Estabilidade Subterranea

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Controle de estabilidade na mina subterrânea.

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  • INSTITUTO SUPERIOR POLITCNICO DE TETE

    DIVISO DE MINAS

    ENGENHARIA DE MINAS

    PLANIFICAO MINEIRA I

    TURMA B SALA B3

    CONTROLE DA ESTABILIDADE SUBTERRNEA

    DISCENTES:

    Agnaldo T. Lima Aurlio J. Zunguene Domingos M. Jnior Edmilson J. Muianga Ema J. Roque Florinda G. Vilanculos Julinda B. Afonso Marina C. Jemuce Nrcia D. J DOCENTE: eng. Arsnio Changanane

    TETE, 2014

  • Agnaldo T. Lima

    Aurlio J. Zunguene

    Domingos M. Jnior

    Edmilson J. Muianga

    Ema J. Roque

    Florinda G. Vilanculos

    Julinda B. Afonso

    Marina C. Jemuce

    Nrcia D. J

    CONTROLE DA ESTABILIDADE SUBTERRNEA

    Trabalho apresentado ao Instituto Superior

    Politcnico de Tete, precisamente a cadeira

    Planificao Mineira I, no mbito de descrio

    das temticas relativas ao Controle da

    Estabilidade Subterrnea, mediado pelo eng.

    Arsnio Changanane.

    TETE, 2014

  • CONTENTS

    INTRODUO ............................................................................................................................... 2

    OBJECTIVOS .................................................................................................................................. 3

    METODOLOGIA ............................................................................................................................ 3

    MONITORIZAO E CONTROLO DA ESTABILIDADE ......................................................... 4

    GRANDEZAS A MEDIR E EQUIPAMENTOS ............................................................................ 5

    MEDIDAS DE CONVERGNCIA ................................................................................................. 7

    MEDIDOR DE CONVERGNCIA ................................................................................................ 7

    CALIBRAES .............................................................................................................................. 7

    METODOLOGIA DE ANLISE DE CONVERGNCIA ............................................................. 8

    INTERPRETAO DE RESULTADOS ........................................................................................ 9

    MONITORAMENTO DE CONVERGNCIA ............................................................................... 9

    PLANO DE MEDIES ............................................................................................................... 11

    INTERPRETAO DE RESULTADOS ...................................................................................... 12

    CONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRNEA ............................................................... 13

    IDENTIFICAO DAS CAUSAS DE INSTABILIDADE ........................................................ 14

    MTODOS DE SUSTIMENTO ................................................................................................... 16

    CONDIES DE APLICAO ................................................................................................... 22

    A ESTABILIDADE DO AMBIENTE SUBTERRNEO ............................................................ 24

    CONCLUSO ............................................................................................................................... 25

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................................... 26

  • - 2 -

    INTRODUO

    necessrio o monitoramento para poder acompanhar a evoluo dos fenmenos mecnicos que

    acompanham as aberturas subterrneas, o monitoramento continuo necessrio em todos os

    estgios presentes nas aberturas subterrneas com o intuito de verificar a eficcia dos trabalhos de

    sustentao assim como supervisar a influncia dos trabalhos no entorno como so os

    assentamentos em superfcie a afetao em outras aberturas prximas estes trabalhos de

    monitoramento tambm permitiro garantir a segurana da abertura subterrnea.

    Na exploracao subterrnea, a relao estril-minrio menor que no mtodo a cu aberto. Porem,

    nesses casos, emerge os desafios do controle da estabilidade das aberturas subterrneas e da

    manuteno da qualidade da atmosfera subterrnea. Desde os primordios da minerao

    subterrnea, a ventilao de reas de lavra ou de reas ocupadas pelo homem tm sido uma das

    principais preocupaes. Curiosamente, em seu livro De Re-mettalica, publicado em 1556,

    Georgius Agricola dedicou um captulo ao tema de ventilao. O desenvolvimento tecnolgico

    de sistemas e equipamentos que favorecem as condies de ventilao em minas subterrneas se

    deu principalmente a partir da segunda metade do sculo XIX. Como exemplo, pode se citar a

    mina de St. John Del Rey Mining Company, localizada Nova Lima (MG), que registrou a

    instalao de um conjunto de ventiladores centrfugos, de ps rectas, movidos a vapor, ja em

    1890 (MMV, 1996).

    Actualmente percebe-se que as tendncias na indstria da minerao demonstram que as minas

    subterrneas tendem a ser mais profundas, de acesso muito mais difcil, o que aumenta os riscos

    do negcio. Por sua vez, as lavras em maiores profundidades exigem tcnicas mais avanadas da

    minerao que propiciam o aumento de productividade, um esforo para alcanar margens

    satisfatrias de lucro. Inevitalmente, a sofisticao dos mtodos de lavra requer um aumento

    substancial da mecanizao das actividades operacionais de lavra e desmonte.

    Segundo Brake (2009), sem dvida, um dos impactos mais profundos na ventilao das minas

    subterrneas metalferas nos ltimos 100 anos foi a introduo de equipamentos a diesel, porem

    esses equipamentos introduziram novos riscos relacionados com com os subproductos de sua

    combusto em ambientes confinados, os quais podem tornar inrespiravel a atmosfera no interior

    das minas ou mesmo danosa a sade dos trabalhadorees (EPA, 2000), caso os controles

    adequados nao sejam levados em considerao.

  • - 3 -

    OBJECTIVOS

    OBJECTIVOS GERAIS

    Descrever os mtodos artificiais e naturais para o sustento da estabilidade do macio rochoso

    em uma lavra subterrnea.

    OBJECTIVOS ESPECFICOS

    Identificar os tipos de suportes usados na lavra subterrnea

    Mencionar medidas de controlo da estabilidade das escavaes

    METODOLOGIA

    Se tratando de um trabalho acadmico de carcter investigativo, o principal mtodo usado na

    recolha de dados foi o mtodo de pesquisa bibliogrfica.

