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W Mecanica Aplicada
W Mecanica Aplicada
W Mecanica Aplicada
INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 2
OBJECTIVOS ................................................................................................................... 3
Gerais ............................................................................................................................. 3
Específicos ..................................................................................................................... 3
METODOLOGIA .............................................................................................................. 3
História .......................................................................................................................... 4
Litostratigrafia ................................................................................................................ 8
Gerais
Verificar e analisar com perfeição o tema atribuído, generalizando a compressão da
investigação científica com vista a colher conhecimento a cerca de simulação de
comportamentos geomecânicos de maciço rochoso.
Específicos
Identificar e apresenta as principais definições relacionadas com:
METODOLOGIA
História
A explosão demográfica do século passado e a sua harmonização com um desenvolvimento
sustentado tem exigido cada vez mais recursos naturais e energéticos, assim como
construções de mais estruturas e infraestruturas, surgindo uma necessidade natural para a
ocupação subterrânea.
Até meados dos anos 70 do século passado, as técnicas de escavação em engenharia civil
eram baseadas na experiência e metodologias já adoptadas na indústria mineira. No entanto,
estas últimas têm sido consideradas adequadas apenas para a construção de túneis
temporários de pequena secção; com o aumento da dimensão dos túneis e da profundidade
da escavação, têm-se exigido modificações consideráveis ao nível do projeto e das próprias
técnicas de escavação (Kavvadas 2005).
Aspectos Gerais
O método nasce a partir da análise do material, designado por domínio, e acções actuantes
sobre o mesmo, para um determinado caso em estudo. O problema pode colocar-se da
seguinte forma: “num dado domínio, com características e propriedades conhecidas,
pretende-se determinar o campo de deslocamentos e tensões, para um determinado conjunto
de solicitações e condições fronteira” (Delgado, 1987).
Modelação geomecânica
A modelação geomecânica em computador da redistribuição das tensões e das deformações
na vizinhança de uma escavação num maciço rochoso evoluiu de forma muito significativa
nas últimas décadas. Estas evoluções têm alterado, não só a forma como as deformações
são estudadas, mas também têm criado novas abordagens na resolução dos problemas
relativos à sua propagação, ao viabilizar a escolha de um ambiente bidimensional (2D) para
as situações em que os problemas são mais gerais/isótropos e homogéneos, ou um ambiente
tridimensional (3D) nas situações onde se exige maior rigor na solução a obter e/ou existe
maior variabilidade no meio geológico e geotécnico.
Método dos Elementos de Contorno (MEC) - Método similar aos Elementos Finitos,
utilizado basicamente em problemas lineares e homogêneos, tem como característica a
divisão somente do contorno, o que reduz o trabalho de divisão e o número de equações.
Como somente o contorno é estudado, a complexidade inerente ao solo torna este método
pouco indicado para a geotecnia.
Método dos Elementos Finitos (MEF) - Método que consiste na divisão do meio contínuo
em elementos cujo comportamento pode ser formulado em função da sua geometria e de
suas propriedades. O conjunto de elementos discretizados no modelo forma a malha de
Elementos Finitos. Os elementos são conectados por nós, cuja a quantidade irá afetar
diretamente a precisão do resultado. Estes elementos podem ter propriedades diferentes
entre si, uma vez que, as leis básicas do problema são atribuídas a pontos de tensão no
interior dos elementos, e funções de interpolação são utilizadas para estender os resultados
aos nós, onde são computados os deslocamentos.
Litostratigrafia
A Mina de Neves Corvo, localizada no extremo SE do anticlinal Rosário-Neves Corvo
(Fig. 3.1), possui um dos jazigos mais notáveis e importantes na extração de minério de
cobre e zinco de toda a Faixa Piritosa Ibérica (FPI), sendo por isso considerado de classe
mundial (Oliveira et al 2013).
A coluna litostratigráfica da região é constituída por duas unidades que integram a Zona Sul
Portuguesa, na qual se enquadra toda a secção da FPI pertencente ao território português,
sendo estas de base para topo: o Grupo Filito-Quartzítico (GFQ) e o Complexo Vulcano
Sedimentar (CVS), com este último sobreposto pela Formação de Mértola (Mt),
considerada a unidade da base do Grupo Flysh do Baixo Alentejo.
