O estudo da mecânica da fratura de rochas é extremamente importante pois o processo de ruptura das rochas se dá em grande parte por propagação de trinca e as teorias clássicas da resistência dos materiais baseadas na mecânica do contínuo possuem critérios de ruptura que não lidam com a propagação da trinca. Um parâmetro fundamental da Mecânica da Fratura de Rochas é a tenacidade à fratura, que é o parâmetro que indica a habilidade de materiais idealmente frágeis resistir ao fraturamento por esforços de fadiga ou estático. Constam deste trabalho uma revisão da literatura sobre tenacidade à fratura de rochas, a descrição dos três tipos de ensaios (sugeridos pela ISRM, 1988 e 1995) e das amostras usadas para a realização destes, bem como seus resultados e conclusões. No apêndice tem-se um embasamento teórico dos ensaios. Visa-se com esta pesquisa capacitar o laboratório de mecânica das rochas da EESC-USP com técnica e instrumental necessário para a determinação de tenacidade à fratura para o modo I de propagação sugeridos pela ISRM. Os equipamentos mais sofisticados para a realização desses ensaios já estavam à disposição do laboratório, restou somente a aquisição ou desenvolvimento de pequenos dispositivos de montagem ou preparação das amostras. / The study of Rock Fracture Mechanics is extremely important since rock failure generally occur by propagating fracture. The classic failure criteria and theories based on solid mechanics do not deal directly with fracture processes. A fundamental parameter in Rock Fracture Mechanics is the fracture toughness which indicate its material resistance to crack propagation. This work contains a review of the literature about rock fracture toughness, testing procedures and calculations recommended by ISRM, 1988 and 1995 testing results are also included, as well as, theorical background about testing. The aim of this research is to make available the determination of fracture toughness suggested by ISRM. Sophisticated equipment, used in the release of this tests, was already available in the laboratory, it remained only the acquisition of simple devices.

Orientador: Philippe Remy Bernard Devloo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-14T23:57:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_ErickSlisRaggio_D.pdf: 9701048 bytes, checksum: ef950a7408bf4167850acdaf6ee45a45 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A exploração de recursos minerais tem se apresentado como uma atividade de destaque na economia brasileira. Os ambientes nos quais estes recursos são encontrados se apresentam complexos e desafiadores à produção e requerem tecnologia e conhecimento indisponíveis no mercado para permitir converter reservas em produção. No âmbito da perfuração e completa ção de poços de petróleo, torna-se cada vez mais importante a compreensão e reprodução do comportamento hidromecânico de rochas em profundidade. É comum o emprego da teoria da elastoplasticidade para a modelagem dos comportamentos de deformações reversíveis e irreversíveis observados em rochas. A modelagem do comportamento hidráulico do meio poroso conduz a acoplamentos poroelastoplásticos de diversas naturezas. Contudo, não foi encontrado na literatura um texto único que postule a formulação poroelastoplástica considerando a contrapartida plástica do armazenamento de fuidos na formação. Neste trabalho objetiva-se reunir uma formulação poroelastoplástica consistente capaz de empregar modelagens constitutivas elastoplásticas que reproduzem mais fidedignamente o comportamento de rochas em relação aos largamente empregados modelos baseados na superfície de falha de Mohr-Coulomb. São empregados os modelos constitutivos de Lade-Kim e Sandler e Dimaggio, que apresentam endurecimento isotrópico e são capazes de modelar comportamentos de compactação e controle de dilatância. Formula-se também um algoritmo genérico de decomposição elastoplástica com controle de erro por subincrementação e capaz de determinar a matriz tangente elastoplástica consistente com auxílio de estratégias de diferenciação automática. A implementação deste módulo na linguagem C++ genérica e orientada a objetos, juntamente com módulos de análise elastoplástica e poroelastoplástica, permitiram a extensão do ambiente de computação científica PZ para modelar estes tipos de problemas. Como resultado obtiveram-se algoritmos bastante robustos e respostas mecânica e hidromecânica de simulações de perfuração de poços bastante condizentes com a experiência do doutorando. / Abstract: The exploration of mineral resources is growing in importance in the Brazilian economy. Since the environments in which these resources are found are becoming increasingly more complex and challenging for the production phase, currently unavailable knowledge and technologies are required to produce these reserves. In the particular well drilling and completion areas, the comprehension and numerical reproduction of the hydromechanical behavior of rocks in such deep environments become an issue. The observed reversible and irreversible strain behavior of rocks is commonly modeled by the elastoplasticity theory. The