  • - 4 -

    MONITORIZAO E CONTROLO DA ESTABILIDADE

    A parte da Geologia que estuda o comportamento dos macios rochosos em relao a foras

    externas a mecnica de rochas. Dentro desta rea encontram-se os procedimentos de

    preservao do macio rochoso nas atividades de minerao, tanto lavra a cu aberto como

    subterrnea. Uma lavra segura inicia-se com uma boa estabilidade da camada da rocha sobre a

    camada em lavra.

    A monitorizao dos desmontes reveste-se de grande importncia nas exploraes mineiras

    subterrneas, dado ser necessrio manter as condies de segurana e estabilidade pois, como

    tem sido mencionado ao longo deste estudo, ao escavar o macio as condies preexistentes

    alteram-se e o estado de tenso em redor da cavidade modifica-se.

    A instrumentao a aplicar nos desmontes subterrneos deve permitir detectar situaes anmalas

    ao nvel da estabilidade e, ao mesmo tempo, actuar com vista preservao da segurana e das

    caractersticas de explorabilidade do recurso mineral, evitando, a este nvel, o aparecimento de

    fracturao indesejada que poderia pr em causa a viabilidade da explorao.

    Os principais objectivos da instrumentao nos trabalhos subterrneos so os seguintes (Hoek e

    Brown, 1980):

    Antes da abertura recolher informao para o projecto de engenharia (ex. tenses in situ,

    resistncia e deformao do macio rochoso);

    Durante os trabalhos da escavao confirmar a realidade do projecto elaborado e estudar a

    estabilidade do macio com vista garantia de segurana;

    Aps o abandono da escavao avaliar o comportamento do macio rochoso face escavao,

    com vista preservao da sua estabilidade e/ou avaliar a sua interaco com escavaes

    prximas.

    Para elaborar o plano de instrumentao e monitorizao da explorao deve atender-se aos

    seguintes aspectos (baseado em Cunha e Fernandes, 1980):

    Localizao da explorao - a profundidade e o meio onde se insere condiciona o tipo e a

    densidade de instrumentao a utilizar.

  • - 5 -

    Caractersticas geotcnicas a litologia, a hidrogeologia, a fracturao, e as caractersticas

    geomecnicas do macio condicionam o tipo e a frequncia de instrumentos a instalar, bem como

    a periodicidade das leituras.

    Mtodo de desmonte e ritmo de avano estes aspectos condicionam o tipo e o ritmo de

    instalao dos equipamentos e, ainda, a periodicidade das leituras.

    GRANDEZAS A MEDIR E EQUIPAMENTOS

    As grandezas a medir devem ser definidas em funo dos riscos existentes. Assim,

    necessrio ter presente que as principais manifestaes de roptura esto ligados aos seguintes

    aspectos:

    Assentamentos superficiais;

    Rotura nas superfcies das frentes de desmonte;

    Deslizamento de taludes por descompresso ou por desprendimento de blocos;

    Colapso dos elementos de suporte por carregamento excessivo.

    Para poder prever essas situaes de instabilidade necessrio colocar instrumentos adequados

    em locais prprios, que permitam prever situaes de colapso antes destas acontecerem, de modo

    a poder actuar preventivamente.

    * Quadro I Grandezas a Medir e Seus Respectivos Aparelhos de Medio

    GRANDEZA A MEDIR APARELHO LOCAL DE INSTALAO

    Medio de tenses no

    macio e nos pilares

    Clulas de presso total,

    macacos planos de

    pequena rea (SFJ).

    Nas frentes de desmonte, nas

    paredes, nos pisos e nos

    pilares abandonados

    Medies de carga nas

    ancoragens Clulas de carga

    Na cabea da ancoragem entre

    a chapa de distribuio de

    carga e o contorno da

    escavao

  • - 6 -

    Deslocamentos

    superfcie

    A avaliao destes

    deslocamentos realizada

    com um teodolito sobre

    marcas topogrficas ou

    pernos

    As marcas topogrficas ou

    pernos so colocados dentro e

    fora da zona de influncia da

    escavao de modo a

    possibilitar a avaliao dos

    movimentos absolutos

    Convergncias

    (deformao do contorno

    da

    escavao)

    Convergencimetro (de

    haste, de fita e atravs de

    levantamento ptico)

    So instaladas marcas numa

    seco da cavidade, sendo a

    convergncia das cavidades

    obtida em funo da variao

    das distncias entre elas

    Controlo da abertura e

    deslocamento relativo de

    fracturas

    Fissurmetros (elctricos,

    Tale Tell, etc.)

    Instalados nos bordos das

    fracturas, atravessando as

    mesmas

    Deslocamentos no interior

    do macio

    Extensmetros (simples,

    mltiplos, etc.)

    Instalados em furos de

    sondagem.

    Deslocamentos

    horizontais internos Inclinmetros

    Instalados em furos de

    sondagem

    Nvel fretico Piezmetros Instalados em furos de

    sondagem

    Microfracturao Geofones

    Estes equipamentos podem ser

    instalados em furos de

    sondagem, transmitindo os

    sinais a sistemas de registo

    De todas as grandezas que se podem medir nos desmonte, a medio de convergncias reveste-se

    de uma importncia fulcral pois permite avaliar, de um modo simples e rpido, os deslocamentos

    relativos nos contornos das cavidades. Trata-se de um mtodo que fornece informao preciosa

    sobre a estabilidade dos desmontes, devendo por esse facto ser utilizado desde o incio da

    explorao.

  • - 7 -

    MEDIDAS DE CONVERGNCIA

    As medidas de convergncia so utilizadas para tentar identificar o incio do processo da

    reativao de estruturas geolgicas, como falhas e fraturas, que podem gerar quebras mecnicas,

    como deslocamentos e/ou arreamentos, e no da formao de chocos que podem ocorrer em

    locais onde o macio rochoso esteja estvel, como por exemplo, aps as detonaes.

