Rem: Revista Escola de Minas

ISSN: 0370-4467

editor@rem.com.br

Escola de Minas

Brasil

Caldeira Silva, Carolina Helena; Sabino Lana, Milene; Pereira, Luana Cláudia; Conceição Lopes,

Manoel da

Estabilidade dos taludes da Cava Cachorro Bravo com base em modelagem numérica por elementos

finitos

Rem: Revista Escola de Minas, vol. 61, núm. 3, julio-septiembre, 2008, pp. 323-327

Escola de Minas

Ouro Preto, Brasil

Disponível em: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=56416454010

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Projeto acadêmico sem fins lucrativos desenvolvido no âmbito da iniciativa Acesso Aberto

323REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 61(3): 323-327, jul. set. 2008

Carolina Helena Caldeira Silva et al.

AbstractThis work presents a slope stability analysis in

Córrego do Sítio mine, that belongs to Anglo GoldAshanti Group. The mine is situated in the northwesternportion of the Quadrilátero Ferrífero. Deformedmetamorfic rocks and significant discontinuities occurin this place, leading to geomechanical problems. Theobjectives of this study were to analyze failuremechanisms that occurred in the Cachorro Bravo openpit in 2003, and to evaluate the pit stability in 2006, bysimulating the mining excavation effects along thisperiod. The software Phase²6.0 of Rocsciense (Canada),which models the rock mass using the finite elementmethod, was used. The results were satisfactory,reproducing the situation observed in the field andindicating the need for new studies to evaluate the longterm slope stability.

Keywords: Failure mechanisms, buckling, weathering,slope stability.

Mineração

Estabilidade dos taludes da Cava CachorroBravo com base em modelagem numérica

por elementos finitos(Sope stability of Cachorro Bravo open pit through numerical

modeling by finite element method)

Carolina Helena Caldeira SilvaMestranda, PPGEM, DEMIN, UFOP. E-mail: carolcaldeiras@uai.com.br

Milene Sabino LanaProfessor Adjunto, DEMIN, UFOP. E-mail: milene@demin.ufop.br

Luana Cláudia PereiraGraduando, Engenharia Ambiental, UFOP. E-mail:lcpamb@yahoo.com.br

Manoel da Conceição LopesMestre, PPGEM, DEMIN, UFOP. E-mail: manoellopes@uai.com.br

ResumoEsse trabalho apresenta a análise da estabilidade de

um talude da Mina Córrego do Sítio, que pertence aoGrupo Anglo Gold Ashanti, e encontra-se inserida naporção nordeste do Quadrilátero Ferrífero. No local, ocor-rem rochas metamórficas deformadas, com significativasdescontinuidades que ocasionam problemas geotécni-cos. Os objetivos do estudo foram analisar os fenôme-nos de ruptura observados na Cava Cachorro Bravo, em2003, e avaliar a estabilidade dos taludes da cava, em2006, a partir da simulação da evolução da lavra nesseperíodo. Para tal, utilizou-se um modelo computacional,por meio do software Phase²6.0 da Rocsciense (Canadá),que permite a modelagem do maciço através do métododos elementos finitos. Os resultados mostraram-se satis-fatórios, reproduzindo a situação observada em campo eindicando a necessidade de novos estudos para avalia-ção da estabilidade dos taludes a longo prazo.

Palavras-chave: Mecanismos de ruptura, flambagem,alteração, estabilidade de taludes.

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Estabilidade dos taludes da Cava Cachorro Bravo com base em modelagem numérica por elementos finitos

1. IntroduçãoNo Quadrilátero Ferrífero, estudos

de estabilidade de taludes em filitos sãode grande relevância, já que essas ro-chas metamórficas se encontram defor-madas, com descontinuidades estrutu-rais que determinam importantes meca-nismos de ruptura, além de grau de alte-ração acentuado, fatores que ocasionamdiversos problemas geotécnicos.

Alguns estudos evolvendo análi-ses de estabilidade de taludes em filitostêm sido realizados na região do Quadri-látero Ferrífero; destacam-se: Lopes(2006), Figueiredo e Aquino (2005),Ferreira (2004), Pinheiro (2002), Fernandes(2000).