hydraulic modeling of a porous media leads to poroelastoplastic couplings of several kinds, but an unique text on poroelastoplastic postulation concerning the plastic counterpart of fluid storage in the formation had not been found in the bibliography. Thus, this thesis aims for the development of a consistent poroelastoplastic formulation applied to the elastoplastic consitutive models of Lade-Kim and Sandler & Dimaggio. These models embody isotropic hardening and allow the correct modeling of rock compaction and controled dilatancy, resembling the rock behavior in a more reliable sense than the conventional and largerly applied models based on the Mohr-Coulomb yield surface. The author presents a generic elastoplastic decomposition algorithm with adaptive substepping in order to constrain the ODE's integration deviation. A consistent jacobian operator evaluation becomes feasible by the adoption of automatic differentiation strategies. The final C++ implemented generic and object-oriented elastoplastic decomposition and elastoplastic and poroelastoplastic simulation modules extend the PZ scientific computation environment to the simulation of such problems. The resultant algorithms presented high computational robustness and mechanical and hydromechanical well drilling behavior agreeing to the author's experience. / Doutorado / Estruturas / Doutor em Engenharia Civil

Orientador: Persio Leister de Almeida Barros / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-11T23:10:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 D'Alessandro_JulioRomuloPessoa_M.pdf: 4451701 bytes, checksum: d9c3d36b93799d07470f6bbc8779853b (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo de estabilidade através da análise cinemática, para o maciço rochoso da Mineração Casa de Pedra em Congonhas, Minas Gerais, utilizando mapeamento na escala 1:4000. Os parâmetros de resistência e o caimento dos planos das descontinuidades principais foram levantados a partir de um mapeamento geológico geotécnico detalhado. Foram coletados dados nas bancadas de todos os setores da mina a cada quatro metros. Os dados relativos aos pesos da classificação geomecânica de Bieniawski foram compilados em tabelas e posteriormente foram gerados mapas geotécnicos com o auxilio do software ArcView. A classificação geomecânica foi utilizada juntamente com a estimativa da compressão uniaxial de campo para a determinação da resistência do maciço rochoso com o auxilio do software RocLab da Rocscience. Na análise cinemática foram utilizados os ângulos de atrito das litologias predominantes em cada setor, definidas como campos homogêneos e foi realizada uma setorização das cavas em função das descontinuidades principais e da orientação da face do talude em relação a descontinuidade. Com os resultados obtidos pôde-se identificar os setores susceptíveis e aqueles não susceptíveis à ruptura. / Abstract: This work presents the study of the rock mass stability at the Mineração Casa de Pedra , Minas Gerais, using kinematic analisys and maps in 1:4000 scale. The geological structures, the friction angle and cohesion of the rock mass were evaluated through a geological geotecnical mapping technique. Data collected from each bench of the mine were relateded with the rock mass classification RMR and tables were compilled with them. Geotecnical maps were then plotted with the software ArcView. The rock mass classification along with the uniaxial compressive strength estimated in the field were used to determine the shear strength of the rock mass with the software RocLab by Rocscience. The friction angle in each zone, considered as homogeneous field, was used in the kinematic analisys and divisions were done in each mine pit as a function of the major feature and the wall orientation. With the results, the zones could be identified as susceptible or not susceptible to sliding. / Mestrado / Geotecnia / Mestre em Engenharia Civil

Orientador: Jose Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T20:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_CesarAugustoMonteiro_M.pdf: 19078048 bytes, checksum: b112ce32ebf7ad5d6b6416bfc43ab9f4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: A técnica dos elementos fmitos, aliada aos conceitos de Programação Orientada por Objetos, é aplicada na análise de problemas da Teoria da Poroelasticidade Acoplada, no estado plano de deformações. A técnica dos elementos fmitos foi escolhida devido a dificuldade de obtenção de soluções analíticas, que geralmente requerem simplificações excessivamente restritivas. A Programação Orientada por Objetos é utilizada devido a grande flexibilidade proporcionada por essa filosofia de programação quanto à extensão do sistema para problemas mais complexos, e também devido à disponibilidade de um sistema orientado por objetos para a utilização da técnica dos elementos fmitos. Ao sistema foi incluída uma nova classe responsável pelas informações referentes às equações diferenciais, condições de contorno, e condições iniciais da Teoria da Poroelasticidade. São apresentadas as formulações teórica e numérica do problema, de acordo com a teoria de