Post on 17-Apr-2015
PRINCÍPIOS E COMPORTAMENTO DO ENCHIMENTOEM REALCES VERTICALIZADOS
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Rede Ibero-americana “Meio Ambiente Subterrâneo e Sustentabilidade” MASyS, 2010 - 2013
Argentina, Bolívia, Brasil, Chile, Cuba, Equador, Espanha, México, Perú, Portugal y Venezuela
CYTED
Area-3
FELIPE DE BRITO PEREIRAEngenheiro de Minas - Geotécnico, AngloGold Ashanti – Mina Cuiabá.
Dr. RODRIGO PELUCI DE FIGUEIREDOProfessor Associado, Depto. De Eng. De Minas – Universidade Federal de Ouro Preto.
Objetivo
O presente trabalho visa: Estudar as características dos diversos tipos de enchimento utilizados em minas subterrâneas, por meio de uma revisão bibliográfica do assunto. Estudar diversos modelos analíticos para o comportamento do enchimento hidráulico. Elaboração de modelo numérico para comparação com modelos analíticos. Verificar a eficiência do enchimento em escavações subterrâneas e a interação com a rocha encaixante.
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Introdução
Produção Mineral de minas à ceu aberto (verde) e subterrâneas (vermelho). (Atlas Copco, 2008)
Revisão Bibliográfica
Lavra de Mina Subterrânea
Suporte por Pilares Naturais
Subdivisão dos métodos de lavra subterrânea com associações as resposta do maciço rochoso. (Adaptado de Brady & Brown, 2004)
Lavra por corte e aterro
Ciclo operacional padrão do método do corte e aterro ascendente
Lavra por corte e aterro
Visão esquemática de um realce de corte e aterro, ilustrando a situação onde se faz necessário o desenvolvimento de uma
chaminé central (Brady & Brown, 2004).
Exemplo de barreiras
Enchimento
Princípais materiais de enchimento:
•Rejeitos da planta processamento mineral, muitas vezes utilizado com adicional de cimento;•Rejeito da planta de processamento, porém ciclonado para eliminação de finos; •Areia natural; •Agregados de mineração, estéreis provenientes do desenvolvimento mineiro;• Agentes ligantes de vários gêneros
Enchimento hidráulico
Rejeito da planta (ciclonado); % sólidos (massa) = (50 – 70)
%; Fluxo turbulento ao longo dos
dutos; Propriedades mecânicas
semelhante ao solo.
Paste Fill
Rejeito da planta, raramente ciclonado
% sólidos = (75 -88)% Matriz não permeável Fluxo laminar nos dutos
Outras variedades
Rock Fill Cemented Rock Fill (CRF) Concrete Fill Ice Fill
Enchimento
Parâmetros de resistência típica para o enchimento hidráulico cimentado em diferentes proporções (Thomas el al., 1979)
Propriedades Mecânicas
Resistência ao
Cisalhamento
Proposta de estudo
Modelos Analíticos
Modelo de Marston (1930) Coeficiente de empuxo ativo; Nas formulações considera se o ângulo de atrito interno e o
ângulo atrito entre enchimento e rocha encaixante. Modelo de Terzaghi (1943)
Coeficiente de empuxo de Terzaghi; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre
enchimento e rocha encaixante. Modelo de Marston modificado (Aubertin et al. 2003)
Coeficiente de empuxo passivo, residual e ativo; Ângulo de atrito do enchimento = Ângulo atrito entre
enchimento e rocha encaixante.
Modelos Analíticos
Ilustração do efeito arco em um realce preenchido com
enchimento (Adaptado de Belem, 2008).
Representação das forças em uma camada da coluna de
enchimento em um realce.(Li, L. et al., 2003)
Modelos Analíticos
Coeficientes de empuxo
: Em seqüência temos: (esquerda) condição que corresponde ao coeficiente de empuxo ativo; (centro) condição geostática na qual se
aplica o coeficiente de empuxo no repouso e (direita) condição correspondente ao coeficiente de empuxo passivo. (Potvin et al., 2005)
Modelo Numérico
Phase 2, Rocscience
Representação esquemática de um modelo de elementos finitos (Brady and Brown, 1985).
