Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2012. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2012-11-09T14:42:30Z No. of bitstreams: 1 2012_LudgerOswaldoSuarezBurgoa.pdf: 50656120 bytes, checksum: 24462ab3eaae2f95a3d76a3fc2a8418f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2012-11-12T11:02:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_LudgerOswaldoSuarezBurgoa.pdf: 50656120 bytes, checksum: 24462ab3eaae2f95a3d76a3fc2a8418f (MD5) / Made available in DSpace on 2012-11-12T11:02:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_LudgerOswaldoSuarezBurgoa.pdf: 50656120 bytes, checksum: 24462ab3eaae2f95a3d76a3fc2a8418f (MD5) / Esta pesquisa apresenta uma interessante abordagem para construir e testar modelos físicos de maciços rochosos como um novo método, que consiste em usar Cristais Óticos de Borosilicato, como representante do material rochoso, e usar a técnica de Gravação Abaixo da Superfície com Luz Amplificada por Emissões Estimuladas de Radiação, com o método para colocar dentro do material translucido quaisquer rede de descontinuidades (sejam complexas ou não, persistentes ou não) sem perturbar o material circundante. Como primeiro passo, de muitos possíveis temas que se possam estudar em futuras pesquisas com esta técnica proposta, esta pesquisa se concentrou na descrição mecânica do material e das descontinuidades dos materiais que formam parte do modelo físico, e no estudo do comportamento mecânico de um maciço rochoso hipotético sob um estado de tensçes em compressão uniaxial com uma família de descontinuidades total- mente persistentes que mergulham a cinco diferentes ângulos no intervalo de 0°até 90°. No total foram testados 42 corpos de prova cúbicos com um lado médio de 70mm em uma prensa rígida. Conclui-se deste trabalho, que esta abordagem de modelo físico tem uma alta potencialidade para avaliar os fenômenos de resistência última com corpos de prova em escala, como demonstraram os resultados dos ensaios quando comparados com o modelo analítico de um só plano de fraqueza persistente, descrito por Jaeger (1969), o que é usado de forma eficaz na atualidade na prática da mecânica das rochas para a análise de maciços rochosos com descontinuidades secundárias onipresentes e persistentes. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / An interesting approach for constructing and testing physical rock mass models are presented in this research as a new method, which consist in using Optical Borosilicate Crown Glass as representative of rock material and using the Sub–Surface Light Amplification by Stimu- lated Emission of Radiation Engraving technique as the method to put inside of the translucent material any complex total–persistent and/or un–persistent discontinuity network, without per- turbing their surroundings. As a first step for other possible themes that can be studied in future researches within the proposed technique, this research concentrated in the material and discontinuities mechanical description of the model–involved–materials, and on the study of the mechanical behavior at an uniaxial compressive stresses state of a hypothetical rock mass with one set of total–persistent discontinuities, which dip at five different angles between the range of 0°and 90°. In total there were tested 42 cubical samples of around 70mm of mean side, under a rigid frame. It is concluded from this work that this physical model approach has a good potential to be used to assess qualitatively the ultimate strength behavior phenomena of rock masses, by using scaled specimens, as shown when comparing the tested results with the analytical single–plane weakness model, as described by Jaeger (1969), which is applied effectively nowadays in rock mechanics practice for analyzing rock masses with ubiquitous secondary discontinuities.