Biot, assim como a implementação computacional. O sistema é validado através da comparação com resultados analíticos e numéricos encontrados na literatura. Para esta validação foram analisados os problemas de uma coluna poroelástica, e de consolidação de uma argila saturada sob ação de uma sapata de fundação. Foi feito um estudo de caso para um poço em um meio poroelástico, em que pressões, tensões efetivas e tensões totais são analisadas e comparadas com soluções analíticas. Possíveis extensões ao sistema, visando o tratamento de problemas mais complexos são discutidas / Abstract: The finite element technique and concepts of object oriented programming are applied to the solution of plane strain problems from Biot' s Theory of Poroelasticity. The fmite element technique was chosen due to the difficulty in obtaining analytic solutions, which, generally, require toa restrictive simplifications. The object oriented programming is used because of its high flexibility in the extension of the system to handle more complex problems. AIso the availability of a general purpose object oriented system to handle the finite element technique helped in the decision. Classes which are responsible for handling the information related to the equations of poroelasticity, boundary conditions and initial conditions were introduced to the system. The numerical formulation according to Biot' s theory, and computational implementation, are discussed. The system is validated through the comparison to numerical and analytical results found in the literature. This validation was perfomed by solving a problem of a poroelastic column, and a problem of consolidation of a saturated day, subject to a partially distributed load on the surface. An application was performed to analyse the problem of a wellbore in a poroelastic medium, in which, pressures, effective and total stresses are computed and compared to analytic solutions. Possible extensions to the system, aiming at the treatment of more complex problems, are discussed. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Submitted by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2011-11-03T16:52:11Z No. of bitstreams: 1 1984_LuizJoseDelReySilva.pdf: 8874596 bytes, checksum: 3c70a62301cbb5b587fd6947661ded34 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2011-11-03T16:53:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 1984_LuizJoseDelReySilva.pdf: 8874596 bytes, checksum: 3c70a62301cbb5b587fd6947661ded34 (MD5) / Made available in DSpace on 2011-11-03T16:53:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 1984_LuizJoseDelReySilva.pdf: 8874596 bytes, checksum: 3c70a62301cbb5b587fd6947661ded34 (MD5) / No Vale do Curaçá, situado na parte norte-nordeste do Estado da Bahia, distante cerca de 500 km da Capital, ocorrem cerca de três centenas de corpos máfico/ultramáficos potencialmente portadores de sulfetos de cobre, encerrando uma dezena de depósitos atualmente conhecidos, destacando-se dentre eles a mina Caraíba, a 29 maior jazida de cobre no País, com cerca de 185 milhões de toneladas de minério a 1% Cu, em média. Possivelmente entre 2,6 e 2,0 Ga instalou-se na crosta arqueana um sistema 'rift' norte-sul, com cerca de 300 a 400 km de comprimento norte-sul, tendo nele se implantado uma suíte de litologias supracrustais (sedimentos quartzo-feldspáticos, anfibolitos, rochas calcosilicatadas, quartzitos, formação ferrífera) a qual foi deformada e metamorfisada em três eventos principais, seguidos de pelo menos dois eventos tardios (cisalhamentos e falhas ou dobras abertas) de menor importância na montagem do arcabouço geológico. Os corpos máfico/ultramáficos, derivados de magma parental toleítico, foram intrudidos pré-tectonicamente como 'sills' diferenciados. A presença de mineralização é função do estágio inicial de diferenciação, sobretudo relacionada com os níveis basais de composição ortopiroxenítica. Os corpos onde predominam tipos gabróicos e gabro-noríticos são normalmente estéreis. O depósito Caraíba é o maior dos corpos hipersteníticos conhecidos e ocorre associado a uma suíte magnesiana (gabro-noritos, wherlitos, lherzolitos, serpentinitos) não mineralizada (potencialmente niquelífera) sendo que a primeira mostra-se mais jovem do ponto de vista estratigráfico, ainda que ambas sejam pré-tectônicas. O sistema 'rift' foi fechado com o advento de duas fases iniciais de deformações, as quais geraram movimentos de cavalgamento ('thrusting' e 'understhrusting') supostamente no sentido este para oeste (19 fase) e de sul para norte (2a fase) em cada uma das quais foram colocados corpos estratóides de ortognaisses de composição tonalítica e granodiorítica. A pilha original foi então espessada e submetida ametamorfismo anfibolítico alto (M1) e granulítico (M2) . Durante F1/M1 ocorreram intensos fenômenos de transposição e migmatização, gerando as dobras intrafoliais (D1) trapeadas ao longo do bandamento metamórfiS1. Durante F2 foram produzidas dobras D2 apertadas com planoaxial E-W a N60°W com mergulho 20°S e eixos horizontalizados. A consolidação crustal veio com uma terceira fase de deformação, de esforço compressivo E-W muito