Dentro do CVS existe um hiato estratigráfico local na área da mina, com a ausência
significativa de litologias pertencentes ao Turnasiano. Pelo fato desta discordância ser
evidente ao longo do anticlinal, foi proposta a subdivisão deste complexo em duas
sequências - Inferior e Superior (op. cit.).
O CVS Inferior, de idade Fameniano Superior, tem espessura variável em função da fácies
vulcânica, rondando em média 300 m, e inclui rochas vulcânicas máficas, principalmente
diabases e espilitos; félsicas - riolitos e riodacitos, e xistos negros.
I) Formação de Grandanços, composta por xistos negros com nódulos fosfatados, chertes e
sedimentos vulcanogénicos de grão fino;
III) Formação de Godinho, composta por xistos, xistos siliciosos e rochas vulcanoclásticas
félsicas;
IV) Formação de Brancanes, composta por xistos negros e grauvaques finos, que faz a
transição para a Formação de Mértola (Mt).
Enquadramento tectónico
O anticlinal Rosário-Neves Corvo é uma estrutura varisca, de orientação NW-SE com um
mergulho para SE e vergência para SW, com dobramentos de tendência para NW em toda a
estrutura e clivagem inclinando 60º a 70º para NE.
O jazigo de Neves Corvo é constituído por sete massas mineralizadas, cada um com o nome
proveniente de localidades onde estas se situam, sendo estas a Graça, Corvo, Neves,
Zambujal, Lombador, Semblana e Monte Branco. A sua área total, com exceção da massa
de Semblana, ocupa 9 km2 e a sua profundidade oscila entre 500 e 1200 m. Têm forma
lenticular, com variação de inclinação entre o sub-horizontal e 40º para NE (Costa 2017)
(Fig.2).
A umas dezenas de metros acima da massa encontra-se o nível PM2 (Fig.3), uma
mineralização fissural de forma lenticular com alguns metros de espessura, carreado da
massa original do Lombador e separado pela Formação de Neves e das rochas vulcânicas
ácidas.
Figura 3. Corte SW-NE do Lombador com o nível PM2 incluído (Fonte: Costa 2017)
Enquadramento geotécnico
A construção do modelo geomecânico do local de estudo iniciou-se com a interpretação da
informação proveniente das sondagens geológicas e geotécnicas executadas no local, e dos
resultados de ensaios geotécnicos em laboratório, ambas realizadas pela entidade
responsável da mina.
Segundo essas sondagens foram identificadas duas litologias: quartzitos foliados (Q) e
xistos negros foliados (X), pertencentes ao GFQ e à Formação de Neves, respetivamente,
juntamente com a presença de rochas vulcânicas (V) pertencentes ao CVS, estando esta
última englobada na unidade Q devido às fortes semelhanças nas propriedades geotécnicas
de ambas.
Valor a 1000 m de
Tensão Principal profundidade (MPa)
83 132 20
39 30 30
25 250 53
Observando a relação entre estas componentes, verifica-se que o valor de K (relação entre a
diferença das tensões horizontais e a tensão vertical) é cerca de 1,8, o que demonstra o peso
significativo das tensões sub-horizontais à profundidade da escavação.
Tabela 2 Propriedades geotécnicas dos quartzitos (e rochas vulcânicas) (Fonte: Lundin Mining 2019).
Unidade Q RCU E c
(+ V) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (GPa) (MPa)
Ensaio - - - - 0,23 9 50
triaxial 123 9
Ensaio - - 91/132 - - - 60 - -
uniaxial (*) 0,15
Ensaio - - - 16 - - 72 - - -
diametral
Ensaio, corte - - - - 19 41 - - 14 52
direto
Legenda: : Resistência à tração; : Tensão normal; : Tensão tangencial; E: Módulo de Young; :
Coeficiente de Poisson. (*) – 91 MPa é o valor médio, sendo 132 MPa o valor correspondente ao percentil 80.
Unidade RCU c
X (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) (MPa) E (MPa)
Ensaio 101 10 - - - - 42 0,29 12 39
triaxial
Ensaio - - 46 - - - 50 0,27 - -
uniaxial
Ensaio - - - 12 - - 29 - - -
diametral
Ensaio - - - - 7 18 - - 11 42
de corte
direto
Considerando a natureza dos ensaios realizados para as amostras das duas litologias,
adotaram-se as seguintes premissas: (I) os valores correspondentes aos ensaios unixiais
correspondem a uma condição de deformação na frente/limite da escavação da cavidade,
enquanto (II) os valores correspondentes aos ensaios triaxiais moldam as condições de
deformação na envolvente à cavidade, mas no interior do maciço rochoso.