Fortuna, Estado de Santa Catarina, constitui um dos projetos mais importantes, atualmente em desenvolvimento, para o aproveitamento de minério de flúor no Brasil. Este trabalho pretende ampliar o conhecimento das condições geológicas e estruturais encontradas na mina, com esta finalidade foi realizada uma avaliação qualitativa do maciço rochoso, fundamentada na análise das descontinuidades geoestruturais e em uma classificação geomecânica. Na fase de campo foram desenvolvidos mapeamentos geológicos e estruturais nas principais galerias da mina através do método da scanline; a descrição de testemunhos de sondagem e a execução de ensaios geomecânicos em laboratório. As informações foram integradas e acrescidas com outras, de forma a obter-se a classificação geomecânica do maciço rochoso através do sistema RMR (Rock Mass Rating). A avaliação qualitatitva do maciço foi realizada por meio de aspectos como o espaçamento entre descontinuidades e o RQD, (Rock Qua/ity Designation) determinado convencionalmente e através da técnica da scanline. O estudo do espaçamento entre descontinuidades permitiu avaliar a intesidade de fraturamento do maciço, com este parâmetro comparativo, os níveis 60, 102 e 223 e a estrutura portadora do filão 1 registraram-se, de forma geral, mais fraturados que os níveis 18 e 152 e a estrutura hospedeira do filão 2. O sistema de classificação RMR possibilitou determinar, nos setores estudados, que as duas estruturas filonianas apresentam qualidade geomecânica inferior a aquela das rochas encaixantes. Através desta classificação também foram realizadas estimativas de aspectos como: o carregamento sobre o escoramento, o tempo de auto-sustentação do maciço e do modulo de deformação da rocha, entre outros. / The Rio dos Bugres underground mine is one of the most important projects in Brazil mining fluorite ore at present. The mine is located at the Rio Fortuna region in the Santa Catarina State. This work is intended to increase the knowledge of the geological and structural conditions presents at the Rio dos Bugres mine. For this purpose, a qualitative assessment of the rock mass was developed based on a discontinuity analysis and geomechanics classification. Structural and geological mapping were developed at the main access of the mine by means of scanline survey method, borehole description and geotechnichal testing. This information was integrated to obtain a geomechanical classification of rock mass by means of Rock Mass Rating system. Further, the qualitative description of the rock mass was developed using discontinuity spacing and RQD (Rock Quality Designation) index, which was determinated by conventional and scanline survey methods. The study of discontinuities in the rock allows the evaluation of the intensity of breakage in the rock mass. This comparative parameter indicates that 60, 1 02 and 223 mine leveis and the named vein structure 1 are more fractured than 18 and 152 mine leveis and vein structure 2. In the different mine sectors studied, the RMR geomechanics classification allows us to determinate that the ore body shows poorer geomechanical quality than enclosed wall rock. Nevertheless, the RMR classification system estimates the next geomechanical aspects of rock mass: support load, stand-up time and modulus of deformability of rock.

Fortuna, Estado de Santa Catarina, constitui um dos projetos mais importantes, atualmente em desenvolvimento, para o aproveitamento de minério de flúor no Brasil. Este trabalho pretende ampliar o conhecimento das condições geológicas e estruturais encontradas na mina, com esta finalidade foi realizada uma avaliação qualitativa do maciço rochoso, fundamentada na análise das descontinuidades geoestruturais e em uma classificação geomecânica. Na fase de campo foram desenvolvidos mapeamentos geológicos e estruturais nas principais galerias da mina através do método da scanline; a descrição de testemunhos de sondagem e a execução de ensaios geomecânicos em laboratório. As informações foram integradas e acrescidas com outras, de forma a obter-se a classificação geomecânica do maciço rochoso através do sistema RMR (Rock Mass Rating). A avaliação qualitatitva do maciço foi realizada por meio de aspectos como o espaçamento entre descontinuidades e o RQD, (Rock Qua/ity Designation) determinado convencionalmente e através da técnica da scanline. O estudo do espaçamento entre descontinuidades permitiu avaliar a intesidade de fraturamento do maciço, com este parâmetro comparativo, os níveis 60, 102 e 223 e a estrutura portadora do filão 1 registraram-se, de forma geral, mais fraturados que os níveis 18 e 152 e a estrutura hospedeira do filão 2. O sistema de classificação RMR possibilitou determinar, nos setores estudados, que as duas estruturas filonianas apresentam qualidade geomecânica inferior a aquela das rochas encaixantes. Através desta classificação também foram realizadas estimativas de aspectos como: o carregamento sobre o escoramento, o tempo de auto-sustentação do maciço e do modulo de deformação da rocha, entre outros. / The Rio dos Bugres underground mine is one of the most important projects in Brazil mining fluorite ore at present. The mine is located at the Rio Fortuna region in the Santa Catarina