forte, que gerou dobras apertadas a abertas, com planos axiais verticalizados, xistosidade plano-axial penetrativa regionalmente e eixo de atitude norte-sul com caimento médio de 16 a 20 para sul na região da mina Caraíba. Concomitantemente ocorreu um enxame de intrusões de corpos graníticos potássicos elongados N-S e paralelos com as estruturas regionais, inclusive a intrusão do sienito Itiúba, hoje uma serra com cerca de 00 km norte-sul 10 km este-oeste. Esta última fase principal se deu em condições de metamorfismo anfibolito alto/localmente granulito, e esteve associada a fortes transposições e migmatização. Como resultado, o corpo Caraíba é hoje um cogumelo (Fig. 2 de interferência de Ramsay, 1967) resultante da superposição de um sinforme D3 sobre as dobras D2 com eixo N60°W. Essa estrutura está posicionada no flanco oeste do grande antiforme D3 Caraíba, flanco esse que tem direção N20°W e mergulho acentuado (70°) para oeste/sudoeste. Os sulfetos de cobre foram concentrados nas charneiras das dobras D2 , ao longo de corpos cilíndricos paralelos ao eixo B2 e à lineação L2l , originalmente horizontalizados portanto, mas tendo continuidade limitada. O corpo mineralizado Caraíba apresenta em superfície, na sua parte central, uma seqüência de quatro charneiras de dobras D2, com eixos B2 verticalizados pela superposição do sinforme D3 apertado, o qual tem eixo B3 caindo em média 16 a 20 para sul, mas que tem caimento abrupto (80 ) para norte na parte central, como resultado da acomodação à atitude pós-D2 e pré-D3 do corpo mineralizado naquela parte da jazida. O minério está então controlado ao longo de charutos verticalizados descontínuos. Os teores de cobre se distribuem de forma muito heterogênea horizontal e verticalmente na jazida, como resultado da intensa história evolutiva, implicando em diluição inevitável nas atividades de lavra a céu aberto e subterrânea para os métodos de extração em andamento. A mina encontra-se em operação de lavra a céu aberto, com produção de quatro milhões de toneladas de minério/ano a 0,83% Cu em média e preparação para início de lavra subterrânea (previsão de 1.800.000 toneladas de minério/ano a 1% Cu em média) tendo a infraestrutura global atual vida útil prevista para mais 11 anos. É proposto modelo geotectônico global para a evolução do Vale do Curaçá, serra de Itiúba, Vale do Jacurici ('Cr-belt') rochas do Grupo Jacobina Inferior e quartzitos da serra de Jacobina, como hipótese de trabalho. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The Caraíba deposit, located in the northern part of Bahia State, in the Curaçá river valley, is a chalcopirite/bornite-bearing mafic/ultramafic sill, derived from a tholeiitic magma, which was intruded into a volcanic-sedimentary sequence composed of quartzfeldspar gneisses, leptinites, banded iron formation, calcsilicate rocks and amphibolites. Probably between 2.6 and 2.0 Ga, that sequence was deposited and submited to at least three main tectonic-magmatic events. The first two deformational events were thrust-undesthrusting types, producing a crustal thickening by interleaving of the layers and injection of several G1 and G2 orthogneissic sheet-like intrusions, tonalitic/trondhjemitic and granodioritic in composition. Amphibolite and granulite facies metamorphism acomppanied the first and second phases, resulting in a mixed pile with a strong metamorphic S1 foliation with transposed N-S trending D1 intrafolial folds, followed by N60°W trending tight folds. After the horizontal tectonic regime a strong E-W compressive stress field resulted in a regional sequence of tight to open D3 folds with N-S 80 S axial planes and 16° to 20°S plunging regional axes. M3 metamorphism reached high-amphibolite to locally granulite facies and, together with a strong deformation, created a very strong and penetrative foliation, S3 , marked by oriented quartz-plagioclasebiotite- hornblende crystals. Many of syntectonic pottassic lens shaped granitic bodies, were intruded during F3, including the huge Itiúba syenite, all of them strongly foliated and with a characteristic pink-red colour. As a result, the Caraiba copper deposit is now alobate interference pattern (type 2 of Ramsay, 1967) between a D3 tight synform positioned on the 70°W dipping limb of the major N-S trending D3 Caraiba antiform, refolding the recumbent tight D2 folds. The sulphide mineralization is now concentrated along vertical and disrupted rods which marked originally a horizontal N60°W lineation (or B2 ) . Because of this poliphase tectonic-metamorphic history with associated strong migmatization, the copper content is very heterogeneously distributed inside the pyroxenitic/noritic host -rocks, adding difficulties to the mining works, mainly the underground operations. Two later events of shearing are also described and probably one fourth folding fase, but not important for the ore control. A very hypothetical regional tectonic rift-valley system is proposed for the crustal evolution of the Curaçá region, Itiúba s y e n i t e and the Cr-belt on its eastern side, and the Jacobina Group, all of them enclosed between two Archean blocks.

