TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇO ROCHOSO E ESTABILIDADE DE TALUDES EM POTENCIAL CAVA DE MINERAÇÃO: ESTUDO DE

CASO DE CASTELO DE SONHOS - PA

Airton José da Silva Neto

MONOGRAFIA n

^o

441

Ouro Preto, junho de 2022

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CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇO ROCHOSO E

ESTABILIDADE DE TALUDES EM POTENCIAL CAVA DE MINERAÇÃO: ESTUDO DE CASO DE CASTELO DE

SONHOS - PA

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

Reitora

Prof.ª Dr.ª Cláudia Aparecida Marliére de Lima Vice-Reitor

Prof. Dr. Hermínio Arias Nalini Júnior Pró-Reitora de Graduação Prof.ª Dr.ª Tânia Rossi Garbin

ESCOLA DE MINAS Diretor

Prof. Dr. José Alberto Naves Cocota Junior Vice-Diretor

Prof. Dr. Cláudio Eduardo Lana DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

Chefe

Prof. Ms. Edison Tazava

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MONOGRAFIA

Nº 441

CARACTERIZAÇÃO DE MACIÇO ROCHOSO E ESTABILIDADE DE TALUDES EM POTENCIAL CAVA DE MINERAÇÃO: CASO

DE CASTELO DE SONHOS - PA

Airton José da Silva Neto

Orientador

Prof.ª Dr.ª Lucas Pereira Leão

Monografia do Trabalho de Conclusão de curso apresentado ao Departamento de Geologia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para

avaliação da disciplina Trabalho de Conclusão de Curso – TCC 402, ano 2021/2.

OURO PRETO

2022

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Silva Neto, Airton José da.

SilCaracterização de maciço rochoso e estabilidade de taludes em potencial cava de mineração [manuscrito]: caso de Castelo de Sonhos - PA. / Airton José da Silva Neto. - 2022.

Sil82 f.: il.: color., mapa. + Quadro.

SilOrientador: Prof. Dr. Lucas Pereira Leão.

SilMonografia (Bacharelado). Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Graduação em Engenharia Geológica .

Sil1. Geotecnia. 2. Geologia ambiental. 3. Taludes (Mecânica do solo) - Estabilidade. 4. Classificação geomecânica. I. Leão, Lucas Pereira. II.

Universidade Federal de Ouro Preto. III. Título.

Bibliotecário(a) Responsável: Sione Galvão Rodrigues - CRB6 / 2526

SISBIN - SISTEMA DE BIBLIOTECAS E INFORMAÇÃO

S586c

CDU 624.121.537

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO REITORIA

ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA

FOLHA DE APROVAÇÃO

Airton José Da Silva Neto

Caracterização de maciço rochoso e estabilidade de taludes em potencial cava de mineração: Estudo de caso de Castelo de Sonhos, PA.

Monograﬁa apresentada ao Curso de Engenharia Geológica da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito parcial para obtenção do tulo de Engenheiro Geólogo

Aprovada em 01 de julho de 2022.

Membros da banca

Dr. Lucas Pereira Leão - Departamento de Geologia da Universidade Federal de Ouro Preto

Ms. Luiz Henrique Cardoso - Núcleo de Geotecnia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto Dr. Flávio Afonso Ferreira Filho - Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto

Lucas Pereira Leão, orientador do trabalho, aprovou a versão ﬁnal e autorizou seu depósito na Biblioteca Digital de Trabalhos de Conclusão de Curso da UFOP em 18/07/2022

Documento assinado eletronicamente por Lucas Pereira Leão, PROFESSOR DE MAGISTERIO SUPERIOR, em 18/07/2022, às 12:40, conforme horário oﬁcial de Brasília, com fundamento no art. 6º, § 1º, do Decreto nº 8.539, de 8 de outubro de 2015.

A auten cidade deste documento pode ser conferida no site h p://sei.ufop.br/sei/controlador_externo.php?

acao=documento_conferir&id_orgao_acesso_externo=0 , informando o código veriﬁcador 0363852 e o código CRC FFE050E2.

Referência: Caso responda este documento, indicar expressamente o Processo nº 23109.009456/2022-46 SEI nº 0363852 R. Diogo de Vasconcelos, 122, - Bairro Pilar Ouro Preto/MG, CEP 35400-000

Telefone: 3135591600 - www.ufop.br

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Agradecimentos

Primeiramente quero agradecer à minha mãe, Etelvina, que me guiou e orientou até chegar aqui. À minha irmã, Amanda, e minha madrinha, Lílian, que sempre me deram forças para continuar. Ao meu pai, Amilton, meus avós, Airton e Maria Inêz, e meus tios, José Natalino e Amélia, que apoiaram a minha trajetória.

À Casa Avenida e TriStar Gold Inc., pelas oportunidades profissionais, no caminho até esse momento. À Sociedade de Geofísica Aplicada e a Seção de Comunicação da Escola de Minas, por me proporcionarem grandes vivências acadêmicas durante a graduação.

Aos grandes amigos que conservei e fiz desde Ipatinga à Ouro Preto e até o Pará, na Cidade de Castelo de Sonhos. À Geologia, em especial, Wilker, Nabad, Fernanda, Cigs, Arroz, Eika, Troy, Carol, Felipe, Arthur, Iago.

À Gloriosa República Mata Virgem, seus ex-alunos, homenageados e moradores, pelos ótimos momentos vividos e grande aprendizado de vida.

Agradeço ao Departamento de Geologia, à Escola de Minas, à Universidade Federal de Ouro Preto e todos os professores da graduação, pelos auxílios, incentivos e ensino de qualidade.

Dessa forma se encerra aqui uma aventura para iniciar outra.

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SUMÁRIO

AGRADECIMENTOS ... ix

SUMÁRIO ... xi

ÍNDICE DE FIGURAS...xiii

ÍNDICE DE QUADROS... xvi

RESUMO ...xviii

ABSTRACT ... xix

1 INTRODUÇÃO ... 1

1.1 APRESENTAÇÃO ... 1

1.2 OBJETIVOS ... 2

1.2.1 Objetivos Específicos ... 2

1.3 JUSTIFICATIVA ... 3

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 4

2.1 MACIÇOSROCHOSOS ... 4

2.1.1 O Índice de Qualidade da Rocha (RQD) ... 5

2.1.2 Ensaios de Compressão Uniaxial ... 6

2.1.3 Classificação RMR (Rock Mass Rating) ... 7

2.2 CRITÉRIO DE RESISTÊNCIA HOEK-BROWN ... 10

2.2.1 Análise Cinemática ... 14

2.3 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 18

2.3.1 O Cráton Amazonas ... 18

2.3.2 Província Tapajós-Parima ... 20

2.3.3 Domínio Tapajós ... 20

2.4 CONTEXTO GEOLÓGICO LOCAL ... 24

3 METODOLOGIA ... 28

3.1 ETAPA DE CLASSFICAÇÃO GEOMECÂNICA ... 32

3.1.1 Obtenção de Amostras por Sondagem Rotativa ... 32

3.1.2 Índices Geomecânicos ... 34

3.2 ETAPA DE ANÁLISE CINEMÁTICA ... 34

3.2.1 Optical Televiewer (OTV) ... 34

3.2.2 Interpretação Cinemática ... 34

4 RESULTADOS E DISCUSÕES ... 35

4.1 ANÁLISE GEOMECÂNICA ... 35

4.1.1 RQD ... 35

4.1.2 Ensaio de Compressão Uniaxial ... 36

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4.1.3 Classificação RMR ... 37