    MEDIDOR DE CONVERGNCIA

    A prtica consiste em leituras peridicas na ordem de centsimos de milmetros que podem

    detectar a convergncia (fechamento) ou divergncia (abertura) das galerias. Tendo como

    resultado somente o acompanhamento ou um reforo no suporte (cabos, tirantes) ou at mesmo o

    isolamento de determinadas reas.

    CALIBRAES

    Lembramos que diariamente, antes de se iniciar as medies devemos fazer a calibrao do

    dinammetro do medidor para garantir que os fios sero igualmente tencionados. Tambm

    devemos calibrar a distncia no gabarito interno do trip, nesta calibrao devemos ler o relgio

    que indica distancia e anotar essa leitura.

    Figura 1. Medidor de convergncia

  • - 8 -

    METODOLOGIA DE ANLISE DE CONVERGNCIA

    A presente metodologia foi desenvolvida diante da necessidade de anlise histrica da

    deformao progressiva de macio rochoso, com objetivo de fazer inferncias retrospectivas e

    progressivas da convergncia em aberturas subterrneas.

    Grfico 1 Deformao progressiva X Tempo

    Grfico 2 Deformao progressiva X Tempo

    -16

    -14

    -12

    -10

    -8

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    25/4

    /12

    27/4

    /12

    29/4

    /12

    1/5/

    12

    3/5/

    12

    5/5/

    12

    7/5/

    12

    9/5/

    12

    11/5

    /12

    13/5

    /12

    15/5

    /12

    17/5

    /12

    19/5

    /12

    21/5

    /12

    23/5

    /12

    25/5

    /12

    27/5

    /12

    29/5

    /12

    Defo

    rma

    o p

    rogr

    essiv

    a (m

    m)

    Grfico 01: Leitura sem regresso Linear - Deformao progressiva X Tempo

    LEITURA DE CONVERGNCIA BASE: LATERAL - PISO

    Detonao 1

    Detonao 2

    Detonao 3

    y = -1.476x + 60557

    y = -0.1349x + 5529.3

    -16

    -14

    -12

    -10

    -8

    -6

    -4

    -2

    0

    2

    25/4

    /12

    27/4

    /12

    29/4

    /12

    1/5/

    12

    3/5/

    12

    5/5/

    12

    7/5/

    12

    9/5/

    12

    11/5

    /12

    13/5

    /12

    15/5

    /12

    17/5

    /12

    19/5

    /12

    21/5

    /12

    23/5

    /12

    25/5

    /12

    27/5

    /12

    29/5

    /12

    Defo

    rma

    o p

    rogr

    essiv

    a (m

    m)

    Grfico 02: Leitura com regresso Linear - Deformao progressiva X Tempo

    Detonao 1Detonao 2Detonao 3LEITURA DE CONVERGNCIA BASE: LATERAL - PISOLeitura inferida em intervalo com detonaoLeitura inferida em intervalo sem detonaoLinear (Regreso Linear em detonaes 1,7mm/dia)Linear (Regresso Linear sem detonao 0,14mm/dia)

  • - 9 -

    INTERPRETAO DE RESULTADOS

    Os grficos 1 e 2 mostram o resultado da convergncia em uma abertura subterrnea e como so

    reconstitudos os dados quando foi desconfigurada e/ou perdida a sequencia das leituras.

    O intervalo de leituras realizadas para a demonstrao da tcnica foi de 35 dias, com dois

    intervalos com ausncia de dados, sendo o primeiro com detonao e o segundo sem detonao.

    A deformao acumulada total neste perodo com o ajuste de regresso linear foi de 9,7 mm, com

    mdia de deformao de 0,14mm/dia para deformaes sem influncia das detonaes e

    1,7mm/dia com influencia das detonaes. Para o clculo do intervalo sem leitura com o

    conhecimento da detonao 3, foi construda uma linha de tendncia de regresso linear a partir

    do histrico das leituras anteriores e posteriores no intervalo onde houve detonaes (ver grfico

    2). Foi traado uma segunda linha de tendncia a partir dos dados onde o macio se comportou de

    uma maneira mais estvel sem influencia das detonaes

    Atravs do mtodo das leituras de convergncia, os dados obtidos foram sistematizados e

    posteriormente interpretados de forma grfica, com a utilizao de regresso linear parcial e/ou

    total. A regresso linear nos permite inferir a probabilidade da deformao dos macios nos

    intervalos com desconfigurao e/ou ausncia de leitura, bem como estimar a deformao total

    do macio desde o incio da abertura e o possvel comportamento deste perante os fatores de

    tenses e/ou adicionado a outros fatores como detonaes e mudanas do layout nas aberturas

    subterrneas.

    Essa metodologia proposta para utilizao em escavaes subterrneas, independente das

    caractersticas geomecnicas do macio rochoso. Vale ressaltar que para os resultados serem

    mais prximos do real, importante a maior quantidade de informaes acumuladas nos perodos

    de atividade da escavao.

    MONITORAMENTO DE CONVERGNCIA

    Para uma seo de convergncia foi levantado os seguintes dados, onde:

    Data o dia que foi registrado a leitura;

    Delta t a diferena entre a data da leitura e a atual;

    L0 a primeira leitura do registro, ou quando a leitura foi interrompida ou perdida por defeitos

    no aparelho ou na instalao;

  • - 10 -

    Ln a leitura da seguinte data;

    Delta L a diferena entre a leitura anterior e atual;

    SMT.Del.L a somatria acumulada das variaes de leituras;

    MD/DIA a variao da leitura dividida pelo Delta t.