Nesse trabalho, foi abordado o es-tudo de mecanismos de ruptura de umtalude em filito na Cava Cachorro Bravo,Mina Córrego do Sítio, do Grupo AngloGold Ashanti, situada a aproximadamen-te 20 km do município de Santa Bárbara-MG, cujas cavas são constituídas porfrentes de lavra de minério oxidado deouro.

As rochas em estudo constituem-se de filitos associados a metagrauvaca,intercalados por diques de rocha básica.A ocorrência de dobramentos, fratura-mento acentuado em algumas áreas, e oclima tropical úmido conduziram à for-mação de rochas de baixa resistênciamecânica.

Foram realizadas análises de ten-são-deformação do talude. O programaPhase², versão 6.0, da Rocscience, ba-seado no método dos elementos finitos,foi empregado nas análises.

Numa primeira situação, foi utiliza-da uma seção da Cava Cachorro Bravo,correspondente ao talude escavado em2003. O objetivo dessa análise foi avaliara importância relativa dos diversos pa-râmetros de entrada do modelo e realizarretroanálises desses parâmetros, combase na ruptura ocorrida na época.

Numa segunda situação, foi utiliza-do um perfil mais atual (2006), resultante

da escavação da rocha, para retirada dominério de interesse. A estabilidade dostaludes a longo prazo foi avaliada; osdados de resistência utilizados levaramem consideração a alterabilidade da ro-cha.

2. Mecanismos deruptura na CavaCachorro Bravo

Em julho de 2003, ocorreu uma rup-tura por flambagem (“buckling”) ao lon-go da superfície de foliação, próximo aopé de um talude na Cava Cachorro Bra-vo, ver Figura 1. Esse fenômeno ocorreuem nível de bancada.

O fenômeno de flambagem ocorrequando as descontinuidades mergulhamno sentido da face do talude, com ummergulho maior que o mergulho da face.Essas condições estavam presentes paraa superfície de foliação nos taludes debancada na Cava Cachorro Bravo.

Também foi observada, na época,uma ruptura de razoáveis proporções emCachorro Bravo, envolvendo vários ban-cos, como mostra a Figura 2.

2.1 Modelagem numéricados mecanismos de ruptura

Nesse estudo, foi utilizado o mé-todo de elementos finitos, através doprograma Phase26.0, da Rocsciense(Canadá).

Na seção fornecida pela empresacom a geometria do modelo, foram inse-ridas, manualmente, as descontinuida-des de foliação, com mergulho de 61° edireção paralela à face do talude, corres-pondente à sua atitude média. O objeti-vo era reproduzir, o mais fielmente possí-vel, o mecanismo de ruptura por flamba-gem, cujo deslocamento total aproximadoobservado em campo foi de 0,4m na placaonde ocorreu a flambagem (Figura 1).

3. Resultados ediscussão

O estudo de estabilidade foi reali-zado para duas situações distintas en-volvendo um talude da Cava CachorroBravo. Na primeira, foi utilizada uma se-ção que corresponde à geometria da cavaem 2003 (Figura 3), como citado anterior-mente. Na segunda situação, foi utiliza-

Figura 1 - Ruptura por flambagem em talude da Cava Cachorro Bravo.

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do um perfil mais atual (2006), resultanteda escavação da rocha em direção à cavafinal.

O carregamento utilizado foi devi-do a um campo inicial de tensões gravi-tacionais, variando-se o valor das ten-sões horizontais, até que fosse obtidoum bom ajuste com os valores de deslo-camento observado em campo, ou seja,de 0,4m na placa onde ocorreu a flamba-gem. Isto ocorreu para tensões horizon-tais médias 1,5 vezes maiores que as ten-sões verticais.

As dimensões da malha gerada nomodelo seguiram, inicialmente, as reco-mendações de Sjöberg (1999), ou seja, omodelo foi estendido em 2 vezes a alturatotal do talude e 4 vezes a largura. Poste-riormente, a partir dos resultados da si-mulação, verificou-se a necessidade deexpandir as dimensões da malha; a altu-ra passou a ser em torno de 8 vezes aaltura total do talude e a largura se man-teve.