4.1.4 Critério de Hoek-Brown ... 38

Ruptura ... 39

4.1.5 Circular ... 39

4.1.6 Análise Cinemática... 45

5 CONCLUSÕES ... 56

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 57

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INDÍCE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Mapa de localização da área de estudo. ... 2 Figura 2.1 – Características das descontinuidades (modificado e traduzido de ISRM, 2007). 4 Figura 2.2 - Método de cálculo de RQD (modificado de Deere, 1988). ... 5 Figura 2.3 - Parâmetros e pontuações da classificação RMR (traduzido por Ferreira Filho, 2022, de Bieniaswki, 1989)... 8 Figura 2.4 - Gráficos de parâmetros e pontuações para o RMR. a) Pontuação em relação à compressão uniaxial, b) Pontuação em relação à variação do espaçamento, c) Pontuação em relação ao RQD e d) Correlação entre RQD e espaçamento (Aksoy, 2008). ... 9 Figura 2.5 – Constantes de perturbação da rocha (D) (modificado de Hoek et al., 2013). .... 13 Figura 2.6 - Geological Strength Index (GSI) (traduzido de Hoek et al., 2013). ... 14 Figura 2.7 – Exemplo de análise cinemática de ruptura planar (modificado, Hoek e Bray, 1981).

... 15 Figura 2.8 – Exemplo de análise cinemática de tombamento flexural (modificado Hoek e Bray, 1981). ... 16 Figura 2.9 – Exemplo de análise cinemática de ruptura em cunha (modificado Hoek e Bray, 1981). ... 16 Figura 2.10 - Geometria da ruptura circular (modificado de Hoek e Bray, 1981). ... 17 Figura 2.11- Localização dos domínios Tapajós e Iriri-Xingu em relação às províncias geocronológicas do Cráton Amazônico, de acordo com Santos (2003). Adaptado (Vasquez et al., 2008a). ... 20 Figura 2.12 - Mapa geológico do Domínio Tapajós com destaque para a localização do depósito aurífero de Castelo de Sonhos, indicado pela estrela (adaptado de Vasquez et al., 2015). ... 21 Figura 2.13 - Seção crustal esquemática da evolução geotectônica da Formação Castelo dos Sonhos (Klein et al., 2017). ... 23 Figura 2.14 - Mapa litológico da área de estudo TriStar Gold. ... 25

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Figura 2.15 - Estratigrafia esquemática da área de estudo (adaptado de Karpeta, 2016). ... 26

Figura 3.1 – Fluxograma da etapa de classificação geomecânica. ... 29

Figura 3.2 - Fluxograma da etapa de análise cinemática... 30

Figura 3.3 - Disposição da possível configuração das Cavas teóricas A e B, bem como os respectivos taludes. Em destaque observa-se as seções definidas e a localização dos furos utilizados nesse estudo... 31

Figura 3.4 - Amostras coletadas do furo F28 para teste de compressão uniaxial. ... 33

Figura 4.1 – Trechos dos testemunhos do furo F28, nas profundidades: A- 314,2 a 329,8 m. B –343,55 a 377,6 m. ... 35

Figura 4.2 - Trechos de testemunhos do furo 28 correspondentes às profundidades entre 94,15 e 122,30 metros... 36

Figura 4.3 - Identificação das feições representativas para análise do índice RMR em OTV.38 Figura 4.4 - Análise de ruptura circular do perfil 1. ... 40

Figura 4.5- Análise de ruptura circular do perfil 2. ... 41

Figura 4.10 – Análise cinemática de ruptura em cunha referente ao talude 1... 46

Figura 4.11 – Análise cinemática de ruptura planar referente ao talude 1. ... 46

Figura 4.12 - Análise cinemática de tombamento flexural referente ao talude 1. ... 47

Figura 4.13- Análise cinemática de ruptura em cunha referente ao talude 2. ... 47

Figura 4.14 - Análise cinemática de ruptura planar referente ao talude 2. ... 48

Figura 4.15 - Análise de tombamento flexural referente ao talude 2. ... 48

Figura 4.16 - Análise cinemática de ruptura em cunha referente ao talude 3. ... 49

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ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 2.1 - Qualidade do maciço a partir do RQD (Deere, 1988). ... 6

Quadro 2.2 - Estimativas de resistência à compressão uniaxial e de carga pontual (Brown, 1981). ... 7

Quadro 2.4 - Classificação dos maciços rochosos, por meio do índice RMR (modificado de Bieniawski, 1989). ... 10

Quadro 2.5 - Constantes da rocha intacta m𝑖 (traduzido de Hoek et al., 2013). ... 11

Quadro 3.1 - Características dos furos utilizados no estudo. ... 30

Quadro 3.2 - Medidas estruturais das feições de análise do estudo. ... 31

Quadro 4.1 - Dados obtidos por meio da análise de RQD do furo F28. ... 35

Quadro 4.2 - Resultados e classificação testes de compressão uniaxial do furo F28. ... 36

Quadro 4.3 - Atribuição de pesos para o maciço rochoso, índice RMR, a partir dos três furos de sondagem. ... 37

Quadro 4.4 – Valores de entrada para obtenção dos parâmetros do critério de Hoek-Brown.39 Quadro 4.5 - Valores obtidos para o critério de Hoek-Brown. ... 39

Quadro 4.6 - Fatores de segurança obtidos a partir das análises de ruptura circular. ... 45

Quadro 4.7 - Probabilidades de ruptura das cavas teóricas. ... 55

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Resumo

A implantação de qualquer projeto de engenharia necessita da realização de obras que solicitam diversas competências ao terreno a qual serão estabelecidas. Sendo assim, torna-se muito importante a caracterização das rochas que suportarão essas grandes estruturas. Os maciços rochosos são compostos por porções de rochas intactas delimitadas por descontinuidades, essas zonas de fraqueza são responsáveis por diminuir a resistência das rochas que o compõe. A caracterização de maciços rochosos tem como objetivo determinar o comportamento mecânico das rochas que compõe o substrato. Com isso, é possível identificar as melhores geometrias e disposições acerca das edificações, taludes ou aterros em relação às características geomecânicas da região. Os sistemas de classificação de maciços rochosos contribuem para uma metodização dessa análise, o que facilita a agilidade na descrição e comparação das propriedades das rochas. Este trabalho sugere a caracterização e classificação do maciço rochoso pertencente à Formação dos Castelo dos Sonhos, por meio da análise dos índices RQD, RMR, teste de compressão uniaxial, critério de ruptura de Hoek-Brown e análises cinemáticas das cavas teóricas A e B. As rochas constituintes do maciço se tratam, em geral, de metarenitos e metaconglomerados muito silicificados e mineralizados em ouro. Essas rochas possuem resistência a compressão uniaxial em média de 100 MPa, obtida a partir do teste de compressão uniaxial. A análise de RQD atestou a qualidade de 77%, e se enquadra na categoria de bons maciços rochosos. O RMR atingiu pontuação de 71 e foi classificado como Classe II. Tais características são refletidas pelos altos fatores de segurança obtidos nas simulações de ruptura circular. As análises cinemáticas indicam possibilidades de movimentos de massa do tipo ruptura planar e tombamento flexural nos taludes da Cava B. Nesse sentido, por meio dos resultados desse estudo, a Cava A, apresenta-se mais segura do ponto de vista geotécnico, para dar início da explotação.

Palavras chave: classificação geomecânica, hoek-brown, modelo geomecânico, análises cinemáticas.