Orientador: Denis Jose Schiozer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica e Instituto de Geociencias / Made available in DSpace on 2018-08-12T08:32:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MontoyaMoreno_JuanManuel_M.pdf: 2098742 bytes, checksum: c03cbaf7c1d95c189a074da09d33d7dd (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A injeção de água tem sido um método de recuperação de petróleo muito usado na industria do petróleo. Um dos principais problemas associados a este método e a perda da injetividade. Diferentes procedimentos tem sido propostos para minimizar os efeitos de tal perda, um dos quais e a injeção acima da pressão de fratura, que consiste em injetar água com pressão suficiente para criar canais de alta condutividade, com o objetivo de restaurar a injetividade inicial do poço. Este procedimento tem se mostrado viável, tendo como vantagem à manutenção da injetividade em valores similares aos iniciais, embora apresente dificuldade de modelagem e incertezas em relação à eficiência de varrido, ao comportamento da frente de avanço da fratura e a influencia desta na recirculação da água. Uma forma adequada de modelar esse fenômeno e a integração da geomecanica com a simulação de escoamento, mas este tipo de abordagem envolve maior custo computacional, alem de não ter sido completamente implementado em aplicações comerciais, o que dificulta aplicações praticas. Outras diferentes técnicas de simulação são usadas para modelar o fenômeno, tais como modificadores de transmissibilidade associados a refinamentos locais de malha. Neste trabalho, e proposta a simulação da fratura por meio do uso de um poço horizontal virtual, usando um simulador comercial de escoamento e um software para simulações de processos de faturamento hidráulico acoplados explicitamente. De inicio, modela-se a perda de injetividade num poço injetor de água e, junto com o modelo geomecanica de fratura, usam-se modificadores de transmissibilidade para modelar a fratura como modelo de referencia. Posteriormente, introduz-se um modelo de fratura representado por um poço horizontal virtual mediante programação em simuladores comerciais. Os resultados mostram que o poço horizontal virtual representa adequadamente o comportamento da fratura em relação ao modelo de modificadores de transmissibilidade, evitando necessidade de refinamentos locais, tornando-se uma ferramenta útil para simular casos de campo em grande escala. Palavras-Chave: simulação de reservatório; injeção de água; perda de injetividade; injeção de água acima da pressão de fratura; geomecanica. / Abstract: Water injection has been the most used method to improve oil recovery. The main problem of this method, related directly with operational efficiency, is the injectivity loss which is the loss of capacity to maintain water injection rates due to formation damage. Different models have been proposed to minimize the injectivity loss effects due to its high economic impact on oil production. One of these methods is water injection above formation parting pressure. It consists in creating high conductivity channels inside the reservoir to restore or to increase well injectivity. This method has advantages associated with injectivity maintenance but it is difficult to model and it presents uncertainties in relation to sweep efficiency, to fracture tip behavior and its influence on the water re-circulation. One way to model the problem is the integration of geomechanical and flow simulation, but it requires a higher computation time and it has not been completely implemented in commercial simulators. Different techniques are used to model the water injection above formation parting pressure, such as transmissibility modifiers associated with local grid refinement. In this work, a methodology is proposed for fracture simulation using both numerical fluid flow and geomechanical simulators, coupled explicitly, using a virtual well to model the fracture. Initially, injectivity loss is modeled and, along with geomechanical fracture model, transmissibility modifiers are used to model the fracture. This model represents the reference fracture model. Then, the fracture is represented by a virtual horizontal well, allowing easy implementation into commercial simulators. The results show that the virtual horizontal well represents adequately the fracture's behavior given by the reference model, avoiding local grid refinement and, allowing