Escavações Subterrâneas - Introdução MIN225
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Escavações Subterrâneas
DEMIN/EM/UFOPMIN 225
Estabilidade de Escavações Subterrâneas
Introdução
Prof. José Margarida da Silva
Antônio Carvalho Filho
Fev 2010
Sumário
• Geomecânica
• Segurança Estrutural
• Segurança Ambiental
• Princípios éticos de extração
• Mecânica das Rochas
• Definições e terminologia
Introdução: Geomecânica
• Estuda o comportamento de todos os materiais presentes na crosta terrestre.
• Mecânica das Rochas: estuda o comportamento dos maciços rochosos em relação a forças externas; na mineração: escavações.
• Mecânica dos Solos, Geologia de Engenharia,...
Introdução
Trabalhos em minas subterrâneas - grandes aspectos de segurança:
• segurança estrutural (técnica) das aberturas, envolvendo tetos, pisos, paredes e pilares;
• segurança ambiental, que se refere à criação e manutenção de um ambiente de trabalho confortável e adequado à execução das tarefas pertinentes ao empreendimento.
• A preocupação ambiental, em sentido amplo, inclui a preocupação com a segurança.
Princípios éticos fundamentais
• Segurança,
• Economia,
• Bom Aproveitamento das Jazidas.
Princípio da Segurança
• mina é complexo técnico-econômico onde trabalham homens, mas que exige investimentos muito vultosos sob a forma de equipamentos e de estruturas que têm de ser criadas para dar acesso aos locais de onde os minérios são retirados e para o desenvolvimento desses mesmos trabalhos de retirada.
• Todos estes investimentos têm que ser, a seu tempo, recuperados.
• Tanto os equipamentos como as próprias estruturas de apoio não podem estar à mercê de acidentes que comprometam a recuperação dos correspondentes investimentos.
Princípio da Economia
Mineração: • atividade industrial - obrigatoriedade de produzir a
preços de custo inferiores aos correspondentes às cotações dos seus produtos num mercado cada vez mais de âmbito mundial.
• Indústria pesada - grande inércia, que impõe longos prazos de restituição aos elevados capitais que obriga a investir, a indústria mineira, para ser atrativa aos investidores, tem que oferecer boas ou, pelo menos, razoáveis perspectivas de lucro.
• Produção mineral deve ser conseguida aos preços mais baixos possíveis, o que se reflete na obrigatoriedade de otimizar o custo do processo produtivo mineiro em todos os seus complexos pormenores.
Princípio do Bom Aproveitamento das Jazidas
• Jazidas minerais não são renováveis à escala temporal da vida humana nem mesmo à escala temporal da Humanidade.
• Explotá-los representa a destruição de um capital que não pode ser reposto. Ao contrário de se tentar obter, por reciclagem, produtos minerais anteriormente extraídos e já utilizados, há que minimizar a delapidação dos recursos minerais naturais.
• Importa, então, otimizar a recuperação das substâncias minerais das jazidas, de modo que as frações destas, que agora não sejam explotadas, não fiquem em condições tais que impossibilitem a recuperação futura.
Princípios Éticos
• A situação do melhor ponto de equilíbrio entre as exigências dos três Princípios Fundamentais tem, porém, variado ao longo dos tempos, de acordo com a valorização relativa dada pelo Homem aos diversos fatores considerados importantes para si e para a Humanidade.
Mecânica de Rochas
• A Mecânica de Rochas está relacionada com as propriedades mecânicas e o comportamento das rochas, isto é, como a rocha responde quando sujeita a um campo de forças.
• Este campo pode ser induzido pela escavação de uma abertura produzida por meios mecânicos.
• Isto é de fundamental importância em mineração porque a rocha é o principal material de construção e também o principal produto do processo de escavação.
Mecânica de Rochas
• Engenharia de Minas: interessada no comportamento mecânico do maciço rochoso quando se realizam escavações no mesmo, isto é, parte deste é aliviado.
• Engenharia Civil: interessada nas modificações que se introduzem quando o maciço é carregado pela presença de uma barragem, edifício etc.
• Esses problemas quase opostos podem ser equacionados conforme:
• quais as tensões atuantes no maciço original?• quais as alterações das tensões introduzidas pela
escavação ou obra?• qual o efeito das condições geológicas mais complexas?
Mecânica de Rochas
• A rocha constitui um caso particular de material de engenharia.
