Monitoramento de maciços

MIN 225

Prof José Margarida da Silva

Janeiro/2008

Sumário

• Conceitos Básicos

• Objetivos e premissas

• Monitoramento de tirantes

• Monitoramento de deslocamentos no maciço

• Estudos de Caso

• Referências

ConceitosO que pode ser monitorado numa mina subterrânea: • ruptura da rocha no contorno da escavação; • movimento ao longo de uma descontinuidade; • deslocamento relativo entre dois pontos no contorno da

escavação (convergência);• deslocamentos no interior do maciço, fora do contorno

da escavação; • deslocamentos da superfície (subsidência); • mudança da inclinação de um furo (desvio); • nível de água, pressões neutras; • mudanças (variações) de tensões (num pilar, por

exemplo); • pressões normais e de água no enchimento;• deformação do material de enchimento; • eventos sísmicos; velocidades de propagação de ondas.

Conceitos

• registro contínuo ou periódico de grandezas físicas importantes à verificação da estabilidade das cavidades subterrâneas -> medição -> instrumentação

• parte fundamental do dimensionamento racional de uma malha de atirantamento;

• aferição e otimização do modelo proposto,• detecção de problemas no comportamento das

ancoragens,• defeitos de instalação,• controle de qualidade dos materiais utilizados.

Projeto de monitoramento

Fatores no projeto de monitoração• conhecimento geológico detalhado dos locais

instrumentados, associado ao conhecimento da geologia regional do maciço.

• simplicidade dos instrumentos empregados, tanto no que tange à operação quanto à manutenção dos mesmos.

• minimização de sua interferência com as frentes de produção, para que não haja um aumento inaceitável dos custos operacionais.

Projeto de monitoramentoCaracterísticas de um sistema de

monitoração: • facilidade de instalação; • adequada sensitividade, • reproducibilidade; • robustez, durabilidade; • facilidade de leitura; • mínima interferência com operações de

produção.

Sistema de monitoramento

Componentes de um sistema de monitoração: • unidade de leitura (conversão dos dados para

uma forma possível de utilização); • sensor (mudanças na variável monitorada); • sistema transmissor (transmissão da saída do

sensor para a unidade de leitura - hastes, cabos elétricos etc).

• Fases: a detecção, a transmissão e a leitura.

MONITORAÇÃO DAS ANCORAGENS

• testes de perfurabilidade da rocha,• arrancamento da ancoragem (pull test),• controle de carga dos tirantes ao longo do

tempo.

PERFURABILIDADE• posição e direção dos furos deve corresponder

exatamente à posição prevista no plano de atirantamento.

• O comprimento e o diâmetro do furo deverão estar rigorosamente dentro das especificações.

Arrancamento (Pull test)

• medição da resistência da ancoragem, através de um teste no qual o deslocamento do dispositivo de ancoragem é medido como função da carga aplicada ao tirante, o que resulta na obtenção de uma curva carga – deslocamento;

• número mínimo de cinco testes são requeridos para um mesmo maciço e condições de instalação específicas;

• testes são destrutivos.

Teste de arrancamento

• Aplicação de cargas crescentes ao tirante, medindo-se as correspondentes deformações, até que a carga produza um deslocamento maior que 40mm ou o escoamento ou ruptura da haste.

• Leituras de carga e deslocamento em incrementos de 500 kgf ou 5mm de deslocamento (o que ocorrer primeiro);

• velocidade de aplicação de carga na faixa de 500 - 1000Kgf/min.

• resultado do teste - gráfico carga x deslocamento.

Perda de Protensão

• queda de protensão é conseqüência de vários fenômenos, como:

• - escorregamento do dispositivo de ancoragem (ocasionado por ancoragem mecânica puntual em rochas brandas, vibrações causadas pelo desmonte, fluência da rocha, corrosão etc);

• - instalação inadequada.Monitoração da tração deve ser feita em aproximadamente

um tirante em cada 10 do sistema de sustentação. Equipamento: célula de carga. As células de carga podem

ser mecânicas, elétricas, fotoelásticas.

Perda de Protensão

• Uma leitura deve ser feita imediatamente após a instalação e algumas horas depois.

• Nas vizinhanças de uma face de desmonte as leituras devem ser feitas em intervalos de horas.

• Em outros casos onde a variação é pequena (“áreas inativas”), as leituras devem ser feitas em intervalos da ordem de dias ou meses.

MONITORAÇÃO DO MACIÇO

• avaliação do sistema de suporte (atirantamento) como um todo;

• os deslocamentos medidos devem apresentar tendência de estabilização com o tempo;

• medições de deformações são mais fáceis e mais baratas.

Convergência

• instalação de pinos em pontos selecionados no piso, teto e paredes laterais da galeria.