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xviii

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Abstract

The implementation of any engineering project requires the completion of works that utilize different methods to match terrain’s features where they will be established. Therefore, it becomes very important to characterize the rocks that will support these large structures. Rock massifs are composed of portions of intact rocks delimited by discontinuities, these zones of weakness are responsible for reducing the resistance of the rocks that compose them. The characterization of rock masses aims to determine the mechanical behavior of the rocks that make up the substrate. With this, it is possible to identify the best geometries and dispositions of the buildings, slopes or embankments in relation to the geomechanical characteristics of the region. Rock mass classification systems contribute to a methodization of this analysis, which facilitates agility in the description and comparison of rock properties. This work suggests the characterization and classification of the rock mass belonging to the Castelo dos Sonhos Formation, through the analysis of RQD, RMR, uniaxial compression test, Hoek-Brown failure criterion and kinematic analysis of theoretical pits A and B. The rocks that make up the massif are, in general, very silicified and gold-mineralized metarenites and metaconglomerates. These rocks have an average uniaxial compressive strength of 100 MPa, obtained from the uniaxial compression test. The RQD analysis attested to the quality of 77%, and it falls into the category of good rock massifs. The RMR achieved a score of 71 and was classified as Class II. Such characteristics are reflected by the high safety factors obtained in the circular rupture simulations. The kinematic analysis indicate the possibility of mass movements of the planar rupture type and flexural toppling on the slopes of pit B. In this sense, through the results of this study, pit A is safer from a geotechnical point of view, to commence the exploitation.

Key words: geomechanical classification, hoek-brown, geomechanical model, kinematic analysis.

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CAPITULO 1

1 INTRODUÇÃO

1.1 APRESENTAÇÃO

Os empreendimentos relativos à mineração possuem vários desafios no que se diz respeito à explotação de bens minerais. Isso ocorre, pois, a otimização das atividades minerárias aplicadas a várias frentes de avanço de lavra requerem estudos que abarquem mais acurácia, principalmente onde o minério mergulha com inclinações relativamente altas em grandes profundidades. Esses estudos são importantes para que as atividades sejam realizadas de forma viável economicamente e, sobretudo, de maneira segura. Tudo isso exige métodos de escavação e análise de estabilidade que definirão a geometria das obras de engenharia que serão aplicadas no local, seja para aplicação dos taludes de cavas e pilhas de estéril, barragens ou estradas (Reis, 2010).

O depósito de Castelo de Sonhos, estudado pela empresa de mineração TriStar Gold Inc., está localizado no município de Altamira, no distrito de Castelo de Sonhos, na porção sudoeste do Estado do Pará (Figura 1.1). Contextualiza-se por rochas metassedimentares da Formação Castelo dos Sonhos, com ocorrência de mineralizações de ouro em ambiente caracterizado como paleoplacer modificado.

O conjunto de rochas presentes no depósito é altamente silicificado com padrões de fraturamento. A partir das informações adquiridas por meio de amostragem por sondagem foi realizado o sequenciamento da possível geometria da cava teórica para explotação de ouro.

Na realização deste trabalho buscou-se identificar o comportamento do maciço rochoso em relação à implantação de duas cavas teóricas de mineração. Para isso realizou-se, a descrição geotécnica de testemunhos convencionais e ópticos utilizando RQD (Rock Quality Designation), RMR (Rock Mass Rating) e análise cinemática de taludes.

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2 Figura 1.1 - Mapa de localização da área de estudo.

1.2 OBJETIVOS

O presente trabalho tem por objetivo realizar a análise da orientação e disposição geométrica da cava teórica de explotação de minério com relação às estruturas geológicas e características físicas das litologias que compõe o depósito.

1.2.1 Objetivos Específicos

Classificação geomecânica de maciços rochosos segundo RQD, RMR e análise cinemática de ruptura de taludes.

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3 1.3 JUSTIFICATIVA

Para que o projeto de explotação seja bem sucedido e seguro é importante que haja uma investigação estrutural e geomecânica dos maciços rochosos que serão a base da obra ou serão afetadas por cortes ou remoções de material. Essas atividades se iniciam desde o planejamento até o acompanhamento e fechamento da mina (Silva, 2020).

Como tais projetos assumem grandes dimensões e grandes custos para realização, as fases de estudos iniciais fazem-se primordiais para entender os desafios que serão propostos pelo projeto e com isso premeditar possíveis problemas e as devidas soluções para a sequência da implantação, isso tudo para maximizar a economia e segurança do empreendimento (Costa, 2016).

Por este motivo, a comparação da possibilidade de aplicação de uma cava de explotação de minério teórica com relação às estruturas e maciços rochosos da região se torna muito pertinente, não só para o caso do depósito de Castelo de Sonhos, mas também para qualquer obra de engenharia.

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4

CAPÍTULO 2

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 MACIÇOSROCHOSOS

Os maciços rochosos são conjuntos de blocos de rocha intacta ou somente rocha intacta e os planos de fraqueza que delimitam essa rocha, as descontinuidades. Os maciços possuem diferenças relacionadas aos tipos de litologias, alterações e presenças de descontinuidades.

Essas heterogeneidades oferecem diversos tipos de comportamentos geomecânicos (Mesquita, 2008).

Cada maciço rochoso reage de maneiras diferentes segundo o tipo de construção que será estabelecida a sua estrutura. Dessa forma, segundo cada projeto, suas dimensões e particularidades devem ser estudadas a fim de entender como o maciço e a obra se comportarão um com relação ao outro (Vallejo et al., 2002).

Segundo a International Society of Rock Mechanics (ISRM) (1981), as principais características das descontinuidades que interferem no comportamento dos maciços rochosos são: espaçamento, rugosidade, orientação, preenchimento, persistência, abertura e percolação de água (Figura 2.1).

Figura 2.1 – Características das descontinuidades (modificado e traduzido de ISRM, 2007).

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5 2.1.1 O Índice de Qualidade da Rocha (RQD)

O RQD (Rock Quality Designation), determinado por Deere e Deere (1964), se trata de um índice pioneiro para análises quantitativas, é utilizado para indicar a qualidade do maciço rochoso a partir de suas características físicas. Nele leva-se em consideração o número de fraturas e descontinuidades existentes ao longo da rocha por meio da recuperação de testemunhos de furos de sondagem.

O RQD é calculado a partir da razão entre a soma dos comprimentos do testemunho maiores de 10 cm pelo comprimento total do furo (Equação 1). É importante ressaltar que as fraturas mecânicas causadas artificialmente pela sondagem não devem ser consideradas como descontinuidades, uma vez que só devem ser levadas em consideração descontinuidades naturais (Deere, 1988). A Figura 2.2 ilustra o procedimento realizado para obtenção desse índice.

𝑅𝑄𝐷 = ∑ 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑒𝑚𝑢𝑛ℎ𝑜 > 10𝑐𝑚

𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑠𝑡𝑒𝑚𝑢𝑛ℎ𝑜 𝑥 100 (1)

Figura 2.2 - Método de cálculo de RQD (modificado de Deere, 1988).

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6

Após o cálculo do índice é possível classificar a rocha em uma das cinco categorias (Quadro 2.1). Entretanto é possível perceber que o RQD não é suficiente para classificar o maciço rochoso, pois este método não leva em consideração os preenchimentos, orientações, rugosidades e alterações das descontinuidades, bem como a presença de água e as características da rocha intacta. Dessa forma é recomendado que seja utilizado outro método em conjunto para a caracterização do maciço (Hoek et al., 1995).