  • - 11 -

    PLANO DE MEDIES

    O plano de medies, tambm conhecido como plano de observao, dever ser definido na fase

    de projecto, podendo ser objecto de alterao depois de iniciados os trabalhos. Esta definio

    dever ser efectuada por pessoas habilitadas para tal, devendo o responsvel tcnico da

    explorao tomar parte nesta fase. O plano deve ser projectado atendendo aos princpios da

    economia e da segurana.

    Este plano, que far parte integrante do Plano de Lavra da explorao, dever conter as seguintes

    informaes:

    Identificao dos principais riscos para a estabilidade;

    Definir as grandezas a medir em funo desses riscos;

    Definir os locais de instalao dos equipamentos;

    Definir os equipamentos a utilizar em cada local;

    Estabelecer a periodicidade das leituras para cada equipamento.

    No momento da instalao dos instrumentos devem ser efectuadas vrias leituras para determinar

    o valor da leitura inicial estabilizada. Todas as medies futuras sero realizadas em relao ao

    valor da leitura inicial, sendo o resultado destas dado pela diferena entre o valor da leitura num

    determinado momento e o valor inicial. A evoluo desta diferena informa sobre o

    comportamento do macio no que diz respeito grandeza avaliada.

    Mal se verifique que os valores das medies apresentam tendncia para a estabilizao e no

    existem alteraes na cavidade junto da zona de instalao dos aparelhos, ento a periodicidade

    das medies pode ser reduzida, e vice versa. Como primeira aproximao neste tipo de

    actividades, a periodicidade das leituras pode ser definida do seguinte modo:

    1 medio diria durante as primeiras duas semanas;

    2 medies por semana at ao fim do primeiro ms;

    1 medio por semana at ao fim do segundo ms;

    1 medio por ms at aos seis meses;

    1 medio de trs em trs meses, depois dos seis meses (s utilizada em cavidades

    abandonadas).

    Quando se notarem variaes nos valores das leituras deve voltar-se a realizar medies dirias

    para verificar se essas variaes se mantm ou estabilizam.

  • - 12 -

    No acaso de cavidades abandonadas devem ser realizadas medies nos primeiros anos com

    periodicidade trimestral e s deixar de o fazer se no se detectarem alteraes e se os trabalhos

    de desmonte no evolurem para a proximidade destas.

    INTERPRETAO DE RESULTADOS

    Depois de efectuadas as leituras h necessidade de tratar os dados recolhidos. Assim, numa

    primeira fase, deve-se fazer uma anlise crtica da leitura, se possvel no local, comparando com

    os resultados da ltima leitura, com o objectivo de avaliar o resultado obtido, relativamente a

    uma possvel situao de alarme ou no, e para que se possam eliminar leituras anmalas por

    comparao com os resultados de aparelhos adjacentes.

    Os resultados obtidos devero posteriormente ser tratados atravs da sua representao em

    grficos contendo as diferenas relativas e acumuladas de cada grandeza em funo do tempo.

    Esses resultados devero ser guardados em ficheiros informticos que permitam extrair

    diferentes tipos de dados agrupados por aparelho, e por data, entre outros, e que possibilitem a

    elaborao de grficos de um modo fcil e rpido. O conjunto de dados, que resultam das

    medies, poder ser utilizado para definir um modelo, por exemplo atravs do Mtodo dos

    Elementos Finitos, e calibr-lo de modo a poder prever o comportamento do macio no futuro,

    atravs de retroanlise. Este comportamento pode ser facilmente representado atravs de perfis

    dos desmontes, que nos informam da distribuio de tenses, dos deslocamentos e dos possveis

    pontos de rotura, e que generalizam a informao obtida com a monitorizao. Para as grandezas

    a medir podero, por ventura, ser estimados valores limites a partir dos quais se entra numa

    situao de alarme. No entanto, a estimativa destes valores no fcil, dada a complexidade

    dos parmetros geolgico-geotcnicos envolvidos, pelo que a interpretao das medies deve

    basear-se, essencialmente, nos seguintes aspectos:

    Acompanhamento geolgico-geotcnico da explorao;

    Estudo do comportamento das curvas deslocamento-tempo (velocidades e aceleraes dos

    deslocamentos);

    Comparao entre os valores obtidos para os vrios locais monitorizados;

    Comparao com os resultados dos modelos analticos e numricos aplicados escavao na

    fase de projecto.

  • - 13 -

    CONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRNEA

    A abertura de uma cavidade subterrnea num macio rochoso induz uma alterao do estado de

    tenso preexistente, podendo resultar na necessidade de instalao de sistemas de suporte que

    garantam a estabilidade do vazio criado.

    Num projecto de lavra subterrnea imprescindvel, para dimensionar os desmontes, analisar a

    capacidade de auto-suporte do macio. Nos macios rochosos a capacidade de auto-suporte do

    terreno pouco influenciado pelos elementos de sustimento, sendo o seu papel principal controlar

    as aces de peso do material descomprimido situado entre as periferias da escavao e o arco

    de presso (Mendes, 1985). As funes desempenhadas pelo sustimento esto interdependentes

    das caractersticas do macio rochoso, nomeadamente das caractersticas de resistncia (ngulo

    de atrito interno e coeso) e do estado de tenso instalado.

    Alguns macios rochosos possuem, em determinados casos, capacidade de originar auto-

    suporte, no sendo necessrio a aplicao de qualquer mtodo externo. Obviamente que tal

    situao s sucede em determinadas situaes e dependente das caractersticas dos macios

    rochosos, da dimenso da galeria e do propsito da mesma.

    A utilizao do sustimento artificial com o objectivo de evitar a fracturao extremamente

    difcil, pois este s pode ser colocado aps a abertura do vazio e, nesse momento, apesar da

    resposta do terreno no ser instantnea, podem j ter ocorrido fenmenos de fracturao. No

    entanto, e apesar do que foi referido, os sustimentos tm um papel importante na fracturao, pois

    podem evitar a sua propagao para o interior do macio se forem colocados logo aps a abertura

    das cavidades. Se o estado de tenso for tal que no se consiga evitar a convergncia da cavidade

    e a fracturao correspondente, devem ser instalados elementos de sustimento capazes de se

    deformarem e acompanharem as convergncias dos contornos da galeria.

