Mohr-Coulomb; Classificação da Descontinuidade em função: Rugosidade; Figura 4: Quadro comparativo entre descontinuidades com resistências controladas pela rocha, pelo preenchimento e mistas. Material e Grau de alteração da parede; Fator dominante (R, M, L); Espaçamento. Figura 5: Figura esquemática do processo de aplainamento de descontinuidades rugosas quando submetidas a grandes tensões.

11 Descontinuidades: Parâmetros Geotécnicos Ângulo de Atrito Básico do material de preenchimento (ɸ b ): Tilt Test; Ensaios de Laboratório (cisalhamento direto); Bibliografia. Ângulo de Atrito Residual do material de preenchimento (ɸ r ): Barton e Choubey (1977) Barton (2002) Coesão (c) Resistência à compressão uniaxial da parede da descontinuidade (JCS): Ensaios de Laboratório (cisalhamento direto); Bibliografia. Barton e Choubey (1977) Rugosidade Grau de Alteração Jr (Barton) JRC (Barton e Bandis) Ja (Barton) Ábaco padrão ISRM (1981) Tse e Cruden (1979)

12 Descontinuidades: Resistência a compressão uniaxial (σ c ) Módulo de deformação (E) Martelo de Schmidt (R e r) Ensaios Lab. X Equações Empíricas *Equações de Barton e Choubey (1977) também usam valores de R e r Figura 6: Influência da alteração de quartzo e sericita na resistência à compressão uniaxial em amostras de andesito a fosforito (Hoek, 2001). Coeficientes de Rigidez Kn e Ks Goodman et al. (1968), Barton (1972); Barton et al. (1983). * Persistência obtida por meio de mapeamentos Figura 7: Regressão linear para valores de "r/r" em função de valores para rocha sã (Ja=1) e rocha alterada (Ja=4) (Figueiredo, 2016).

13 ANÁLISES DE ESTABILIDADE Análise cinemática de cunhas : primeira abordagem, ponto de partida para a determinação do arranjo para a contenção selecionada Figura 8: Imagem do software Unwedge,, com cunhas hipotéticas formadas ao redor de uma escavação (Curran et al.,2004). OBS: interpretação dos resultados em função do Fator de Segurança da cunha.

14 Análise numérica: interação entre as tensões induzidas ao redor das escavações e o comportamento deformacional da rocha e de cada descontinuidade presente no maciço rochoso Figura 9: Análise por elementos finitos, em meios descontínuos, com a inserção das descontinuidades presentes no maciço rochoso e suas respectivas orientações espaciais e resistência ao cisalhamento (Figueiredo, 2016). OBS: interpretação dos resultados em função dos deslocamentos induzidos no entorno das escavações, pelo SRF (Shear Strength Reduction), pelas tensões limites, dentre outros.

15 CONCLUSÕES A metodologia atinge o seu objetivo principal: obtenção do máximo de informações possíveis de testemunhos de sondagem semi-orientados, para análise de estabilidade das escavações em meios descontínuos rica em detalhes Semi-orientação dos testemunhos de sondagem: alternativa de custo muito baixo em relação aos métodos comerciais de orientação de testemunhos sem perda na produtividade na atividade de sondagem. Parâmetros geotécnicos: obtidos de forma econômica e otimizada, por meio de correlações entre dados empíricos, bibliografia, ensaios de laboratório existentes e ensaios expeditos, como o ensaio o do Martelo de Schmidt e tilt-test Complexidade do maciço rochoso refletida: possível distinguir as orientações espaciais e resistências ao cisalhamento de cada descontinuidade;

16 Mecanismo de ruptura reproduzido de maneira mais realista, aumentando a chance de uma interpretação mais correta do risco de ruptura e de soluções otimizadas de estabilização; Análises por meios equivalentes contínuos geram resultados em formas mais arredondadas e com baixa definição das zonas de deformações ao redor da escavação; A metodologia deve ser aplicada com cautela (calibração contínua dos parâmetros geotécnicos e modelos constitutivos); Parâmetros geotécnicos pós-pico devem ser estudados, através de instrumentações e retro análises; Estudos sobre solicitações cortantes e axiais em cabos e tirantes também podem ser melhor estudadas através dos modelos descontínuos, já que se torna possível avaliar movimentos relativos entre blocos delimitados pelas descontinuidades presentes no maciço rochoso.

17 Muito Obrigado!

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