State. This work is intended to increase the knowledge of the geological and structural conditions presents at the Rio dos Bugres mine. For this purpose, a qualitative assessment of the rock mass was developed based on a discontinuity analysis and geomechanics classification. Structural and geological mapping were developed at the main access of the mine by means of scanline survey method, borehole description and geotechnichal testing. This information was integrated to obtain a geomechanical classification of rock mass by means of Rock Mass Rating system. Further, the qualitative description of the rock mass was developed using discontinuity spacing and RQD (Rock Quality Designation) index, which was determinated by conventional and scanline survey methods. The study of discontinuities in the rock allows the evaluation of the intensity of breakage in the rock mass. This comparative parameter indicates that 60, 1 02 and 223 mine leveis and the named vein structure 1 are more fractured than 18 and 152 mine leveis and vein structure 2. In the different mine sectors studied, the RMR geomechanics classification allows us to determinate that the ore body shows poorer geomechanical quality than enclosed wall rock. Nevertheless, the RMR classification system estimates the next geomechanical aspects of rock mass: support load, stand-up time and modulus of deformability of rock.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2007. / Submitted by Guimaraes Jacqueline (jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2015-11-24T10:37:34Z No. of bitstreams: 1 2007_JoseAllanCarvalhoMaia.pdf: 6074004 bytes, checksum: f3ab2083f1c1163307c938492c4e7db6 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-01-25T15:32:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2007_JoseAllanCarvalhoMaia.pdf: 6074004 bytes, checksum: f3ab2083f1c1163307c938492c4e7db6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-25T15:32:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007_JoseAllanCarvalhoMaia.pdf: 6074004 bytes, checksum: f3ab2083f1c1163307c938492c4e7db6 (MD5) / A disseminação das obras subterrâneas é uma notória tendência mundial em virtude de todo o seu potencial na liberação do espaço superficial. A integridade de suas estruturas é fundamentalmente conferida pelo sistema de suporte, cujo papel é diretamente influenciado pelo comportamento da zona plástica. Contudo, a previsão desse comportamento é bastante difícil, visto a dependência das tensões na zona plástica com respeito à resistência do maciço rochoso, das condições de carregamento e da geometria da abertura. Assim, esta pesquisa propõe a metodologia probabilística de previsão, onde sua aplicação visa a previsão do comportamento da zona plástica para certo grau de confiabilidade, durante as várias fases de vida das estruturas de uma obra subterrânea. Para tal, se utilizou dados provenientes do túnel de Yacambú-Quíbor, cujo histórico é rico em extremos eventos decorrentes dos processos de "squeezing", por exemplo, em 1979 uma "tuneladora" ("Tunnel Boring Machine" - TBM) foi completamente destruída por um rápido e intenso processo de "squeezing". The dissemination of underground excavations is a well-known worldwide trend due to its potential to release the superficial space. The integrity of its structures is basically assured by the support system, whose function is directly influenced by the behaviour of the plastic zone. However, the prediction of the plastic zone behaviour is very difficult because of the relation between the stresses in the plastic zone and the strength of the rock mass, the loading conditions and the geometry of the opening. Thus, this research proposes a forecast probabilistic methodology where the application aims to predict the behaviour of the plastic zone within certain significance level, during several phases of underground excavation: design, construction and rehabilitation. Finally, it was used data from the Yacambú-Quíbor tunnel, whose constructive history is rich in extremes events due to squeezing process; for instance, in 1979 a tunnel boring machine was trapped and completely destroyed by a fast process of squeezing. ________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The dissemination of underground excavations is a well-known worldwide trend due to its potential to release the superficial space. The integrity of its structures is basically assured by the support system, whose function is directly influenced by the behaviour of the plastic zone. However, the prediction of the plastic zone behaviour is very difficult because of the relation between the stresses in the plastic zone and the strength of the rock mass, the loading conditions and the geometry of the opening. Thus, this research proposes a forecast probabilistic methodology where the application aims to predict the behaviour of the plastic zone within certain significance level, during several phases of underground excavation: design, construction and rehabilitation. Finally, it was used data from the Yacambú-Quíbor tunnel, whose constructive history is rich in extremes events due to squeezing process; for instance, in 1979 a tunnel boring machine was trapped and completely destroyed by a fast process of squeezing.