full field scale simulations without simulation grid modification. / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Projetos de estabilidade de escavações mineiras por meio de estudos de caracterização do maciço rochoso com o uso da mecânica de rochas são indispensáveis para otimizar o aproveitamento das jazidas, garantir segurança nas operações de lavra e minimizar os impactos ambientais decorrentes da instabilidade dos taludes da cava. Nesta dissertação utilizou-se de critérios recentes de ruptura em rocha, para obtenção de dados de entrada em métodos já clássicos de análise da estabilidade de taludes em maciços rochosos para a cava de dolomito lavrada a céu aberto. Os critérios utilizados serão avaliados com relação à compatibilidade dos resultados obtidos com sua aplicação e a coerência com a situação atual observada na lavra em desenvolvimento. Análises sobre a paralisação da lavra em decorrência dos problemas de instabilidade também serão avaliadas e discutidas. Para ilustrar esta dissertação foi eleita a jazida de dolomito localizada no Sinclinal do Gandarela em virtude dos problemas de instabilidade encontrados na cava. As conclusões finais são apresentadas nos últimos itens deste trabalho. / The design of stable excavations using rock masses characterization with the tools provided by rock mechanics, are indispensable for optimizing the economic exploitation of ore deposits, to ensure the safety in the mining works and to minimize the environmental impacts deriving of the open pit slopes instability. In this Dissertation, for obtain the input data for classic methods of rocky slopes stability analyses, it is used the most recent criteria of rock mass failure applied for an open pit mine of dolomite. The utilized criteria compatibility will be evaluated by the results obtained with their utilization and the coherence with the real situation verified at the developing mine. Will be evaluated and discussed the analyses about the stoppage of the mine works due to the slope instability problems. To illustrate this Dissertation are elected a dolomite ore deposit situated at the Gandarela Synclinal on account of the instability problems that occurred in the mine pit. The final conclusions are listed in the items presented at the end of this work.

Projetos de estabilidade de escavações mineiras por meio de estudos de caracterização do maciço rochoso com o uso da mecânica de rochas são indispensáveis para otimizar o aproveitamento das jazidas, garantir segurança nas operações de lavra e minimizar os impactos ambientais decorrentes da instabilidade dos taludes da cava. Nesta dissertação utilizou-se de critérios recentes de ruptura em rocha, para obtenção de dados de entrada em métodos já clássicos de análise da estabilidade de taludes em maciços rochosos para a cava de dolomito lavrada a céu aberto. Os critérios utilizados serão avaliados com relação à compatibilidade dos resultados obtidos com sua aplicação e a coerência com a situação atual observada na lavra em desenvolvimento. Análises sobre a paralisação da lavra em decorrência dos problemas de instabilidade também serão avaliadas e discutidas. Para ilustrar esta dissertação foi eleita a jazida de dolomito localizada no Sinclinal do Gandarela em virtude dos problemas de instabilidade encontrados na cava. As conclusões finais são apresentadas nos últimos itens deste trabalho. / The design of stable excavations using rock masses characterization with the tools provided by rock mechanics, are indispensable for optimizing the economic exploitation of ore deposits, to ensure the safety in the mining works and to minimize the environmental impacts deriving of the open pit slopes instability. In this Dissertation, for obtain the input data for classic methods of rocky slopes stability analyses, it is used the most recent criteria of rock mass failure applied for an open pit mine of dolomite. The utilized criteria compatibility will be evaluated by the results obtained with their utilization and the coherence with the real situation verified at the developing mine. Will be evaluated and discussed the analyses about the stoppage of the mine works due to the slope instability problems. To illustrate this Dissertation are elected a dolomite ore deposit situated at the Gandarela Synclinal on account of the instability problems that occurred in the mine pit. The final conclusions are listed in the items presented at the end of this work.