    Assim, de acordo com o tipo de solicitao e objectivos, diversos tipos de sustimento podem

    ser utilizados, essencialmente, com os seguintes fins (Gama, 1976, e Mendes, 1985):

    Contrariar deformaes elsticas (geralmente s se consegue quando o campo

    de tenso de reduzida intensidade);

    Evitar deformaes plsticas (fracturao);

    Evitar a queda ou o deslocamento de blocos individualizados;

  • - 14 -

    Regularizar e impermeabilizar as paredes das escavaes;

    Garantir a segurana de pessoas e equipamentos que frequentam a cavidade;

    Assegurar que a cavidade realiza a funo para a qual foi escavada.

    Para que tais aces possam ser conseguidas, h que escolher e dimensionar correctamente o tipo

    de sustimento a utilizar e, alm disso, atender ao factor tempo no que respeita aplicao do

    mesmo, uma vez que a deformao do macio ocorre em funo do tempo.

    A aco dos trabalhadores (encarregados e operrios) pode ser importante, seno fundamental,

    na deteco e resoluo de problemas relacionados com a estabilidade da explorao subterrnea.

    A formao destes e o incremento da sua sensibilidade para os problemas que podem ocorrer,

    bem como para os sinais que o macio poder dar, possibilitar uma maior segurana nas

    exploraes, um aumento da produtividade e uma reduo de custos na resoluo de tais

    problemas, dado que os mesmos podem ser prevenidos atravs de uma deteco atempada. O

    facto dos trabalhadores participarem no estudo do comportamento das cavidades, permitir a

    obteno de mais informao por parte dos engenheiros, no sentido de repensarem

    determinados aspectos do projecto de engenharia (ex. elementos de suporte a utilizar, etc.).

    De acordo com Parker (1973), h que distinguir duas situaes de estudo relativamente ao

    sustimento: as que evoluem demasiado em estudos tericos para dar uma verdadeira explicao

    ao problema; e as que no contemplam a cincia e avanam por instinto podendo inviabilizar o

    recurso mineral existente. Ambos pecam por falta de ponderao e de uma anlise adequada da

    situao. Assim, a melhor abordagem aquela que alia a teoria prtica, ou seja, que junta o

    trabalho de escritrio e laboratrio com a recolha de informao no campo, a uma escala correcta

    do problema.

    IDENTIFICAO DAS CAUSAS DE INSTABILIDADE

    O dimensionamento do sustimento adequado para determinada situao de instabilidade, assenta

    na necessidade de conhece-la e tentar prever a sua ocorrncia antes que provoque danos. Ao nvel

    da lavra subterrnea.

    No que se refere aos casos de instabilidade presentes na explorao subterrnea, os principais

    problemas que aparecem esto relacionados com quedas de blocos, planares (essencialmente nas

    frentes de desmonte) e em cunha (nas paredes e tecto das cavidades) e com a roptura de pilares

    naturais (pilares esteios ou pilares barreira, e pilares soleira). Ambas as situaes podem resultar

  • - 15 -

    em danos graves, embora a rotura de pilares assuma uma importncia maior no que concerne

    continuao da explorao, pois pode conduzir runa das cavidades, enquanto a queda de

    blocos, normalmente, assume um carcter pontual.

    Para evitar estes fenmenos deve conhecer-se o macio rochoso, bem como as fontes de

    instabilidade resultantes da presena das cavidades mineiras que, segundo Hoek e Brown (1980),

    so as descritas no Quadro 2.

    * Quadro II Principais causas de instabilidade de cavidades subterrneas em macios

    rochosos. (adaptado de Hoek e Brown, 1980)

    FONTES DE

    INSTABILIDADE CAUSA CONSEQUNCIA MEDIDAS

    Condies geolgicas

    adversas

    Falhas,

    fracturas Queda de blocos

    Orientar

    convenientemente os

    desmontes e aplicar

    Estado de tenso in

    situ

    Tenses

    elevadas

    Elevada concentrao de

    tenses nos contornos das

    cavidade que podem

    levar rotura

    Adoptar uma forma de

    seco de desmonte

    favorvel ao estado de

    tenso e instalar

    sustimento apropriado Expanso ou

    decomposio da rocha

    por aco de gua e/ou

    Files, zonas

    de alterao

    ou rochas

    Alterao e

    escorregamento

    Isolar estes locais da gua

    e do ar (revestimento)

    Presso hidrulica ou

    percolao da gua

    Presses

    excessivas da

    gua

    subterrnea

    Escorregamentos de

    zonas alteradas ou de

    blocos individualizados

    Drenagem adequada da

    gua, quer superfcie,

    quer em profundidade

    Para estudar as situaes de instabilidade descritas anteriormente, podem ser utilizadas vrias

    tcnicas de estudo, das quais se destacam a projeco estereogrfica de igual rea (permite o

    estudo de escorregamento de blocos em funo da orientao das diaclases e da direco da

    frente de desmonte), os mtodos probabilsticos (possibilitam o estudo de escorregamento de

    taludes) e os mtodos de anlise numrica (permitem estudar o macio rochoso adjacente, a

    estabilidade dos pilares naturais, o desempenho de sustimento artificial, etc.).

  • - 16 -

    MTODOS DE SUSTIMENTO

    O melhor sistema de suporte , sem dvida, aquele que utiliza a capacidade de auto-sustimento

    do macio rochoso, como j havia sido referido. O recurso a elementos de suporte artificiais s

    deve ser efectuado para determinadas situaes especficas, tal como se ir ter oportunidade de

    observar, devendo ser escolhidos com base num compromisso entre os seguintes aspectos:

    Simplicidade;

    Robustez;

    Eficcia;

    Baixo custo.