4. Metodologia
1. Verificação do comportamento do enchimento hidráulico em diversas situações através do modelo analítico, compilando os, em gráficos;
2. Estudo por modelagem numérica das situações tratadas analíticamente;
3. Análise comparativa dos resultados.
5. RESULTADOS
Resultados Analíticos
Modelo de Marston (1930)
Propriedade Representação
Peso específico 18 kN/m³
Ângulo de atrito
interno25 graus
Coluna de
Enchimento40 m
Resultados Analíticos
Influência da largura do realce
Propriedade Representação
Peso específico 18 kN/m³
Ângulo de atrito
interno25 graus
Coesão do
enchimento0 kPa
Altura do realce 40 m
Marston mod. : Kp ~ ∆ 89%
Kr ~ ∆ 72%Ka ~ ∆
50%Terzaghi (1943): K ~ ∆ 63%
Resultados analíticos
O efeito arco se manifesta completamente apartir do momento em que a coluna de enchimento for superior ou igual à largura do realce
em estudo (Potvin et al., 2003).
Propriedade Representação
Peso específico 18 kN /m³
Ângulo de atrito
interno25 graus
Coesão do
enchimento0 kPa
Resultados Analíticos
Influência da altura da coluna de enchimento
Resultados Analíticos
Influência dos parâmetros do enchimento
𝐹𝑎𝑡𝑜𝑟 𝐸= 1000∗𝑐∗𝑡𝑎𝑛𝜙ℎ∗𝛾 ൨
Situações com baixo ângulo de atrito entre as superfícies resultam em elevadas tensões (efeito arco inferior) e elevados valores do parâmetro promovem baixos esforços (maior efeito arco). (Li et al., 2004)
Coesão
Ang. de atrito
Resultados Numéricos
Resultados Numéricos
Encaixante Minério Enchimento
Resistência à
compressão
uniaxial (Mpa)
65 167 0,3
Peso
específico
(MN/m³)
0,028 0,031 0,018
Módulo de
deformação
(GPa)
20 50 0,5
Poisson 0,2 0,2 0,3123
Parâmetros de Hoek & Brown
mb 2,876 14,686 0,0067
s 0,1084 0,1084 0,000026Parâmetros utilizados para modelagem
numérica. (Barbosa, E. S., 2008)
Resultados Numéricos
Resultados Numéricos
Encaixant
e A
Encaixant
e B
Propriedades
Elásticas
Condição
elástica IsotrópicoIsotrópico
Young 20 Gpa 54 Gpa
Poisson 0.23 0.23
Parâmetros de
resistência (Hoek -
Brown)
RCU da rocha
intacta65 Mpa 260 MPa
mb (pico) 2.876 18
s (pico) 0.0117 1
Influência da deformação da rocha encaixante na distribuição de esforços ao longo da coluna de enchimento.
Resultados Numéricos
Influência do enchimento na deformação total
Situação
Com enchimento Sem enchimento
Deformação total (último estágio
de lavra)
0,01557750m
0,01888400 m
Resultados Numéricos
Influência do material de enchimento no Fator de Segurança ao longo da rocha encaixante
Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos
Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos Distribuição dos esforços ao longo da largura do realce.
Correspondência dos Resultados analíticos e numéricos Variação do coeficiente de empuxo K para diferentes coordenadas
ao longo da largura do realce.
Conclusões Grande variedade de materiais de enchimento; Aplicação de modelos analíticos para análise preliminar de projetos; Resultados analíticos sub estimado em relação resultados computacionais; Coeficiente de empuxo próximo a um, para coordenadas centrais na largura do
realce.
(a) restrição cinemática para blocos periféricos; (b) forças resistentes mobilizadas localmente em rochas fraturadas (empuxo ativo); (c) suporte global devido à compressão do enchimento (empuxo passivo) em decorrência da convergência das paredes (Brady & Brown, 2004).
Referências
Aubertin, M., Li, L., Arnoldi, S., Belem, T., Bussière, B., Benzaazoua, M., Simon, R. (2003). Interection between backfill and rock mass in narrow stopes. In P.J. Culligan, H.H. Einstein, A.J. Whittle (eds), Soil and Rock America 2003, vol. 1, pp. 1157-1164.
Brady, B. H. e Brown, E. T. (2004). Rock Mechanics for underground mining. 2a Edição. Londres: Allen and Unwin.
Li, L., Aubertin, M., Simon, R., Bussièrre, B., Belem, T. (2003) Modelling arching effects in narrow backfilled stopes with Flac. Balkema, Rotterdam.
Li Li, Aubertin, T., Belem, T., Simon, R., James, M., Bussière, B. (2004). A 3D analytical solution for evaluating earth pressures in vertical backfilled stopes. 57th Canadian Geotechical Conference. Géo Québec.
Potvin, Y., Thomas, E. G., Fourie, A. B.( 2005). Handbook on Mine Fill, ACG Australian Center for Geomechanics, CSIRO, Curti University, University of WA Joint Venture,.
OBRIGADO
Realce Corte e Aterro Mina Cuiabá – AngloGold Ashanti
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Contato: felipedbp@hotmail.comfbpereira@anglogoldashanti.com.br