A ocupação do espaço subterrâneo tem assumido importância crescente na sociedade atual; destaca-se no Sul do Brasil o uso de escavações subterrâneas em empreendimentos hidrelétricos, executadas nas rochas efusivas da Formação Serra Geral (FSG). Algumas destas obras registraram tensões elevadas nos maciços rochosos, as quais ocasionaram grandes prejuízos por não terem sido previstas em projetos e não terem solução adequada quando são utilizadas correlações empíricas. Tendo em vista estas dificuldades no desenvolvimento dos projetos, esta tese teve o objetivo de estudar o comportamento das rochas efusivas da FSG e utilizar os dados na simulação numérica de túneis. Foi feito o acompanhamento da execução de cerca de 650m do túnel de adução da UHE Castro Alves, tendo sido coletados os dados de geologia, resultados da instrumentação da obra e coletadas amostras das rochas encontradas no túnel. Foram realizados ensaios de laboratório em corpos de prova para determinar o comportamento tensão versus deformação destes materiais e suas envoltórias de ruptura. Foram obtidas correlações entre alguns dos parâmetros. Os parâmetros determinados nos ensaios (rocha intacta) foram extrapolados para o maciço rochoso. Diversos dados da obra, bem como o cruzamento entre eles e os parâmetros geomecânicos obtidos foram colocados em uma plataforma SIG, a qual se mostrou uma ferramenta bastante útil e de grande potencialidade para uso nestes projetos. Com os parâmetros geomecânicos determinados para o maciço foi realizada uma análise numérica 3D do túnel escavado, a partir da qual foi feita uma retro-análise dos deslocamentos medidos em campo, sendo possível estimar o valor de K0 de campo de cerca de 1,3. Foram também realizadas análises paramétricas para estudar a importância da correta estratigrafia dos derrames basálticos (especialmente a presença das brechas) e a simulação de tensões horizontais elevadas, tendo se demonstrado a necessidade de análises deste tipo para verificação de soluções adequadas em túneis em maciços com estas condicionantes. / In the present society the underground occupation has become increasingly relevant. In Southern Brazil it is possible to observe the use of underground excavation applied to tunneling for hydro electric power plants, as carried out in the Serra Geral Formation (FSG) effusive rocks. Some of these tunnels showed high stresses in the rock mass, which resulted in time and money wasted as it was not expected in the project development and also because there was not a suitable solution found when empirical correlations were applied. Considering these difficulties during the project development, this thesis studies the FSG effusive rocks behavior and the utilization of tunnel data for numerical simulations. About 650m of tunnel excavation has been monitored at the UHE Castro Alves. Geology data, instrumentation results and rock samples have been obtained. To determine the shear stress versus strain behavior, laboratory tests were carried out. The correlation between some parameters was obtained and test parameters of the intact rock were extrapolated to the rock mass. A SIG platform has been used with the field data and the geomechanical parameters; it appears to be a useful tool with great potential for this kind of work. Since the geomechanical parameters have been determined, a FEM 3D analysis was carried out; field displacements back-analysis from the 3D analysis made possible the estimation of a K0 value approximately equal to 1,3. Parametrical analyses were also carried out to study the relevance of considering the correct rock strata and the effects of high horizontal stresses on the numerical simulation results, which showed the need for this kind of analysis in tunnels excavated under these conditions.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 9035273 bytes, checksum: 309210e2946157c33b9a3a555deaca1b (MD5) Previous issue date: 2014-10-24 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Rock mass classification is a important procedure for the analysis of the mechanical behavior of a rock and its discontinuities, under the several applications on engineering projects such as, for example, underground mining. The present study has the aim of perform a geomechanical classification of the rock masses occurring under surface at Volta Grande mine, located in Nazareno, Minas Gerais State, Southeast Brazil, in order to evaluate the technical feasibility of development of an underground mine. Currently Volta Grande mine operates only an open pit mine for Tantalum in a pegmatitic body. Because its high waste-ore ratio both operational and commercial feasibility can become impracticable, as this ratio is expected to increase with open pit depth. All data necessary to classify the underground rock mass by using the two most widespread classification systems RMR and Q were collected to accomplish the proposed goals. Data were collected in 28 boreholes located on geological cross-sections, spread all over the area, previously selected in order to allow an adequate geological and geomechanical characterization of the study area for the initial underground proposed depth (150m). Sampling was done both for different rock and weathering grades types, in a quantity sufficient to perform all physical, point load, compressive strength, triaxial