    Os mtodos de sustimento podem ser classificados de acordo com as suas caractersticas, do

    seguinte modo (baseado em Mendes, 1985):

    a) Intervalo de tempo em que exercem funes

    Sustimentos provisrios desempenham uma aco durante intervalos de tempo curtos,

    tais como alguns dias ou meses. A principal funo resistir aco do peso de blocos de

    rocha mais ou menos individualizados ou controlar as aces motivadas pelos campos de

    tenses instalados na vizinhana dos vazios.

    Sustimentos definitivos - aplicados para exercerem uma aco em perodos

    correspondentes vida til do vazio. So necessrios caso as cavidades venham a ser

    reutilizadas para outros fins, devendo a estabilidade manter-se com factores de segurana

    elevados.

    b) Continuidade

    Sustimentos descontnuos - elementos mais ou menos individualizados uns dos outros,

    exercendo aces sobre zonas localizadas.

    Sustimentos contnuos - elementos interligados de modo a exercerem uma aco conjunta

    sobre o contorno da cavidade (utilizados em macios muito fracturados). No caso dos

    sustimentos definitivos contnuos, estes sistemas englobam tambm o chamado

    revestimento, que permite conferir aos contornos do macio rochosos caractersticas de

    impermeabilidade e, ao mesmo tempo, regularizar a sua superfcie.

  • - 17 -

    c) Compressibilidade

    Sustimentos compressivos - so sustimentos que se destinam a controlar o

    comportamento do contorno das cavidades.

    Sustimentos indeformveis - visam garantir as dimenses constantes das cavidades,

    impedindo que estas se deformem. Resistem a aces de peso mas tambm ao campo de

    tenses instalado.

    d) Momento da Aplicao

    Sustimentos imediatos - so aplicados logo aps a criao do vazio.

    Sustimentos no imediatos - s so colocados algum tempo depois da criao do vazio.

    Os elementos de sustimento a utilizar nas cavidades subterrneas podem ser provisrios ou

    definitivos de acordo com o local de aplicao. Assim, nos tectos das cavidades e nos pilares,

    devem ser colocados elementos definitivos, os quais devem ser dimensionados com esse

    propsito, dado que so zonas onde se deixa de ter acesso fcil com o evoluir dos desmontes,

    enquanto nas paredes ou hasteais se devem utilizar elementos de sustimento provisrio, caso

    ainda se v desmontar a zona onde estes foram instalados. Quanto continuidade, os elementos

    de suporte a utilizar so, na maior parte dos casos, descontnuos, embora possa ser equacionada

    a instalao de sustimentos contnuos em algumas zonas, tais como cintagens de pilares.

    Relativamente compressibilidade, os elementos que se prevem instalar so geralmente

    compreensveis, embora possa haver necessidade de instalar sistemas de suporte indeformveis

    em algumas zonas cuja deformao possa por em causa a estabilidade do macio, como o

    caso dos pilares centrais da escavao.

    No que diz respeito ao tempo de aplicao do sustimento, este deve ser aplicado no mais curto

    intervalo de tempo possvel, logo aps a abertura do vazio, de modo a actuar com maior

    eficcia.

    Na indstria extractiva um dos mtodos mais utilizado para estabilizar os macios rochosos so

    as pregagens, cuja utilizao tem vindo a ser incrementada ao longo dos ltimos anos. Este

    mtodo de suporte consiste num sistema pontual de sustimento que trabalha por atrito atravs

    do contacto contnuo com as paredes do furo. O recurso frequente s pregagens tem a ver com o

    facto das mesmas apresentarem as seguintes caractersticas:

  • - 18 -

    Versteis podem ser utilizadas em qualquer tipo de geometria de escavaes;

    Simplicidade na instalao - no apresentam nenhuma complicao;

    Baixo custo so baratas relativamente ao efeito estabilizante;

    Racionais podem ser aplicadas atravs de mecanizao total;

    Podem ser combinadas com outros sistemas de suporte, como as redes metlicas e o

    beto projectado;

    A frequncia de aplicao pode ser varivel de acordo com o tipo de rocha.

    Estes elementos de suporte so utilizados para contrariar a aco de peso de massas de rocha

    mais ou menos individualizadas. O tensionamento artificial destes elementos no possvel,

    sendo, no entanto, gerado pelos movimentos do macio rochoso. Os principais tipos de

    pregagens, so os seguintes (Hoek, 1998):

    Pregagens cimentadas (barra de ao cimentada);

    Pregagens de atrito ou Split Set (tubo com rasgo longitudinal e dimetro superior ao do

    furo que entra fora, promovendo uma aco de atrito);

    Pregagens do tipo Swellex (tubo em forma de C que abre, por presso hidrulica,

    quando colocado no furo, promovendo uma aco de atrito).

    Na Figura 2 ilustram-se os trs tipos de pregagens referidos, sendo observveis as principais

    diferenas entres elas.

    A. Pregagem cimentada com varo de ao (fonte:

    Hoek, 1998)

    B. Pregagem cimentada com cabo de ao (fonte: Hoek,

    1998)

    C. Pregagem tipo Split Set (fonte: Hoek, 1998) D. Fora de atrito provocada pela pregagem Split Set

  • - 19 -

    E. Pregagem tipo Swellex (fonte: Hoek, 1998)

    Figura 2 Tipos de pregagens disponveis no mercado.

    As ancoragens, ao contrrio das pregagens, constituem elementos de suporte activo, devido ao

    facto de poderem ser tensionadas, exercendo uma aco de suporte independentemente da

    movimentao dos elementos a suportar. Estas so tambm conhecidas por mtodos de

    sustimento suspenso e utilizam-se com muita frequncia para melhorar o auto-sustimento do

    macio e evitar a queda de blocos mais ou menos individualizados (suporte do peso do bloco).