Em primeiro lugar é de referir que durante a seleção dos critérios de rotura a utilizar para a
criação do modelo, é omitida a utilização do critério DP, justificando esta decisão com base
nos seguintes aspetos: as várias relações entre DP e MC sugerem que os valores resultantes
da aplicação do primeiro tendem a ser próximas ou até equivalentes aos obtidos pelo
segundo, levando à hipótese de haver replicação de resultados, dificultando assim o
Ainda dentro da questão das sondagens, estes mostram ainda fortes indícios de
diaclasamento, no entanto há que considerar que algum deste, especialmente o detectado no
sub-perpendicular ao eixo do furo, poderá corresponder a fracturas de descompressão,
resultantes da libertação de tensões em tarolos extraídos de uma profundidade significativa.
Quanto à sua implementação no modelo, o software RS3 permite a inclusão dos seus
efeitos, dentro da componente de seleção do critério de rotura a utilizar para um dado
material, porém apenas aplicado para as opções de MC e HB, com a inclusão máxima de
três famílias de diaclases.
A família de diaclases cujos valores estão marcados a negrito e com coluna a azul é
considerada a predominante para a aplicação do critério MC.
Os valores de JCS apresentados na Tabela 4 correspondem aos valores de RCUi das duas
unidades litológicas, enquanto os valores de JRC são deduzidos a partir da correlação dos
dados das sondagens geotécnicas referentes à rugosidade com os perfis de correspondência
da Figura 2, obtendo-se assim os valores empíricos para cada família de diaclase.
Legenda: JRC: coeficiente da rugosidade das diaclases; JCS: resistência à compressão das paredes das
diáclases.
Voltando aos valores apresentados nas Tabelas 2 e, observa-se que estes correspondem a
ensaios aplicados em amostras de rocha intacta, sendo que em muitos casos a sua utilização
Figura 3.5 Perfis de rugosidade e seus valores de JRC correspondentes (Fonte: Barton e Choubey 1977)
√ (Equação 19)
√ (Equação 20)
Tabela 6. Parâmetros geotécnicos dos MR utilizados no cálculo de parâmetros dos critérios de rotura
adoptados no modelo.
RCUm (c/RCU) Cm
Unidade GSI mi mb s a (MPa) (MPa) m (MPa)
Min 50 2,515 0,0039 0,5057 5,683 0,141 35 0,0471 0,268
Q Max 60 15 3,595 0,0117 0,5028 9,843 0,296 37,6 0,0571 0,562
Méd 55 3,06 0,0078 0,5043 7,763 0,219 36,3 - 0,415
Min 40 1,173 0,0013 0,5114 1,659 0,051 28,7 0,0355 0,059
K Max 50 10 1,677 0,0039 0,5057 2,873 0,107 31,5 0,424 0,122
Méd 45 1,425 0,0026 0,5086 2,266 0,079 30,1 - 0,091
Legenda: RCUm: resistência à compressão uniaxial do MR; : ângulo de resistência ao corte do MR; :
resistência à tração do MR; (c/RCU)m: quociente entre coesão e RCU do MR; cm: coesão do MR.
Figura 6. Relação entre o coeficiente da coesão com o RCU e o GSI e relação entre o
ângulo de resistência ao corte e o GSI (Fonte: Hoek et al 1998).
(Equação 21)
[ ]
(Equação 22)
[ ]
(Equação 23)
( ) (Equação 24)
√ (Equação 25)
Unidade GSIr
Q 26,3 15 1,079 0,00028 0,529 1,523 0 28,7 0
X 23,4 10 0,648 0,0002 0,535 0,651 0 24,2 0
II) Para o critério HB, os valores de dilatância vão variar entre 0 e o valor de
(Rocscience 2019). Para os modelos criados, considera-se o um quarto do valor de
Janeiro: UFRJ;
FCET.
Figura 1. Vista para NE (Eixo XX, a vermelho – Este; Eixo YY, a verde – Norte) da geometria 3D
da escavação obtida no Leapfrog Geo.
Figura 2. Vista para NE do modelo geométrico obtido em RS3 para a escavação e a sua envolvente.