Caracterização Geomecânica de Maciços Rochosos: da Teoria à Prática. Prof. André Assis (UnB)

Caracterização Geomecânica de

Maciços Rochosos:

da Teoria à Prática

Sumário

•Introdução

•Engenharia de Rochas na Mineração

•Caracterização de Maciços Rochosos

•Alguns Desafios

Introdução

•Evolução significativa da Geotecnia Aplicada

à Mineração no Brasil nos últimos 25 anos

•Status da Geotecnia nas empresas de

mineração no Brasil ainda é secundário

•Restrições socioambientais e imposições de

Hoje 75% por Cava 

Tendência em 25 anos 

Método

Introdução - Desafios

•Valorização da geotecnia dentro da gestão

empresarial na mineração

•Valorização da consultoria geotécnica perante

as empresas de mineração

•Melhoria da base de conhecimento de

Engenharia de Rochas em

Mineração

•Taludes Naturais e Escavados

•Pilhas de Estéreis

•Fundações de Barragens

•Obras Subterrâneas (túneis, galerias, poços,

cavernas etc.)

Engenharia de Rochas

em Mineração

•Modelo geológico e hidrogeológico

•Caracterização geomecânica dos maciços rochosos

•Carregamentos (água, tensões in situ, sismos etc.)

•Modelamento de comportamento

Caracterização Geomecânica

de Maciços Rochosos

• Comportamento de uma obra em rocha depende da escala

relativa entre o tamanho da obra e o padrão de

fraturamento do maciço rochoso

• Obtenção de Parâmetros

• Direta

Caracterização Geomecânica

de Maciços Rochosos

< 1960

1960 - 1970

1970 - 1980

> 2005

1980 - 2005

Soluções Empíricas

Primórdios das Classificações Geomecânicas

Caracterização de Rocha Intacta

Caracterização de descontinuidades

Classificações Geomecânicas

Caracterização de

Maciços Rochosos

Modelagem 3D

Maciços Rochosos

Metodologia Direta: Obtenção de

Parâmetros por Ensaios

Rocha Intacta

•Resistência

•Deformabilidade

•Permeabilidade

Rocha Intacta

Mohr-Coulomb  c e φ

Hoek & Brown  m

_i

e σ

_c

Efeito do Intemperismo em

Rocha Intacta (s = 1)

σ

₁

σ

₃

σ

_ci

σ

_cii

σ

_c

=

𝟐𝒄.𝒄𝒐𝒔∅

𝟏−𝒔𝒆𝒏∅

m

_i

; a = 1/2

m

_ii

< m

_i

; a > 1/2

m =

𝟏+𝒔𝒆𝒏∅

𝟏−𝒔𝒆𝒏∅

; a = 1

Descontinuidades: Seladas a

plenamente Preenchidas

Pds

Eep

Pp

Material Rochoso

Critério de Resistência

Obtenção de Parâmetros

Descon-tinuidade

Contato

parede/parede

Barton & Choubey

Semi-direta (ensaios simples)

Parcialmente

preenchida

Mohr-Coulomb

Indireta (parâmetros Jr e Ja da

classificação de Barton et al.,

1974); Indraratma et al.

(últimos 15 anos)

Preenchimento

dominante

Mohr-Coulomb

Direta (ensaios de

cisalhamento no material do

preenchimento)

Caracterização de Maciços Rochosos

Rocha Intacta

Metodologia

Direta

Descontinuidades

Metodologia

Direta (+/-)

Maciço Rochoso

Efeito Escala

???

Solução de Engenharia

Empírica

por meio de

Classificação Geomecânica

Métodos Racionais

Classificação

Geomecânica

Monitoramento de

Comportamento

???

Soluções de

Projeto

?

?

Rocha Intacta

Metodologia

Direta

Descontinuidades

Metodologia

Direta (+/-)

Maciço Rochoso

Metodologia

Indireta

Vantagens de obter parâmetros:



Avaliação de indicadores de comportamento



Retroanálise de comportamento



Análise de risco

Classificação

Geomecânica

Monitoramento

do

Comportamento

Obtenção de

Parâmetros

?

Solução de

Projeto

Metodologia Indireta de

Obtenção de Parâmetros

• Obter propriedades de rocha

intacta (ensaios)

• Utilizar classificação

geomecânica como índice de

decaimento de propriedades do

MR

• MR como um meio homogêneo

e isotrópico equivalente

Pmr

DFmr

GSI=100

GSI=80

GSI=60

GSI=40

GSI=20

σ

₁

σ

₃

Modelamento de Comportamento

• Meio Anisotrópico

• Descontinuidades

• Meio Isotrópico

• Rocha Intacta

• Maciço Rochoso

Análises por

Equlíbrio Limite

Análise

Tensão-Deformação

(Simulações

Numéricas)

Ruptura Circular

no MR (GSI)

Ruptura Plana

pela descontinuidade

Exemplo de Modelamento

de Maciço Rochoso

FLAC (Version 3.30)