    Na aplicao de ancoragens numa determinada escavao torna-se necessrio estudar um

    conjunto de parmetros caractersticos deste meio de sustimento e que so:

    1. Inclinao - depende da orientao do estado de tenso, e/ou da existncia de diaclases, ou

    de outras superfcies de baixa resistncia;

    2. Comprimento - dever ser estabelecido de acordo com a inclinao dada e com a

    espessura da zona fracturada que se pretende suster;

    3. Tenso inicial de aperto (ou de montagem) depende das caractersticas de

    deformabilidade e de resistncia do terreno. O valor da tenso inicial deve ser inferior

    resistncia traco da respectiva haste;

    4. Tenso mxima admissvel valor de tenso a que a ancoragem ficar sujeita na sua vida til

    (dever ter em conta a resistncia da haste);

    5. Espaamento determinado, fundamentalmente, de acordo com as caractersticas mecnicas

    dos terrenos, da resistncia ao escorregamento das fixaes e das tenses iniciais aplicadas;

    6. Resistncia ao escorregamento da fixao - depende das caractersticas do terreno e do sistema

    de fixao utilizado.

  • - 20 -

    Para se aplicarem as ancoragens so previamente abertos furos na rocha atravs de martelos

    perfuradores correntes, geralmente telescpicos, semelhantes aos utilizados para as pregagens, ou

    com martelos montados em braos de jumbos.

    Os principais tipos de ancoragens actualmente disponveis no mercado so os seguintes (Hoek,

    1998):

    Ancoragens Mecnicas (a fixao s paredes do furo promovida por uma

    cunha mecnica);

    Ancoragens com Resina (a fixao do elemento de ancoragem s paredes do furo

    realizada por meio de resina).

    Na Figura 3 ilustram-se os dois tipos de ancoragens estudados, de modo a permitir a anlise das

    suas principais diferenas.

    A. Ancoragem mecnica (fonte: Hoek, 1998). B. Ancoragem com resina (fonte: Hoek,1998)

    Figura 3 Tipos de ancoragens disponveis no mercado.

    Quando a aplicao das ancoragens realizada para grandes intervalos de tempo, costume

    cimentar o espao que fica entre a parede do furo e a haste da ancoragem, para prevenir

    fenmenos de corroso provocados pela gua subterrnea. Para este tipo de proteco tambm

    podem ser utilizadas resinas. Nos usos de pouca durao e em terrenos sos, no h necessidade

    de cimentar as ancoragens.

    O tensionamento de ancoragens pode ser realizado normalmente atravs de um torgue ou

    mecanicamente com auxlio de um tensimetro hidrulico.

    Quando a vizinhana do contorno no se apresenta suficientemente firme para a fixao das

    ancoragens tradicionais, utilizam-se as ancoragens por cabos. Este mtodo de sustimento

    geralmente utilizado para grandes comprimentos, da ordem das dezenas de metros.

  • - 21 -

    As redes metlicas so utilizadas juntamente com ancoragens ou pregagens, cujas cabeas

    servem como elemento de fixao. Estes sistemas de suporte so utilizados para evitar a queda

    de pedras e de blocos individualizados, sendo muitas vezes aplicadas em macios, ou zonas de

    macios, com fracturao muito intensa. Existem dois tipos de malhas metlicas que so

    utilizadas no sustimento de cavidades subterrneas:

    Rede metlica corrente utilizada para suportar pedras ou blocos individualizados,

    dependendo a sua capacidade de carga, do espaamento dos seus pontos de suporte. No pode

    ser utilizado com beto projectado porque tem uma malha muito pequena e gera a criao de

    vazios no interior da camada de beto projectado.

    Rede electrossoldada (pode ser galvanizada para minimizar os efeitos da corroso) ,

    geralmente, utilizada para reforo do beto projectado, devendo este envolver toda a rede para

    que esta no sofra efeitos de corroso.

  • - 22 -

    A. Fixao de rede

    normal B. Fixao de rede

    electrossoldada C. Fotografia da rede

    electrossoldada

    Figura 4 Aplicao de redes metlicas.

    (fonte: Hoek, Kaiser e Bawden, 1998)

    O beto projectado, por sua vez, aplicado com a funo de cintagem ou de revestimento,

    tendo nesta segunda aplicao como principais objectivos, regularizar e impermeabilizar os

    contornos das cavidades criadas. A aco de revestimento pode ser necessria em zonas de

    afluncia indesejada de guas ou em zonas muito alterados, como pode ser o caso de locais

    junto de files dolerticos. Aps a explorao pode ser necessrio revestir algumas zonas do

    macio, caso as cavidades subterrneas sejam reutilizadas para outros fins, atendendo ao tipo

    de actividade que se venha a desenvolver no seu interior. Este mtodo de sustimento tambm

    pode ser utilizado como sustimento indeformvel na cintagem de pilares.

    O beto projectado geralmente aplicado juntamente com a rede metlica, dado que a mesma

    lhe confere resistncia traco, servindo como armadura. Apesar disso, em casos em que o

    beto no sofra esforos de traco, pode ser aplicado directamente no macio.

    CONDIES DE APLICAO

    A presena de fracturas nas paredes, nos tectos e nos pilares, apresenta-se como a principal

    causa de instabilidade, originando queda de blocos e reduo da resistncia dos pilares

    naturais.

    Para fazer face a este problema podem ser aplicadas pregagens, ancoragens ou cabos para

    aumentar a resistncia ao corte das descontinuidades e assim evitar problemas de rotura. Para

    a realizao deste tipo de aces de estabilizao e, especialmente, para o reforo dos pilares,

    fundamental conhecer a resistncia ao corte das descontinuidades presentes no macio, no

  • - 23 -

    sentido de dimensionar convenientemente os elementos de suporte. Na Figura 5 apresenta-se

    uma das situaes mais preocupantes em termos de instabilidade, ou seja, o caso de um pilar

    que atravessado por uma superfcie de descontinuidade que motiva movimento. Nesta

    situao deve-se intervir atempadamente com vista sua resoluo, pois a mesma pode criar

    problemas graves de instabilidade no macio.