Fortuna, Estado de Santa Catarina, constitui um dos projetos mais importantes, atualmente em desenvolvimento, para o aproveitamento de minério de flúor no Brasil. Este trabalho pretende ampliar o conhecimento das condições geológicas e estruturais encontradas na mina, com esta finalidade foi realizada uma avaliação qualitativa do maciço rochoso, fundamentada na análise das descontinuidades geoestruturais e em uma classificação geomecânica. Na fase de campo foram desenvolvidos mapeamentos geológicos e estruturais nas principais galerias da mina através do método da scanline; a descrição de testemunhos de sondagem e a execução de ensaios geomecânicos em laboratório. As informações foram integradas e acrescidas com outras, de forma a obter-se a classificação geomecânica do maciço rochoso através do sistema RMR (Rock Mass Rating). A avaliação qualitatitva do maciço foi realizada por meio de aspectos como o espaçamento entre descontinuidades e o RQD, (Rock Qua/ity Designation) determinado convencionalmente e através da técnica da scanline. O estudo do espaçamento entre descontinuidades permitiu avaliar a intesidade de fraturamento do maciço, com este parâmetro comparativo, os níveis 60, 102 e 223 e a estrutura portadora do filão 1 registraram-se, de forma geral, mais fraturados que os níveis 18 e 152 e a estrutura hospedeira do filão 2. O sistema de classificação RMR possibilitou determinar, nos setores estudados, que as duas estruturas filonianas apresentam qualidade geomecânica inferior a aquela das rochas encaixantes. Através desta classificação também foram realizadas estimativas de aspectos como: o carregamento sobre o escoramento, o tempo de auto-sustentação do maciço e do modulo de deformação da rocha, entre outros. / The Rio dos Bugres underground mine is one of the most important projects in Brazil mining fluorite ore at present. The mine is located at the Rio Fortuna region in the Santa Catarina State. This work is intended to increase the knowledge of the geological and structural conditions presents at the Rio dos Bugres mine. For this purpose, a qualitative assessment of the rock mass was developed based on a discontinuity analysis and geomechanics classification. Structural and geological mapping were developed at the main access of the mine by means of scanline survey method, borehole description and geotechnichal testing. This information was integrated to obtain a geomechanical classification of rock mass by means of Rock Mass Rating system. Further, the qualitative description of the rock mass was developed using discontinuity spacing and RQD (Rock Quality Designation) index, which was determinated by conventional and scanline survey methods. The study of discontinuities in the rock allows the evaluation of the intensity of breakage in the rock mass. This comparative parameter indicates that 60, 1 02 and 223 mine leveis and the named vein structure 1 are more fractured than 18 and 152 mine leveis and vein structure 2. In the different mine sectors studied, the RMR geomechanics classification allows us to determinate that the ore body shows poorer geomechanical quality than enclosed wall rock. Nevertheless, the RMR classification system estimates the next geomechanical aspects of rock mass: support load, stand-up time and modulus of deformability of rock.