O modelo constitutivo elasto-plás-tico de Mohr-Coulomb foi utilizado paraa resistência dos materiais, no caso fili-tos com intercalações de rocha básica(Figura 3). As propriedades mecânicas eos parâmetros de deformabilidade utili-zados na modelagem, como ponto departida para as análises, foram obtidosde relatórios internos da empresa, da-dos de laboratório e literatura técnica(Hoek & Brown, 1997; Hoek et. al., 2002;Figueiredo & Aquino, 2005). Esses parâ-metros sofreram ajustes durante a mo-delagem para melhor representar a situa-ção de campo, em termos de desloca-mentos.

Na segunda situação simulada, cor-respondente à geometria da cava em2006, foram utilizados parâmetros de re-sistência de filitos alterados, obtidosatravés da realização de ensaios de ci-clagem (Lopes, 2006), no intuito de ana-lisar o comportamento do talude medi-ante a atuação de processos intempéri-cos, visando à simulação da estabilida-de a longo prazo dos taludes finais decava.

Os valores de coesão e ângulo deatrito, mostrados na Tabela 1, foram uti-lizados como dados de entrada para ofilito.

Os resultados da simulação, para aprimeira situação, são apresentados naFigura 4. Observa-se um deslocamentototal em torno de 0,4 m, como observadoem campo. A superfície de ruptura en-contrada na análise é relativamente pró-xima da superfície global de ruptura, ma-peada em campo. A ruptura por flamba-

Figura 2 - Ruptura ocorrida na Cava Cachorro Bravo, envolvendo vários bancos.

Figura 3 - Modelo computacional para a análise.

Tabela 1 - Parâmetros de entrada (c e φ).

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gem foi verificada como sendo um modode ruptura local, na área em estudo, ocor-rendo em nível de bancada (altura de 6me berma de 3 m), havendo separação dasplacas rochosas, como pode ser obser-vado na Figura 1. Ainda no que diz res-peito a esta ruptura, verifica-se, pela Fi-gura 5, uma alta concentração de pontosde tração na região em que ocorreu aruptura, o que pode ser corroborado emcampo pela presença de significativasfendas de tração próximas às cristas dosbancos.

Simulando-se uma situação de cavafinal (seção de 2006) e utilizando-se osparâmetros da rocha alterada (c e φ),pode-se observar que a ruptura é bemmaior, apresentando um deslocamentototal de 3,6 m, como pode ser visto nasFiguras 6 e 7. Na modelagem dessa situ-ação, verificou-se que não houve con-vergência dos deslocamentos, situaçãode visível colapso global do talude. Issofoi considerado como uma indicação deque a estabilidade do talude a longo pra-zo vai diminuir consideravelmente e rup-turas de grandes dimensões poderãoocorrer.

4. Consideraçõesfinais

As análises de estabilidade de ta-ludes na região do Quadrilátero Ferrífe-ro são importantes, devido aos inúme-ros problemas geotécnicos encontradosnessa área. A análise da ruptura ocorridana Cava Cachorro Bravo permitiu razoá-vel compreensão do comportamento domaciço frente ao mecanismo de ruptura,por ora de forma preliminar, podendoservir de ponto de partida para estudosmais aprofundados sobre o mecanismode ruptura em Cachorro Bravo e em ou-tras áreas da mina que apresentem pa-drões semelhantes. Os resultados encon-trados, através da utilização do softwarePhases² 6.0, mostraram-se satisfatórios,uma vez que reproduziram as condiçõesverificadas em campo, na época da rup-tura em 2003. Os resultados obtidos, paraa situação da cava em 2006, evidencia-ram indícios de ocorrência futura de rup-turas de grandes dimensões, que devem

Figura 4 - Deslocamento total em 2003.

Figura 5 - Região de tracionamento.

Figura 6 - Possível superfície de ruptura para simulação de cava final.

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Carolina Helena Caldeira Silva et al.

ser verificadas por estudos mais apro-fundados, a partir da introdução de pa-râmetros de entrada mais precisos namodelagem numérica.

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Artigo recebido em 27/06/2007 e aprovado em 01/03/2008.