LEGEND 4/19/1999 15:28 step 4400

-5.000E+00 <x< 6.000E+01 -5.000E+00 <y< 6.000E+01

EX_ 1 Contours

0.00E+00

2.00E+09

4.00E+09

6.00E+09

8.00E+09

1.00E+10

1.20E+10

1.40E+10

1.60E+10

1.80E+10

Contour interval= 1.00E+09

Minimum principal stress

Contour interval= 2.50E+06

Minimum: -2.25E+07

Maximum: 0.00E+00

JOB TITLE : ABERTURA CIRCULAR COM O MÓDULO DEPENDENTE DA TENSÃO PRINCIPAL MENOR (ko = 1)

UNIVERSIDADE DE BRASILIA GEOTECNIA .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 (*10**1) .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 (*10**1)

FLAC (Version 3.30)

EX_ 1 Contours

0.00E+00

3.00E+09

6.00E+09

9.00E+09

1.20E+10

1.50E+10

1.80E+10

2.10E+10

Contour interval= 1.00E+09

Minimum principal stress

Contour interval= 5.00E+06

Minimum: -2.50E+07

Maximum: 0.00E+00

JOB TITLE : ABERTURA CIRCULAR COM O MÓDULO DEPENDENTE DA TENSÃO PRINCIPAL MENOR (ko = 2)

UNIVERSIDADE DE BRASILIA GEOTECNIA .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 (*10**1) .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 (*10**1)

k

₀

= 1 (E = 2,8 to 21,4 GPa)

k

₀

= 2

FLAC (Version 3.30)

H-B Strength/Stress Ratios 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00 2.50E+00 3.00E+00 3.50E+00

Contour interval= 2.50E-01 ucs= 1.40E+07 m= 9.5 s=1.00 Plasticity Indicator

* at yield in shear or vol.

X elastic, at yield in past

.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 (*10**1) .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 (*10**1)

JOB TITLE : ABERTURA CIRCULAR COM E DEPENDENTE DE S3 - Santarelli (lei potencial)

UNIVERSIDADE DE BRASILIA GEOTECNIA

FLAC (Version 3.30)

H-B Strength/Stress Ratios 5.00E-01 1.00E+00 1.50E+00 2.00E+00 2.50E+00 3.00E+00 3.50E+00

Contour interval= 2.50E-01 ucs= 1.40E+07 m= 9.5 s=1.00 Plasticity Indicator

* at yield in shear or vol.

X elastic, at yield in past

.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 (*10**1) .000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 (*10**1)

JOB TITLE : ABERTURA CIRCULAR COM E DEPENDENTE DE S3 - Santarelli (lei potencial)

UNIVERSIDADE DE BRASILIA GEOTECNIA

Desafios de Modelamento

de Maciços Rochosos

PREDICTION OF

MECHANICAL BEHAVIOUR

NATURAL

ROCK MASS

ROCK MASS

_MODEL

(DEM)

Site

data

MODELLING OF EFFECTIVE

BLOCK INTERACTIONS

Effective

block

Input

parameters

Equivalent

Continuum

modelling

PREDOMINANT

STRUCTURE

(Oliveira, D., 2010)

Desafio: Extrapolação da Janela de

Amostragem para o Interior do Maciço

27/11/2017

27

(Rasmussen, 2016)

XVIII COBRAMSEG – VII SBMR – VII GEOJOVEM – SFGE

Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil – October 19 to 22, 2016

27/11/2017

13

Modelos no 3DEC

Desafio: Tensões

In-Situ

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

ko

P

r

o

f

u

n

d

i

d

a

d

e

z

(

m

)

Autrália

Estados Unidos

Canada

Escandinávia

África do Sul

1500

k

0,5

z

=+

100

k

0,3

z

=+

DESAFIO: ROCK BURST (EXPLOSÃO DE

ROCHA):

• Tensões excedem a resistência da rocha nas

proximidades da escavação

• Instabilidade creada por uma combinação de

tensões e geometria (flambagem ou

deslizamento)

• Ruptura é frágil com dissipação de energia por

meio de projeção de rocha

• Pode ser seguido de grandes quedas de material

Desafio: Projetar Sistema de Suporte

Análise pela Capacidade de Energia

 Calcular a energia da massa em movimento da

rocha (profundidade da zona de dano e velocidade

da partícula)

 Verificar a capacidade de absorção de energia dos

elementos constituintes do sistema de suporte

Considerações Finais

• Aumento expressivo da demanda de geotecnia aplicada à

mineração, o que demanda engenharia de precisão

• Embora complexos, maciços rochosos podem ser caracterizados e

modelados, no entanto não existe uma forma unívoca

• Desafios de caracterização das descontinuidades em termos de

distribuição 3D

• Desafio de modelagem 3D em termos de esforço computacional

• Desafio das tensões in situ, tanto em termos de sua medição