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Geotécnica. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Maurílio Figueiredo (maurilioafigueiredo@yahoo.com.br) on 2014-10-31T19:36:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoGeotecnicaAnálise.pdf: 22876472 bytes, checksum: 320f89847d1281ab63444acfabf70679 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-11-07T11:52:33Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoGeotecnicaAnálise.pdf: 22876472 bytes, checksum: 320f89847d1281ab63444acfabf70679 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-07T11:52:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_CaracterizaçãoGeotecnicaAnálise.pdf: 22876472 bytes, checksum: 320f89847d1281ab63444acfabf70679 (MD5) Previous issue date: 2014 / O objetivo deste trabalho é analisar os parâmetros geotécnicos e a probabilidade de ocorrência dos modos de ruptura em taludes operacionais em itabirito compacto nas regiões da Mina Central, Mineração Usiminas, localizada no município de Itatiaiuçu- MG. Foi realizado o mapeamento geológico-geotécnico do maciço rochoso na escala 1:2000, o que permitiu identificar e avaliar as regiões da mina em termos de parâmetros geomecânicos importantes, como o grau de fraturamento, alteração, consistência e litologia. O índice RMR para o maciço rochoso foi obtido a partir dos dados de campo. Em pontos estratégicos da mina foram coletadas amostras para realização de ensaios laboratoriais, a fim de conhecer os parâmetros de resistência da rocha intacta e estimar os parâmetros de resistência do maciço, aplicando o critério de Hoek-Brown. Foram realizadas análises cinemáticas que tiveram como objetivo a determinação das probabilidades de ruptura em cunha, planar e tombamento de blocos nos taludes operacionais em itabirito compacto. Para estes mesmos modos de ruptura foram realizados análises cinemáticas para taludes hipotéticos, variando o azimute (em relação ao bandamento) e o ângulo de mergulho do talude, a fim de subsidiar uma análise rápida da probabilidade de ocorrência de ruptura, para cada situação identificada na mina. Com a consolidação dos resultados pôde-se verificar a alta resistência da rocha intacta; entretanto devido ao grau de fraturamento do maciço rochoso, a sua resistência calculada a partir da classificação RMR é baixa. A partir destes resultados conclui-se que os modos de ruptura dos taludes operacionais estão condicionados pelas descontinuidades, sendo assim o calculo da probabilidade de ruptura dos taludes, através das análises cinemáticas, apresentou boa representatividade das condições de campo. __________________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: This work aims to analyze the geotechnical parameters and the likelihood of failure modes in operational slopes of compact itabirite in the regions of the Central Mine, Mineração Usiminas, located in the municipality of Itatiaiuçu - MG. Geological and geotechnical mapping of the rock mass at the scale 1:2000 was done, which allowed to identify and evaluate areas of the mine in terms of important geomechanical parameters, such as the degree of fracturing, alteration, lithology and consistency. The RMR index for the rock mass was obtained from field data. In strategic points of the mine, rock samples were collected to perform laboratory tests in order to know the strength parameters of intact rock and to estimate the strength parameters of the rock mass, by applying the Hoek–Brown criterion. Kinematic analyzes were performed to determine the probability of wedge, planar and toppling failure modes in slopes of compact itabirite. For these same failure modes kinematic analyzes of hypothetical slopes were performed by varying the azimuth (relative to bedding) and the dip angle of the slope, in order to provide a rapid analysis of failure probability for each situation identified in the mine. With the consolidation of the results, it was possible to confirm the high strength of the intact rock; however, the rock mass strength calculated through the RMR classification is low. From these results it is concluded that the failure modes of operational slopes are conditioned by the discontinuities, thus calculating the failure probability of the slope, through kinematic analyzes, showed good agreement with field conditions.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2013. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-09-09T16:10:24Z No. of bitstreams: 1 2013_AreosvaldoOliveiraCastro.pdf: 5571233 bytes, checksum: 05752bef9af7ae2e41e4e4f3dd267c84 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-09-10T13:27:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_AreosvaldoOliveiraCastro.pdf: 5571233 bytes, checksum: 05752bef9af7ae2e41e4e4f3dd267c84 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-09-10T13:27:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_AreosvaldoOliveiraCastro.pdf: 5571233 bytes, checksum: 05752bef9af7ae2e41e4e4f3dd267c84 (MD5) / A Engenharia de Túneis apresenta grande desenvolvimento nos últimos anos, sendo consequência do advindo da Era Ambiental e do aumento pela demanda por obras subterrâneas. Desta forma, o desenvolvimento dos métodos de escavação torna-se fundamental, pois, em virtude da complexidade e das variáveis influentes, é primordial assegurar os requisitos básicos de desempenho do empreendimento, tais como segurança e vida útil. Em consequência, o método mecanizado, objeto de estudo do presente trabalho, tem se apresentado uma opção vantajosa em relação ao método convencional, pois, por meio de tuneladoras a escavação é mais segura e possui prazos mais garantidos, além de causar menor perturbação ao meio. Entretanto tal método não apresenta flexibilidade e é altamente dependente dos parâmetros do maciço rochoso. Assim, é necessário conhecer bem as propriedades do maciço para determinar o tipo de tuneladora a ser utilizada, bem como, conhecer os mecanismos de interação máquina-maciço, e analisar os critérios de escavabilidade para prever e melhorar o projeto da máquina, conferindo a esta maior desempenho durante a escavação. Circuitos hidráulicos subterrâneos, com aplicação em barramentos para fins de aproveitamento hidroelétrico, também são estruturas que vêm apresentando aumento em sua demanda, principalmente quando o maciço rochoso apresenta boas propriedades e topografia favorável. Em geral, os métodos de projeto deste tipo de estrutura são baseados no empirismo, apesar do desenvolvimento de métodos racionais e numéricos nos últimos anos. Desta forma, o presente trabalho também se propõe a estudar o comportamento do principal componente de um circuito hidráulico subterrâneo, o túnel de pressão, por meio da análise de dois alinhamentos diferentes. Tais alinhamentos foram simulados por meio de ferramenta numérica, e os resultados mostraram que o túnel mesclado é uma solução mais econômica do que o túnel inclinado, em virtude das menores tensões desenvolvidas, implicando assim, em menor quantidade de suporte empregado. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Civil Engineering of Tunnels presents huge development in the last years, being consequence came from Environmental Era, and from increasing demand for underground works. As for this reason, the development of excavation methods turns essential, then, as a result of its complexity, and also for several influences it is essential to ensure basic requirements of performance of undertaking, for example, ensure and enduringness. Accordingly, the mechanized method – that is the object analyzed in this study – has been shown as an advantage option in relation to current method. On account of, through Tunnel Boring Machines (TBMs) the excavation is much more security, and it also can enable more reliable terms, beyond can induce short disturbance to environment. However such method displays no flexibility and it is strongly dependent on rock mass parameters. Therefore, it is necessary well know the mass proprieties to determinate the Tunnel Boring Machine that will be used, as well as, to know the mechanism of interaction machine-mass, and to analyze the criteria of excavability to forecast and improve the project of machine, bestowing to it bigger performance while excavation. Underground hydraulic circuits, with application in dams performance to hydroelectric reclamation purposes, also are structures that has been displaying increasing in its demand especially when the rock mass displays good proprieties and favorable topography. Commonly, the project methods of this structure type are based in empirical methods, despite the development of rational and numerical methods in the recent years. In this way, the present study aims to propose the study of behavior of the main component of an underground hydraulic circuit, the Pressure Tunnel, through analyzing two different alignments. Such alignments will be simulated through a numerical tool, and the results showed that mixed tunnel is more economically than inclined tunnel, due the lower stresses developed, thus implying in lesser applied lining.