    Descontinuidade

    Ancoragens

    Figura 5 - Estabilizao de pilares fracturados.

    (fonte: Greco, Fornaro e Oggeri, 1999)

    Os principais mtodos de sustimento a utilizar, em funo das condies de instabilidade

    tpicas de lavras subterrneas, so os seguintes:

    Queda de blocos

    Pregagens

    Ancoragens

    Desplacamento de grandes massas

    Ancoragens

    Cabos

    Entulhamento

    Escorregamento de terras ou de zonas alteradas

    Rede malhassol

    Drenos

    Pregagens ou ancoragens

    Beto projectado (s utilizado no caso da dimenso das partculas

    individualizadas ser reduzida)

  • - 24 -

    Rotura de pilares

    Pregagens

    Ancoragens

    Cintagem (cintas metlicas com pregagens, anis de beto, etc.)

    O dimensionamento dos elementos de suporte poder, numa primeira fase, ser realizado

    atravs de mtodos empricos (ex.: classificao de Bieniawski e classificao de Barton), no

    entanto, o seu desempenho dever ser complementado por mtodos analticos e, quando

    possvel, atravs de programas computacionais de anlise numrica.

    A ESTABILIDADE DO AMBIENTE SUBTERRNEO

    O ar que circula nas galerias das minas subterraneas sofre modificaoes relativas na sua

    composiao qumica e fsica. Quando flui descendentemente em uma escavao de mina, o ar

    gera um aumento de presso devido ao seu prprio peso, e isso causa um aumento de

    temperatura correspondente a aproximadamente 1C para cada metro na vertical.

    Esse efeito termodinmico provoca a diminuioo da capacidade do ar em seu efeito de

    resfriamento (MVS1, 1982). Alm disso o ar de ventilao incorpora gases, vapores, poeira e

    humidade resultante das diversas actividades executadas. E por ser um fludo compressivel,

    sofre modificaes significativas em sua densidade.

  • - 25 -

    CONCLUSO

    A parte da Geologia que estuda o comportamento dos macios rochosos em relao a foras

    externas a mecnica de rochas. Dentro desta rea encontram-se os procedimentos de

    preservao do macio rochoso nas atividades de minerao, tanto lavra a cu aberto como

    subterrnea. Uma lavra segura inicia-se com uma boa estabilidade da camada da rocha sobre

    a camada em lavra.

    O macio rochoso se divide em duas entidades: matriz rochosa e descontinuidades. Matriz

    rochosa o material slido que forma os blocos e as descontinuidades so como pontos de

    fraqueza que dividem a matriz rochosa. O conhecimento das caractersticas litolgicas

    (mineralogia, estrutura da rocha, textura da rocha e composio qumica), a qualidade do

    macio rochoso (foliao, bandeamentos, falhas, fraturas) e descrio e detalhamento das

    descontinuidades so imprescindveis para monitoramento da estabilidade do macio

    rochoso. A coleta destes dados so feitos a partir de mapeamentos estruturais e geotcnicos

    dentre outros trabalhos, realizados antes mesmo do incio das atividades de explorao.

    Uma das ferramentas utilizadas no monitoramento e controle da estabilidade do macio

    rochoso na minerao subterrnea o extensmetro, utilizado para medir o deslocamento

    vertical do macio rochoso no interior da galeria.

    Algumas situaes so indicativas de potencial instabilidade do macio rochoso e medidas

    corretivas devero ser executadas aps a paralisao e afastamento dos trabalhadores da rea

    instvel.

    Basicamente o controle do macio rochoso em minas a cu aberto reserva-se em especificar a

    largura mnima, a altura e ngulo mximos das bancadas em funo das condies

    geotcnicas da rocha. Restando apenas um controle rgido destas condies para evitar algum

    possvel colapso como o apresentado acima.

    Na lavra subterrnea o controle d-se pela implantao de suportes/ancoragens que ajudaro

    o macio a se auto-suportar.

  • - 26 -

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

    GUERREIRO, Humberto J. P., Explorao Subterrnea De Mrmores -- Aspectos

    Geotcnicos --, Universidade Tcnica de Lisboa, 2000

    http://tecnicoemineracao.com.br/monitoramento-e-controle-da-estabilidade-macico-rochoso/

    Manual de Medidor de Convergncia: Modelo MSI 2000 Amicro sensores industrial

    Silveira S. R. (2005), Fl. Toxicidade De Sedimento e Estrutura Da Comunidade

    Bentnica No Diagnstico Da Qualidade Ambiental Do Esturio Do Rio Itanham-Sp,

    Brasil [trabalho de concluso de curso]. So Paulo: Centro Universitrio So Camilo; 58p.

    CapaMONITORIZAO E CONTROLO DA ESTABILIDADEINTRODUOOBJECTIVOSMETODOLOGIAMONITORIZAO E CONTROLO DA ESTABILIDADEGRANDEZAS A MEDIR E EQUIPAMENTOSMEDIDAS DE CONVERGNCIAMEDIDOR DE CONVERGNCIACALIBRAESMETODOLOGIA DE ANLISE DE CONVERGNCIAINTERPRETAO DE RESULTADOSMONITORAMENTO DE CONVERGNCIAPLANO DE MEDIESINTERPRETAO DE RESULTADOSCONTROLO DA ESTABILIDADE SUBTERRNEAIDENTIFICAO DAS CAUSAS DE INSTABILIDADEMTODOS DE SUSTIMENTOCONDIES DE APLICAOA ESTABILIDADE DO AMBIENTE SUBTERRNEOCONCLUSOREFERNCIAS BIBLIOGRFICAS