and wave velocity propagation tests. All tests were performed according to International Society for Rock Mechanics (ISRM) 2007 methods. Results were compared with similar rock- types results from the literature in order to evaluate its applicability. Results shows that both classification systems are in accordance with rock masses from superficial field observations. Nevertheless, it was observed that Q system was much more sensitive then RMR system, resulting in a higher number of rock mass classes. This higher sensitivity results mainly from RQD, Jn, Ja and Jr parameters, resulting in a very compartmentalized rock mass, considered not feasible for design purposes. Based on that assumption, RMR system is more recommended for using during feasibility studies as it encompasses several thin different class layers, resulting in a more applicable and handle system. It must be highlighted that the present study results are for feasibility studies only and cannot be applied for executive purposes, as much more quantity of data would be necessary. The final result points to a technical feasibility of underground mining, resulting in an increase of mine lifetime, reduction of waste-ore ratio, and provision of important initial mechanical information for excavation and support studies. / A classificação de maciços rochosos é um procedimento importante para a análise do comportamento mecânico das rochas e suas descontinuidades frente às solicitações que lhes serão impostas em decorrência de projetos de engenharia como, por exemplo, os de minas subterrâneas. O presente estudo teve por objetivo realizar a classificação geomecânica dos maciços rochosos da mina de Volta Grande, Nazareno-MG, Brasil, em profundidade, visando a avaliação da viabilidade técnica de implantação de lavra subterrânea. Atualmente, a mina opera a céu aberto a lavra de um corpo Pegmatítico intrusivo, em Anfibolito como rocha encaixante, para obtenção de Tântalo, que é um produto de alto valor agregado. A retirada do Pegmatito através de lavra a céu aberto pode se tornar inviável operacional e economicamente, pois o corpo do minério possui um mergulho de 20 graus para Sudeste, resultando em um aumento significativo da relação estéril-minério com o aumento da profundidade da cava. Para a realização do estudo foram coletados dados necessários à classificação dos maciços existentes em profundidade pelos dois métodos mais difundidos no mundo inteiro para este propósito - o sistema RMR e o sistema Q. A aplicação destes métodos demandou a caracterização geológico-geotécnica da área de estudo por meio da interpretação de testemunhos de sondagem obtidos em 28 furos, cuja distribuição espacial está relacionada à mRock mass classification applied to Volta Grande underground mine site, Nazareno, Minas Geraisalha de seções geológicas selecionadas previamente ao início do trabalho de campo, de maneira a permitir uma adequada caracterização da geologia e da geomecânica em profundidade para a área de estudo. A coleta de dados foi sistematizada fazendo-se o uso de uma planilha específica para obtenção dos parâmetros de classificação. Foram realizadas amostragens em testemunhos de sondagem, por litotipos e graus de alteração, em quantidade suficiente para a realização dos ensaios de caracterização física, de determinação da resistência à compressão puntiforme, compressão uniaxial, compressão triaxial e determinação da velocidade de propagação de ondas, todos realizados de acordo com as metodologias sugeridas pela International Society for Rock Mechanics ISRM. Os resultados destes ensaios foram comparados com os resultados de trabalhos semelhantes encontrados na literatura, a fim de se avaliar sua aplicabilidade. Os resultados da classificação geomecânica mostram que ambos os sistemas representam muito bem os maciços da mina de Volta Grande. No entanto, percebeu-se que o sistema Q é muito mais sensível em relação ao sistema RMR, principalmente nas mudanças de litologia, e essa sensibilidade aumentada para os parâmetros RQD, J n , J r e J a se traduz em resultados que, em alguns intervalos analisados, não se traduzem em ganho significativo em relação à condição geral observada para os maciços. Por isso, recomenda-se a utilização do sistema RMR em detrimento do sistema Q no intuito de diminuir a subdivisão do maciço em pequenas faixas com classes diferentes aumentando a segurança nas decisões uma vez que os resultados do sistema RMR permitiram a individualização, para a maioria dos intervalos, de uma menor subdivisão em faixas com pouca espessura, sendo considerado, por este motivo, o modelo geomecânico mais coerente para etapa de estudos de viabilidade técnica de uma lavra subterrânea. Ressalta- se que as classes de maciço foram definidas em etapa de projeto de viabilidade, não sendo, portanto, sugerida sua utilização na fase de projeto executivo, para o que se necessitaria de uma maior quantidade de dados. Do ponto de vista geotécnico o modelo final da classificação geomecânica dos maciços da mina de Volta Grande demonstra a viabilidade do início de uma lavra subterrânea, o que resultaria em aumento da vida útil da mina e diminuição da geração de estéril; além de fornecer informações iniciais para se inferir sobre tempo de auto-sustentação e tipos de contenção, se necessário, para um possível projeto de lavra subterrânea.