Quadro 2.1 - Qualidade do maciço a partir do RQD (Deere, 1988).

RQD (%) Descrição

0 – 25 A - Muito Pobre

25 – 50 B - Pobre

50 – 75 C - Regular

75 – 90 D - Bom

90 – 100 E - Excelente

2.1.2 Ensaios de Compressão Uniaxial

O teste de compressão não confinada (uniaxial) é um dos testes mais utilizados para se avaliar os parâmetros geomecânicos de uma rocha. Isso se deve pela facilidade e agilidade na qual é possível realizar e adquirir seus resultados. O objetivo desse ensaio é caracterizar e classificar o material rochoso segundo sua resistência. De acordo com Brown (1981), as rochas podem ser classificadas de acordo com seu grau de resistência por meio de testes empíricos (Quadro 2.2).

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7

Quadro 2.2 - Estimativas de resistência à compressão uniaxial e de carga pontual (Brown, 1981).

Grau Designação (MPa) Análise

R6 Extremamente Resistente >250 A rocha lasca depois de sucessivos golpes de martelo e ressoa quanto é atingida R5 Muito Resistente 100 a

250

Requer muitos golpes de martelo para partir em pedaços de rocha

R4 Resistente 50 a 100 Pedaços pequenos de rocha seguros com a mão são partidos com um único golpe de martelo R3 Medianamente Resistentes 25 a 50

Um golpe firme com a ponta do martelo de geólogo faz sulcos de até 5mm; o canivete

consegue raspar a superfície da rocha R2 Branda 5 a 25 Canivete corta a amostra, mas não o molda R1 Muito Branda 1 a 5 Esmigalha-se com o impacto da ponta do

martelo, pode ser raspada com canivete R0 Extremamente Branda 0,25 a 1 Pode ser marcado com a unha

No Brasil o teste é balizado pela norma ABNT NBR 15845/2010. Nesse procedimento, os corpos de prova são amostras de furos de sondagem, onde os testemunhos são cortados em cilindros representativos acerca do litotipo estudado. Essa metodologia tem a finalidade de submeter a amostra a um sistema de teste de resistência do material a partir de uma prensa hidráulica, da qual é possível registrar os dados da força a qual o corpo é submetido até a sua ruptura.

Como produto da análise, é possível identificar com mais assertividade quais os esforços o maciço é capaz de suportar e qual é o seu limite de ruptura. Esses valores fornecem recursos que podem ser utilizados tanto nas avaliações para instalação de obras de engenharia, quanto para análise de softwares em simulações rupturas do maciço. Ainda é possível emprega-lo em caracterizações de índices geomecânicos, como é o caso RMR (Rock Mass Rating) que será descrito a seguir.

2.1.3 Classificação RMR (Rock Mass Rating)

A classificação RMR, desenvolvido por Bieniawski (1973), é um sistema empírico, desenvolvido para o dimensionamento de obras subterrâneas, mas que, ao longo do tempo, passou a possuir várias aplicações para análise de taludes (Castro, 2004).

Este sistema baseia-se em seis parâmetros cujos quais o autor julgou como os mais significativos para classificação de maciços rochosos:

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8

• Resistência à compressão uniaxial;

• RQD;

• Espaçamento entre as descontinuidades;

• Condições das descontinuidades;

• Condições de água;

• Orientação das descontinuidades;

Cada um dos parâmetros possui fatores de qualidade cujo qual atribui-se um valor de acordo com as características da rocha, a soma desses valores pode resultar entre 0 a 100, quanto mais alta a nota maior a qualidade do maciço. Também é possível aplicar perda de pontos devido à orientação dos planos das estruturas com relação as obras que serão aplicadas nesse maciço, como túneis e minas. A Figura 2.3 expõe os valores de cada parâmetro para cálculo do RMR e classificação do maciço rochoso.

Figura 2.3 - Parâmetros e pontuações da classificação RMR (traduzido por Ferreira Filho, 2022, de Bieniaswki, 1989).

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9

Para a aplicação correta desse índice de classificação é importante dividir o maciço analisado em domínios de propriedades geológicas semelhantes, em relação à litologia e às famílias de descontinuidades. Apesar disso, dentro desses domínios é possível que ocorram mudanças das quais seja necessária a individualização em subdomínios devido às diferenças nos padrões das descontinuidades dentro da mesma litologia (Hoek et al., 2000).

O sistema de Bieniawski (1989) é de fácil aplicabilidade e pode ser obtidos a partir de mapeamento geológico e furos de sondagem. A série de gráficos (Figura 2.4) apresenta a possibilidade de determinar com maior precisão os parâmetros, sua relação com o índice RQD e os espaçamentos entre as descontinuidades. Como resultado da atribuição de pesos pode-se classificar o maciço em cinco classes (Quadro 2.3).

Figura 2.4 - Gráficos de parâmetros e pontuações para o RMR. a) Pontuação em relação à compressão uniaxial, b) Pontuação em relação à variação do espaçamento, c) Pontuação em relação ao RQD e d) Correlação entre RQD e espaçamento (Aksoy, 2008).

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Quadro 2.3 - Classificação dos maciços rochosos, por meio do índice RMR (modificado de Bieniawski, 1989).

Somatório

RMR Classe Qualidade do Maciço

Coesão da maça rochosa (KPa)

Ângulo de atrito da massa rochosa

81 - 100 I Muito bom > 400 > 45

61 - 80 II Bom 300 - 400 35 - 45

41 - 60 III Razoável 200 - 300 25 - 35

21 - 40 IV Fraco 100 - 200 15 - 25

< 20 V Muito Fraco < 100 < 15

2.2 CRITÉRIO DE RESISTÊNCIA HOEK-BROWN

O critério de resistência de Hoek-Brown é aplicado ao o estudo da estabilidade de maciços rochosos fraturados e isotrópicos. Dessa forma, considera-se que a rocha se comporte, de maneira geral, como as amostras de rocha intacta submetidas à ensaios de laboratório (Marinos e Hoek, 2000). O critério consiste em analisar o aumento não linear na resistência de pico de uma rocha a partir do aumento da tensão confinante. Segundo Hoek et al., (2002), o critério de Hoek-Brown generalizado é dado pela Equação 2:

σ₁ = σ₃+ σ_𝑐(𝑚_bσ₃ σ_𝑐+ 𝑠)

𝑎

(2)

Onde:

σ₁ e σ₃ são as respectivas tensões principais efetivas, maior e menor, na ruptura;

σ_𝑐 é a resistência à compressão uniaxial;

𝑚𝑏é a constante para o maciço;

s e a são as constantes do maciço rochoso relativas ao ângulo de atrito.

Dessa forma, σ_𝑐 pode ser determinado por estimativa de golpes de martelo ou ensaios mecânicos de compressão uniaxial.

Para determinação do m𝑏, utiliza-se a Equação 3:

(35)

11

m_𝑏= m_𝑖 𝑒^{𝐺𝑆𝐼−100}^28−14𝐷 (3)

Onde:

m_𝑖 é a constante da rocha intacta (Quadro 2.4).

D é o nível de perturbação do maciço (Figura 2.5).

GSI é o índice de resistência geológica (Figura 2.6).

Quadro 2.4 - Constantes da rocha intacta m𝑖 (traduzido de Hoek et al., 2013).