• Nas construções com materiais artificiais, a resistência dos materiais é composta em função das necessidades de resistência aos esforços que lhe serão aplicados.
• Já na rocha, a resistência lhe é intrínseca e as tensões existem independentemente de outras cargas externas que lhe sejam aplicadas.
• Diante desta limitação e mais os custos proibitivos em que incorreria obter-se um projeto de construção pronto na prancheta, existirão fases de projeto, e mesmo de produção, que serão ajustadas à realidade do maciço rochoso.
Mecânica das Rochas
Estabilidade das escavações subterrâneas:• se os maciços rochosos têm determinadas
características de resistência;• se as aberturas possuem certas formas
geométricas e não excedem determinadas dimensões.
Mesmo em tais casos, deve ser considerado:• a expansão da rocha no sentido dos vazios, • devido às respectivas características reológicas,
as deformações correspondentes processam-se, em grande parte, ao longo do tempo.
Mecânica das Rochas• Ações de suportes artificiais e de revestimentos
das cavidades podem ser muito variadas, dependendo dos tipos de solicitações que sobre eles exercem os terrenos.
Solicitações:• que resultam de simples ações de peso do
material descomprimido, correspondente às zonas aliviadas de tensões da vizinhança dos vazios – em geral, susceptíveis de serem controladas,
• que provêm diretamente dos campos de tensões instalados - controladas, em regra, quando os campos de tensões, instalados nos terrenos antes da abertura das cavidades, têm intensidades reduzidas.
Mecânica das Rochas
• Indispensável conhecimento do intervalo de tempo durante o qual se pretende que escoramentos ou revestimentos exerçam convenientemente suas funções.
• Desse tempo depende, geralmente, a importância da deformação dos terrenos a que se aplicam e, portanto,a intensidade máxima das reações que têm de suportar.
Definições; terminologia
• “escoramento” ou “sustentação” - engloba uma série de técnicas que utilizam elementos de madeira, metálicos ou de concreto (armado ou não), destinados a aumentar a segurança de cavidades.
Definições; terminologia
Sistemas de escoramentos: • desde simples elementos isolados
(destinados a segurar blocos individualizados) até revestimentos completos da periferia dos vazios (se a rocha que os circunda é pouco coerente ou se encontra muito fraturada).
• Rock support: elementos externos;
• rock reinforcement: elementos internos.
TerminologiaEstrutura
todo arranjo espacial de elementos físicos, compostos de qualquer material, capaz de resistir a esforços solicitantes em um horizonte previsto de tempo, com um dado fator de segurança e sofrendo deformação entre limites pré-determinados;
Terminologia
Dimensionamento de uma estrutura: definição das dimensões elementos que a compõem, para que possam resistir aos esforços solicitantes, conhecendo-se:
• os valores destes esforços,• os limites aceitáveis de deformação, • o tempo previsto de sua utilização,• o fator de segurança desejado ou
considerado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Ayres da Silva, L. A. 1993. Mecânica de Rochas Aplicada à Mineração.
Apostila da Pós-graduação. Escola Politécnica da USP• Ayres da Silva, L. A. & Hennies, W. T. 1988. Abertura de Vias
Subterrâneas - Escoramento em Vias Subterrâneas. EPUSP. 73 p.• Hennies, W. T. & Ayres da Silva, L. A. 1970. Mecânica de Rochas
Aplicada à Mineração. EPUSP.• Mello Mendes, F. 1996. A Segurança Estrutural em Engenharia de
Minas. Geotecnia. Sociedade Portuguesa de Geotecnia. n.º 74, p. 1 - 13.
• Bieniawski, Z. T. 1984. Rock Mechanics Design in Mining and Tunnelling. Balkema. Rotterdam, pp. 1-4.
• Goodman, R. E. 1980. Introduction to Rock Mechanics. John Wiley & Sons, pp. 97 e 211.
• Stacey, T. R.; Page, C. H. 1986. Practical Handbook for Underground Rock Mechanics. Trans Tech Publications, 144 pp.
• Bieniawski, Z. T. Design Methodology in Rock Engineering. Balkema. 1992.
• Hudson e Harrison. Engineering Rock Mechanics. Pergamon. 2007.• Villaescusa e Potvin. Ground Support in Mining & Underground
Construction.Balkema. 2004.• Chang-Yu Ou. Deep excavation. Taylor & Francis. 2006.