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/
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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.
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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
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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.
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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:
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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)
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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.
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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.
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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