Tipo de

Rocha Classe

Grupo Textura

Grossa Média Fina Muito

Fina

Sedimentar

Clástica

Conglomerado

(21±3) Arenito 17±4

Siltito 7±2

Argilito 4±2

Brecha (12±3) Grauvaca

18±3

Folhelho (6±2)

Não clástica

Carbonatad o

Calcário Cristalino (12±3)

Calcário (9±2)

Dolomita (9±3)

Químico Gipsita

8±2

Anidrita

12±2

Orgânico

Calcário Biogênic

o 7±2

Metamórfic a

Não foliada

Mármore 9±3

Hornfels (19±4)

Quartizit o 20±3

Metarenit

o (19±3)

Levement e foliada

Migmatito (29±3)

Anfibolito

26±6

Foliada Gnaisse

28±5

Xisto 12±3

Filito 7±3

Ardósia 7±4 Ígnea Plutônica Ácida

Granito 32±3

Diorito

25±5

Granodiorito

(36)

12 (29±3) Básica

Gabro

27±3

Norito 20±5

Dolerito

(16±5)

Hipabissal Porfirito

(20±5) Diabásio

(15±5)

Peridotito (25±5)

Vulcânica

Lava

Riolito (25±5)

Dacito

(25±3) Obsidiana (19±3) Andesito

25±5

Basalto (25±5) Piroclástica

s

Aglomerado (19±3)

Brecha (19±5)

Turfa

(13±5)

Para constatar os valores de “a” e “s” utiliza-se as seguintes Equações 4 e 5:

𝑎 = 1 2+1

6(𝑒⁻^𝐺𝐼𝑆¹⁵ − 𝑒⁻²⁰³) (4)

𝑠 = 𝑒^{𝐺𝑆𝐼−100}^9−3𝐷 (5)

O parâmetro D(Disturbance) é o grau de perturbação a qual o maciço pode ser submetido devido a atividades de explotação, vibrações de desmonte de rochas e reduções de tensão na abertura de novas frentes de lavra. Esse parâmetro varia de 0 a 1 (Figura 2.5).

(37)

13

Figura 2.5 – Constantes de perturbação da rocha (D) (modificado de Hoek et al., 2013).

O GSI (Geological Strength Index) foi proposto por Hoek (1995) como substituição do índice RMR para relacionar os critérios de ruptura em relação às características geológicas observadas em campo. O sistema passou por uma atualização segundo Hoek et al.,(2013) onde foi implementado um ábaco para que seja possível estimar o valor GSI. Esse índice estabelece um valor acerca da qualidade do maciço rochoso por meio do RQD e a estruturação e condições

(38)

14

das descontinuidades do maciço rochoso. Dessa forma é possível utilizar as características de descrição de fraturas de Bieniawski (1989) para caracterização dessas superfícies de fraqueza.

(Figura 2.6).

Figura 2.6 - Geological Strength Index (GSI) (traduzido de Hoek et al., 2013).

2.2.1 Análise Cinemática

As rupturas de maciços rochosos são controladas por feições geológicas, como planos de estratificação, acamamento, falhas e fraturas. Dessa forma, é possível que uma dessas características seja a superfícies preferencial para deslizamentos. Em casos de rochas em que

(39)

15

não existam descontinuidades que contribuam significativamente para a ruptura é possível que o grau de intemperismo possa favorecer para que a ruptura aconteça (Hoek e Bray, 1981)

De acordo com Hoek e Bray (1981), as análises cinemáticas de taludes visam avaliar a possiblidade da ocorrência de diferentes modos de ruptura de taludes ou encostas (planar, tombamento, cunha e circular). Essa investigação busca enfatizar qual altura e inclinação um talude escavado em rocha pode ter para que sua integridade não seja comprometida.

Para que a análise seja feita deve-se entender qual o padrão das medidas estruturais acerca das descontinuidades estão presentes no maciço rochoso, distinguindo as famílias de planos de fraqueza. A representação gráfica desse tipo de análise é realizada por meio do Diagrama de Igual Área (Rede de Schmidt). Com isso, as informações estruturais coletadas em campo podem ser plotadas na rede estereográfica e de acordo com o arranjo de suas feições podem ser interpretadas a fim de calcular as probabilidades de ruptura.

2.2.1.1 Ruptura Planar

Para que haja a ruptura planar (Figura 2.7) é necessário que a camada mergulhe aproximadamente no mesmo sentido do talude, com mergulho do plano menor que o mergulho do talude e inclinação maior que o ângulo de atrito. Dessa forma é estabelecido um limite lateral em que os polos dessas descontinuidades devem se concentrar para favorecer esse tipo de ruptura (Oliveira e Monticeli, 2018).

Figura 2.7 – Exemplo de análise cinemática de ruptura planar (modificado, Hoek e Bray, 1981).

(40)

16 2.2.1.2 Tombamento Flexural

Para que ocorra o tombamento flexural é necessário que os mergulhos das descontinuidades possuam sentidos opostos ao ângulo de inclinação do talude e menor do que o ângulo de atrito (Figura 2.8) (Oliveira & Monticeli, 2018).

Figura 2.8 – Exemplo de análise cinemática de tombamento flexural (modificado Hoek e Bray, 1981).

2.2.1.3 Ruptura em Cunha

Para que a ruptura em cunha ocorra é necessário que os planos das descontinuidades tenham planos que se cruzem (Figura 2.9). Caso a intersecção desses planos gere uma linha com caimento com o ângulo menor que o mergulho do talude, e inclinação superior ao ângulo de atrito, a ruptura em cunha pode ocorrer (Hoek e Bray, 1981).

Figura 2.9 – Exemplo de análise cinemática de ruptura em cunha (modificado Hoek e Bray, 1981).

(41)

17 2.2.1.4 Ruptura Circular

Segundo Pereira (2013) as rupturas circulares transcorrem em maciços cujo intemperismo é mais severo ou possuem muitas descontinuidades, dessa forma o maciço já apresentará baixa resistência e com isso a rocha passa a ter características de solo e se rompe rotacionalmente (Figura 2.10). Esse tipo de ruptura são consideras as mais críticas em taludes homogêneos (Abramson, 2002).

Figura 2.10 - Geometria da ruptura circular (modificado de Hoek e Bray, 1981).

De acordo com Massad (2010), os principais métodos utilizados para os cálculos de estabilidade de análise de ruptura são os analíticos, baseados na teoria de equilíbrio limite onde os métodos mais comuns são os de Morgenstern-Price (1965), Spencer (1973), Bishop (1955) e Jambu (1954), partindo das premissas de que:

• O solo ou rocha se comporta como material rígido-plástico e rompe-se bruscamente, sem haver deformação.

• Os cálculos de equilíbrio estático só são válidos até a ruptura, pois na verdade se trata de um processo dinâmico.

• O fator de segurança atribuído é uma constante, ao longo de toda superfície de ruptura, com isso ignora-se parâmetros de ruptura progressiva.

A análise de taludes ou encostas envolve um conjunto de procedimentos para quantificar a probabilidade da ruptura em uma superfície. A valor que mede essa probabilidade é o fator de segurança (FS), que corresponde ao cálculo da razão entre somatório das forças de

(42)

18

resistência da região em detrimento do somatório das forças motoras atuantes na superfície que favorecem o movimento.