• Cada par de pinos, diametralmente opostos, constitui uma base de medição;

Extensometria

• medição do deslocamento relativo entre um ponto no interior do maciço e um ponto no perímetro escavado;

• aplicação de extensômetros simples ou múltiplos.

Extensômetro elétrico• filme metálico, com a função de micro-resistência

elétrica, montados em uma película de material eletricamente isolante.

• Sensor, firmemente aderido à superfície de um corpo, acompanha as micro deformações ocorridas, acusando-as através das variações de resistência elétrica do filme metálico.

• Deformações ocorridas na superfície do corpo de prova são muito pequenas - > variações de resistência elétrica dos extensômetros também serão muito pequenas.

• Para contornar o problema da leitura de pequenas variações na resistência elétrica dos extensômetros, os aparelhos de leitura utilizam Ponte de Wheatstone (basicamente possui quatro resistores, sendo ligados em série dois a dois e posteriormente ligados em paralelo).

• Fazendo-se a conexão do extensômetro na Ponte de Wheatstone pode-se medir com grande precisão pequenas variações em sua resistência elétrica.

Exemplos de MonitoramentoTeste de arrancamento de tirantes e cabos na Mina do Moinho,

Portugal• Couto (2002): determinação da capacidade de ancoragem dos

tirantes instalados nos locais considerados mais críticos.• Suportes instalados na rampa principal, malha de 1,2m x 1,2m a

2m x 2m. Cabos de 2,5 a 3m de comprimento, diâmetro de 17mm, trecho de ancoragem de 1,5m.

• Norma da ISRM – Suggested Methods (2001); equipamento original modificado para permitir o ensaio de cabos e para qualquer inclinação.

• Valores ensaiados se aproximaram bastante do valor teórico calculado para carga de ruptura. O

• O elemento mais fraco foi o cabo, carga de ruptura de 123kN a 148kN e carga de cedência de 120 a 137kN. Fator de segurança 3,1.

• Conjunto resina/tirante – carga na faixa de 38 a 50kN, abaixo do esperado.

Exemplos de Monitoramento

•  Mina Panasqueira, wolfrâmio, Portugal - monitoramento durante 2 anos, com análise por método discreto da movimentação de blocos para caracterização de movimentação de volumes de maciço (subsidência), evidenciando-se magnitudes de 3m em alguns pontos, controlados por falhas principalmente, ampliadas pela percolação de águas.

Estudo de CasoMineração Caraíba, Jaguarari (BA) • Destress blasting; • monitoramento microsísmico de superfície e de

subsolo, • introdução de enchimento, • monitoramento topográfico a laser,• aumento da mecanização;• automação das operações. • Nos primeiros três meses de observação, foram

detectados 2237 eventos diversos;

Estudos de Caso• monitoramento de deslocamentos (hundimiento) em

Palabora (Chile) – a mina, lavrada por block caving, teve em 2004 deslizamento de 60t de material. Através de levantamentos por satélite e confecção de mapas de deformação, foram detectados deslocamentos de 5cm em 24 dias. Com a estabilização de falha na parede norte da mina, esses valores foram diminuídos para 2cm/24 dias (Equipo Minero, 2006).

• Bellavista Mine - detectadas movimentações no maciço da ordem de 1cm/dia. As medidas tomadas foram a suspensão da operação nos poços de desaguamento, o controle superficial e a redistribuição da carga.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • Almida, L.D.F.; Souza, J. J. Extensometria - A difusão da utilização

de extensômetros na análise de deformações. Unisanta. Sd.• Andrade, Santos e Silva. Minérios e Minerales, pp. 34-41. 2003.• Brady e Brown. Rock Mechanics for Underground Mining. 1985.• Couto. Arrancamento das pregagens e cabos de aço na Mina do

Moinho, Aljustrel. 8º. Congresso Nacional de Geotecnia. 2002.• Costa, A. M. 1984. Uma aplicação de métodos computacionais e

princípios de mecânica da rochas no projeto e análise de escavações destinadas à mineração subterrânea. Tese de doutorado, COPPE/UFRJ,1488p.

• Dinis da Gama, C.; Navarro Torres, V.; Lopes, L.; Nobre, E. Interpretação geomecânica da subsidência na Mina de Panasqueira. 8o. Congresso Nacional de Geotecnia. Lisboa. 2002.

• Engineering and Mining Journal, setembro/2007, p. 42.• Equipo Minero. Engineering and Mining Journal, n.1, 2006.• Hanna, T.H. 1973. Foundation Instrumentation. Trans Tech

Publications, 372p.• Hoek, E. & Brown, E. T. 1980. Underground Excavations in Rock.

The Institution of Mining and Metallurgy, 527p.