Segundo Fellenius (1922), o fator de segurança é uma relação entre a resistência da superfície de ruptura do talude e a tensão atuante para ruptura, representado pela Equação (6):

FS = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎𝑜 𝑐𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙

𝑇𝑒𝑛𝑠õ𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑠𝑎𝑙ℎ𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 (6)

Em rupturas por superfícies circulares onde existe um centro de rotação o valor do fator de segurança é calculado pela Equação (7):

FS = 𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛í𝑣𝑒𝑙

𝑀𝑜𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛𝑡𝑒 (7)

2.3 CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL

A área do presente estudo localiza-se na porção centro-sul do Cráton Amazonas, na região central da província Tapajós-Parima e Amazônia Central, no limite de seus respectivos domínios: Tapajós e Iriri-Xingu, especificamente no limiar da Formação Castelo dos Sonhos e Grupo Iriri. Nesse sentido, serão abordadas nesse capítulo, de maneira resumida, as principais características do Cráton Amazonas com ênfase nas unidades presentes na área de estudo (Santos 2003).

2.3.1 O Cráton Amazonas

O Cráton Amazonas se trata de uma das unidades geotectônicas pré-cambrianas que compõe a Plataforma Sul-Americana. Ele localiza-se na porção norte da América do Sul e abrange a parte norte do Brasil, além da Guiana Francesa, Suriname, Guiana, Venezuela, Colômbia e Bolívia. Os limites físicos do cráton correspondem à margem atlântica, ao norte;

pela cadeia andina, ao oeste; e pelas faixas orogênicas neoproterozóicas das margens do Escudo Atlântico formadas durante o Ciclo Brasiliano (Schobbenhaus & Brito Neves, 2003).

(43)

19

Ao longo do tempo muitos modelos de divisão, propondo a separação do cráton em províncias com similaridades tectônicas e/ou geocronológicas foram propostos, dentre esses, será utilizado nesse trabalho o de Santos (2003). Este modelo sugere a separação do Cráton Amazonas em sete províncias geotectônicas/geocronológicas: Carajás (3000 – 2500 Ma), Transamazonas (2260 – 1990 Ma), Tapajós – Parima (2030 – 1860 Ma), Amazônia Central (1900 – 1860 Ma), Rondônia – Juruena (1850 – 1540 Ma), Rio Negro (1820 – 1520 Ma) e Sunsás (1450 – 1000 Ma) (Figura 2.11).

(44)

20

Figura 2.11- Localização dos domínios Tapajós e Iriri-Xingu em relação às províncias geocronológicas do Cráton Amazônico, de acordo com Santos (2003). Adaptado (Vasquez et al., 2008a).

2.3.2 Província Tapajós-Parima

A Província Tapajós-Parima localiza-se no centro do Cráton Amazonas, e é limitada, a leste, pelas províncias Amazônia Central e Transamazonas; a oeste, pelas províncias paleoproterozóicas mais jovens, Rondônia-Juruena e Rio Negro (1,85 –1,70 Ga).

Segundo Santos (2003), as rochas pertencentes a essa região têm idade paleoproterozóica (2,10 Ga – 1,87 Ga) e culminaram da acreção de um ou mais arcos magmáticos, que possuem orientação NW-SE. Essas rochas foram adicionadas a borda do núcleo do cráton, o que gerou uma assembleia de rochas de origem magmática.

Dessa forma, essa província é constituída pelos domínios Parima e Uaimiri que se localizam ao norte da bacia do Amazonas, e pelos domínios Tapajós e Alta Floresta, ao sul da bacia.

2.3.3 Domínio Tapajós

O Domínio Tapajós (Figura 2.12) está localizado na parte central da Província Tapajós Parima, é limitado a leste pelo Domínio Iriri-Xingu e a norte e a sul pelas bacias do Amazonas e do Alto Tapajós respectivamente. Este domínio possui as fronteiras praticamente coincidentes aos limites da Província Aurífera do Tapajós, o que compreende uma área de aproximadamente 1.400 km² (Vasquez et al., 2008a).

(45)

21

Figura 2.12 - Mapa geológico do Domínio Tapajós com destaque para a localização do depósito aurífero de Castelo de Sonhos, indicado pela estrela (adaptado de Vasquez et al., 2015).

O domínio é formado por um arco vulcano-sedimentar com orientação NW-SE composto por rochas metamórficas e sedimentares. A evolução dessa região ainda gera muito

(46)

22

debate entre comunidade científica, segundo o modelo de Santos et al., (2003, 2004), é proposto a acreção de cinco arcos magmáticos consecutivos seguidos de um período pós orogênicos. Por outro lado, Vasquez et al., (2008a) propõe apenas um arco magmático, o Arco Cuiú-Cuiú, que colidiu com o núcleo do cráton ao leste, a Província Amazônia Central, representado pelo Grupo Jacareacanga, em apenas um evento orogênico (Orogênese Cuiú-Cuiú), que depois experimentou vários pulsos magmáticos pós-orogênicos e a geração de riftes continentais em ambientes extensionais, a cerca de 1,88 Ga.

2.3.3.1 Formação Castelo dos Sonhos

A Formação Castelo dos Sonhos (2,08 Ga) está localizada no limite entre os Domínios Tapajós e Iriri-Xingu, se trata de um vestígio de uma bacia sedimentar do tipo foreland ou (foreland quebrado), e é a unidade mais antiga do Domínio Tapajós. É formada por uma sequência metassedimentar caracterizada por metarenitos e metaconglomerados muito silicificados originados por rios entrelaçados combinados com leques aluviais. (Vasquez et al., 2008b; Klein et al., 2014).

A evolução dessa formação (Figura 2.13) se deu partir de quatro estágios principais:

(a) - A partir dos momentos finais de um antigo cinturão orogênico riaciano localizado a leste da deposição da bacia de Castelo dos Sonhos.

(b) - A deposição da bacia sedimentar pouco tempo antes do início do desenvolvimento da evolução da Província Tapajós.

(c) - Origem do arco continental Cuiú-Cuiú em associação com o Grupo Jacareacanga e a Suíte Intrusiva Creporizão.

(d) Rifteamento que culminou na separação da Formação Castelo dos Sonhos da Província Siliciclásticas de Uatumã, além novas intrusões de suítes intrusivas (Tropa, Parauari e Maloquinha).

(47)

23

Figura 2.13 - Seção crustal esquemática da evolução geotectônica da Formação Castelo dos Sonhos (Klein et al., 2017).

2.3.3.2 Complexo Cuiú-Cuiú

O Complexo Cuiú-Cuiú (2,03 – 2,0 Ga) é composto por ortognaisses de fácies anfibolitos e granitoides com características cálcio-alcalinas típicas de arcos magmáticos relativos a subducção de placa oceânicas. Esta unidade está associada a sequências metavulcanossedimentares do Grupo Jacareacanga (2,1 Ga) com rochas, predominantemente, de fácies xisto verde. O Complexo Cuiú-Cuiú em associação ao Grupo Jacareacanga forma o Arco Cuiú-Cuiú. (Vasquez et al., 2002; Santos et al., 2004).

(48)

24 2.3.3.3 Suíte Intrusiva Crepurizão

A Suíte Intrusiva Crepurizão (1,99 – 1,96 Ga) é caracterizada como batólitos graníticos cálcio-alcalinos de alto K, com características geoquímicas de arco magmáticos de rochas pós- colisionais que intrudiram o Arco Cuíu-Cuíu (Vasquez et al., 2008,).

2.3.3.4 Suíte Intrusiva Tropas

A Suíte Intrusiva Tropas (1,9 – 1,89 Ga), composta por rochas vulcânicas e plutônicas pós orogênicas caracterizadas por granitoides calcioalcalinos de alto K e tonalitos (Vasquez et al., 2008a).

2.3.3.5 Suíte Intrusiva Parauari

Essa suíte se desenvolveu a partir de uma grande intrusão (1,88 – 1,87 Ga), caracterizada em sua maior parte por granodioritos, tonalitos e em menor parte por diversos tipos de granitoides. Tais rochas possuem registro cálcio-alcalino com alto K. Dessa forma, foram interpretadas, segundo Santos (2004), como originadas de arco magmático continental e, de acordo com Vasquez (2008a), como um ambiente extensional pós-orogênico.

2.4 CONTEXTO GEOLÓGICO LOCAL

A área de estudo deste trabalho está inserida no Contexto Geológico da Formação Castelo dos Sonhos, situada nos limites leste da Província Tapajós-Parima, pertencente ao Domínio Tapajós (Vasquez, 2008a). A área é construída por rochas metassedimentares, principalmente metarenitos e metaconglomerados fortemente silicificados, que possuem mergulho médio de aproximadamente 30º para SE e em algumas regiões apresentam estruturas sedimentares. Ainda, em algumas porções, ocorrem intrusões graníticas e rochas vulcânicas e subvulcânicas félsicas e máficas que cortam as associações sedimentares (Karpeta, 2016) (Figura 2.14).

(49)

25 Figura 2.14 - Mapa litológico da área de estudo TriStar Gold.

Segundo Karpeta (2016), a região composta pela Formação Castelo de Sonhos é definida em quatro unidades litoestratigráficas para o pacote sedimentar (Figura 2.15).

(50)

26

Figura 2.15 - Estratigrafia esquemática da área de estudo (adaptado de Karpeta, 2016).

• Unidade I: composto por pacotes de 50 metros de espessura, estruturados por alternância de metarenitos com estratificação cruzada acanalada, moderadamente selecionados, sub-maturos e de granulação grossa, e camadas menos espessas de metaconglomerados seixosos com clastos suportados pela matriz, oligomíticos, moderadamente selecionados, com clastos de veios de quartzo em sua maioria, além de clastos de quartzito.

• Unidade II: pacote de até 50 metros, com alternância entre conglomerados suportados pela matriz, oligomíticos, pobremente selecionados, com clastos de tamanho bloco, sub-arredondados a muito bem arredondados de quartzito, e metarenitos com granulação areia muito grossa a média e estratificação cruzada tabular.

• Unidade III: pacote maior que 100 metros, integrado pela alternância entre lentes de metaconglomerados seixosos muito grossos, matriz-suportados, oligomíticos, com clastos de quartzito e metarenitos de granulação grossa com estratificação cruzada acanalada.

(51)

27

• Unidade IV: pacote mais espesso 100 metros, composto por metarenitos com estratificação cruzada do tipo herringbone em direção ao topo e concentrações de minerais pesados nos foresets.

A composição das rochas, principalmente em relação aos conglomerados indica a área fonte composta por rochas metassedimentares clásticas e metassedimentares químicas (quando se trada de rochas metavulcanossedimentares), pela presença de blocos de quartzo e quartzito além de formações ferríferas e seixos de xisto (Karpeta, 2016).

O depósito de ouro de Castelo de Sonhos, definido como depósito paleoplacer modificado, por conta da intercalação de rochas sedimentares pode refletir o avanço e recuo de um sistema aluvial. Com isso, essa formação pode ser interpretada como um complexo aluvial, dominada por um sistema entrelaçado, onde a sedimentação possa ter ocorrido devido ao soerguimento regional da área (Miall, 1996; Alkmim, 2011).

(52)

28

CAPÍTULO 3

3 METODOLOGIA

O alcance dos objetivos propostos foi condicionado à uma sequência metodológica que será descrita em detalhe a seguir.

Para a realização do estudo foram utilizados três furos de sondagem, F28, F173 e F287, os quais foram submetidos a distintas análises geotécnicas conforme explicitado pelo Quadro 3.1. Ainda como orientação, foi utilizado o projeto teórico da cava de mineração sequenciado a partir do recurso, onde o furo F173 está inserido na Cava A e o furo F287 na Cava B.

O furo F28, que possui seu testemunho preservado, teve amostras recolhidas para ensaios de compressão uniaxial. Este furo também foi submetido a análises de RQD e RMR para a aquisição das características geomecânicas da região.

Os furos F173 e F287, que possuem imagens de televisionamento óptico foram utilizados para análise estrutural das famílias de fraturas presentes localmente na região das cavas teóricas para análises cinemáticas.

A sequência das etapas de análises pode ser observada pela ilustração dos fluxogramas (Figura 3.1 e Figura 3.2).

(53)

29

Figura 3.1 – Fluxograma da etapa de classificação geomecânica.

(54)

30

Figura 3.2 - Fluxograma da etapa de análise cinemática.

Quadro 3.1 - Características dos furos utilizados no estudo.

Nome do Furo Profundidade

(m) Tipo de Sondagem Representação

F28 378 Amostragem de Testemunhos Geral

F173 94.5 Televisionamento Óptico Cava A

F287 135 Televisionamento Óptico Cava B

A partir da setorização das cavas teóricas A e B foram definidas seções para as simulações de ruptura circular e as medidas teóricas dos taludes para as análises cinemáticas.

Essas seções e medidas levaram em consideração o predomínio da disposição geométrica das

(55)

31

de ambas cavas teóricas. Dessa forma, os elementos estão espacialmente dispostos exibidos na Figura 3.3 e estão descritas no Quadro 3.2.

Figura 3.3 - Disposição da possível configuração das Cavas teóricas A e B, bem como os respectivos taludes. Em destaque observa-se as seções definidas e a localização dos furos utilizados nesse estudo.

Quadro 3.2 - Medidas estruturais das feições de análise do estudo.

Feição Azimute (º)

Mergulho (º)

Talude 1 255 75

Talude 2 350 75

Talude 3 135 75

Talude 4 255 75

Talude 5 350 75

Talude 6 135 75

(56)

32

Os parâmetros geotécnicos adquiridos a partir do furo F28 foram utilizados de forma geral para a região, visto que se tratam de uma associação de metarenitos e metaconglomerados muito silicificados, litologia padrão, presente nos três furos de sondagem. Dessa forma, o ângulo de atrito teórico atribuído a esse litotipo, segundo Barton e Choubey (1977) foi de 35º e peso específico aparente de 26,8 kN/m³, segundo Walthan (1994), ainda foi convencionado a condição de maciço não saturado, devido ao rebaixamento do lençol freático.

3.1 ETAPA DE CLASSFICAÇÃO GEOMECÂNICA 3.1.1 Obtenção de Amostras por Sondagem Rotativa

Furo de sondagem rotativa é um método de amostragem do qual se recupera o testemunho em cilindros de rocha de representatividade direta da litologia. O furo F28 trata-se de uma perfuração realizada por esse método, e dessa forma possui seu testemunho recuperado e preservado para realização das caracterizações geomecânicas de RQD, RMR e o teste de compressão uniaxial a partir de dez amostras coletadas do testemunho (Figura 3.4).

(57)

33

Figura 3.4 - Amostras coletadas do furo F28 para teste de compressão uniaxial.

(58)

34 3.1.2 Índices Geomecânicos

Os índices geomecânicos obtidos por meio do furo F28 forneceram valores resistência a compressão uniaxial, perturbação (D), GIS e mi, processados no RocLab Rocscience Sofware, para obtenção dos parâmetros de Hoek-Brown. Dessa forma, tais parâmetros foram utilizados como entrada no Slide 2D software para os cálculos do fator de segurança dos taludes teóricos da probabilidade de rupturas circulares.

3.2 ETAPA DE ANÁLISE CINEMÁTICA 3.2.1 Optical Televiewer (OTV)

O Optcial Televiewer (OTV) é um dispositivo de televisionamento que produz imagens contínuas e orientadas das paredes dos furos de sondagem. Por meio dessa técnica é possível identificar azimutes e mergulhos das descontinuidades reconhecidas durante a descrição do testemunho imageado (Frederick et al., 2014). Dessa forma, foi realizada a descrição litológica e estrutural referente aos furos F173 e F287.

3.2.2 Interpretação Cinemática

Identificada as descontinuidades, as medidas estruturais tomadas foram inseridas no Rocscience Dips Software, isso permitiu separa-las em famílias de fraturas. Então, foram gerados estereogramas para representa-las em relação à atitude de cada talude da Cava 1 e Cava 2, para o cálculo das porcentagens de ruptura.

(59)

35

CAPÍTULO 4

4 RESULTADOS E DISCUSÕES

4.1 ANÁLISE GEOMECÂNICA 4.1.1 RQD

A partir da análise do testemunho de sondagem do furo F28 foi possível obter o número de seguimentos de rocha maiores do que 10 cm ao longo de uma extensão de 378 m. Com isso, o RQD obtido foi de 77%, que pode ser observado no Quadro 4.1.

Quadro 4.1 - Dados obtidos por meio da análise de RQD do furo F28.

Profundidade Descrita (m) Número de Descontinuidades > 10 cm RQD Classificação

378 491 77% Bom

A maior porção do furo F28 apresenta-se como rochas muito coesas e silicificadas (Figura 4.1). Os trechos dos testemunhos possuem índices de RQD entre 75 – 100%, o que caracteriza essas regiões do maciço como sendo de excelente qualidade.

Figura 4.1 – Trechos dos testemunhos do furo F28, nas profundidades: A- 314,2 a 329,8 m. B –343,55 a 377,6 m.

(60)

36

Também é possível identificar trechos com grau de resistência menor (Figura 4.2). Essas regiões com maior grau de intemperismo apresentam pouca expressão durante todo o furo, e possuem um RQD menor do que a moda.

Figura 4.2 - Trechos de testemunhos do furo F28 correspondentes às profundidades entre 94,15 e 122,30 metros.

4.1.2 Ensaio de Compressão Uniaxial

As 10 amostras analisadas por meio do teste mecânico de compressão uniaxial forneceram os valores apresentados no Quadro 4.2.

Quadro 4.2 - Resultados e classificação testes de compressão uniaxial do furo F28.

Amostra UCS

(MPa) Classificação CP_01 132,38 Muito Resistente CP_02 101,71 Muito Resistente

CP_03 53,44 Resistente

CP_04 108,50 Muito Resistente CP_05 116,83 Muito Resistente

CP_06 94,06 Resistente

CP_07 100,66 Muito Resistente CP_08 163,83 Muito Resistente CP_09 177,33 Muito Resistente CP_10 181,43 Muito Resistente Média 123,02 Muito Resistente

(61)

37

As amostras apresentam altos valores de resistência aos esforços de compressão, com uma média de 123,02 MPa. Com isso, devido a alguns valores desviados da média foi adotado o valor de 100,00 MPa para os cálculos necessários da utilização desse índice.

4.1.3 Classificação RMR

Com análise dos parâmetros definidos por Bieniawiski (1973) acerca do furo de sondagem F28, que envolvem as descrições de RQD, testes de compressão uniaxial, descrições litológicas e análise das feições via OTV foi possível desenvolver a classificação de RMR (Quadro 4.3).

Quadro 4.3 - Atribuição de pesos para o maciço rochoso, índice RMR, a partir dos três furos de sondagem.

Categoria Parâmetro Análise Valor

Atribuído 1 Resistência à Compressão Uniaxial (MPa) 250-100 Mpa 12

2 RQD 90 - 75 % 17

3 Espaçamento entre as descontinuidades 20 - 60 cm 10

4 Condição das Descontinuidades -

4.1 Comprimento das Descontinuidades 1 a 3 m 4

4.2 Abertura 0,1 a 1 mm 4

4.3 Rugosidade Rugosa 5

4.4 Preenchimento Duro < 5 mm 4

4.5 Meteorização Ligeiramente alterada 5

5 Presença de água Água Intersticial 10

Total 71

• As feições analisadas podem ser detalhadas abaixo e observadas nas estruturas representativas das imagens ópticas dos furos F173 e F287 (Figura 4.3).

• O parâmetro de resistência à compressão uniaxial foi definido por ensaios mecânicos tendo como resultado 100 MPa, portanto peso 12.

• O peso do RQD foi de 17, devido a classificação de 75% - 90% do índice atribuído ao maciço.

(62)

38

• Analisando o espaçamento das descontinuidades observado no furo F173 e F287 atestou-se a média de 0,6 a 2 metros de espaçamento, correspondendo ao peso 5.

• As descontinuidades possuem, em sua maioria, comprimentos de 1 a 3 metros (4 pontos), aberturas de 0,1 a 1 mm (4 pontos), rugosidade (5 pontos), preenchimento duro < 5mm (4 pontos) e ligeiramente alterada (5 pontos).

Com relação à presença de água foi atribuída a característica de água intersticial devido à baixa porosidade das rochas da região além da não constatação de água durante as análises de OTV.

Figura 4.3 - Identificação das feições representativas para análise do índice RMR em OTV.

Dessa forma, o maciço rochoso possui boa classificação de RMR, com 71 pontos acumulados para o índice, categorizado como classe II.

4.1.4 Critério de Hoek-Brown

Para a determinação do critério de ruptura baseados na rocha intacta usando o método de Hoek-Brown utilizou-se quatro parâmetros de caracterização (Quadro 4.4): o m_𝑖 empregado

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foi 17, pois as rochas do estudo se tratam, em geral, de metarenitos e metaconglomerados, o fator D foi igual a 1 devido à alta silicificação das rochas e fraturas terem maior sensibilidade à escavação e desmonte de rochas. O valor para o índice GSI foi de 65, uma vez que se trata de uma faixa que compreende uma rocha de boa qualidade e o valor de resistência à compressão uniaxial foi de 100 MPa, por meio dos ensaios mecânicos supracitados.

Quadro 4.4 – Valores de entrada para obtenção dos parâmetros do critério de Hoek-Brown.

Classificação de Hoek-Brown

Parâmetro Valor

mi 17

D 1

GSI 65

UCS 100 MPa

A partir desses valores de entrada, foi possível processar os critérios de Hoek-Brown no RocLab Rocscience Software para obter os parâmetros 𝑚_b, s e a (Quadro 4.5).

Quadro 4.5 - Valores obtidos para o critério de Hoek-Brown.

Critério de Hoek-Brown

Parâmetro Valor

mb 1,3954

s 0,0029

a 0,5020

4.1.5 Ruptura Circular

A partir dos valores adquiridos pelo Critério de Hoek-Brown foi possível desenvolver simulações no Slide2 software empregando tais características aos taludes das seções de 1 a 6 (Figura 4.4 a Figura 4.9). Com as simulações de ruptura circular obteve-se os fatores de segurança para cada talude (Quadro 4.6).

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40 Figura 4.4 - Análise de ruptura circular do perfil 1.

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41 Figura 4.5- Análise de ruptura circular do perfil 2.

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