Orientador: Jose Luiz Antunes de Oliveira e Sousa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T00:21:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_RomeroGomesdaSilva_M.pdf: 59763256 bytes, checksum: 42899d1114fe0dc915419d98ca8d0a2c (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Na indústria do petróleo, o conhecimento das propriedades elásticas e de resistência das rochas reservatório são importantes para a verificação da estabilidade de poços durante a fase de perfuração e produção. Normalmente, essas propriedades (módulo de Young, coeficiente de Poisson, módulo de elasticidade volumétrica, compressibilidade volumétrica, coesão e ângulo de atrito) são obtidas em laboratório à temperatura ambiente. Em função desses fatores, foi desenvolvido um projeto no laboratório da PETROBRAS/CENPES para avaliar a influência da temperatura até 150°C nos parâmetros elásticos e de resistência em rochas reservatório de petróleo. Foram utilizadas amostras de arenitos da Formação Açu e Pendências, da Bacia Potiguar. Verificou-se que o comportamento termomecânico variou em função do tipo de rocha ensaiada. Os arenitos friáveis e pouco homogêneos da Formação Açu foram divididos em três lotes distintos de amostras. Os dois primeiros lotes foram ensaiado à temperatura ambiente e 80°C e o terceiro lote, à temperatura ambiente e 150°C. Com o aumento da temperatura entre 24°C e 150°C, a tensão de ruptura diminuiu, o coeficiente de Poisson diminuiu, porém o módulo de Young diminuiu entre 24°C e 80°C, para as amostras dos dois primeiros lotes e aumentou, entre 24°C e 150°C, para as amostras do terceiro lote. Os arenitos mais homogêneos e bem consolidados da Formação Pendências mostraram que o aumento da temperatura de 24°C para 150°C, provocou redução na tensão de ruptura, no módulo de Young e no coeficiente de Poisson. Os parâmetros de resistência ao cisalhamento, c e 'fi¿, sofreram significante redução para os arenitos da Formação Açu. Os arenitos da Formação Pendências não apresentaram variações significativas de c e 'fi¿ entre 24°C e 80°C, enquanto que entre 80°C e 150°C o valor da coesão mostrou moderada redução. O ângulo de atrito interno praticamente não variou. Durante os ensaios hidrostática, as amostras apresentaram grandes deformações, que levaram a erros significativos no cálculo da compressibilidade volumétrica, ao ser adotada a equação linearizada (sem os termos de segunda ordem) na determinação da deformação volumétrica do material. Embora, a equação linearizada seja largamente utilizada em cálculos desta natureza, não se mostrou adequada para arenitos de baixa resistência. A compressibilidade volumétrica dos arenitos da Formação Açu apresentou significante redução. Os resultados da simulação numérica para verificar a estabilidade das paredes de um poço padrão perfurado na Formação Açu, mostrou que as reduções sofridas pelos parâmetros, entre 24°C e 80°, foram suficientes para produzir zonas de plastificação / Abstract: In the oil industry, the knowledge of elastic and resistance properties of reservoir rocks is important for the wellbore stability analysis during drilling and production. Normally, these properties (Young's modulus, Poisson's ratio, bulk compressibility, bulk modulus. tensile strength, cohesion and angle of internal friction) are obtained in laboratory at room temperature, while the in situ temperature may be significantly above this level. Based on these facts, laboratory tests were conducted at CENPES/PETROBRAS to evaluate the influence of temperatures between 24°C (room temperature) and 150°C on the elastic and resistance parameters of reservoir rocks. Specimens of sandstones from Açu and Pendências formations, from Potiguar basin were used in the tests. The observed thermo-mechanical behavior indicated a strong dependance on the type of rock tested. Sandstones from Açu formation, which are friable and present low homogeneity, were divided in three distinct groups: the first two groups were tested at 24°C and 80°C, and the third group was tested at 24°C and 150°C. When the temperature was increased from 24°C to 150°C, the tensile strength decreased, the Poisson's ratio decreased and the Young's modulus decreased between 24°C and 80°C, but for the third group, Young modulus increased between 24°C and 150°C. The sandstones from Pendências formation, well consolidated and more homogeneous than the previous ones, presented reduction in tensile strength, Young's modulus and Poisson's ratio, for increasing temperatures. However, these variations were less significant than the observed for the the friable sandstones from Açu formation. The shear resistance parameters, cohesion and angle of internal friction, presented significant reductions for the Açu formation. For the Pendências formation no significative variations were observed between 24°C and 80°C, whiIe some reduction in the cohesion for the interval 80°C ¿ 150°C was observed. During hidrostatic tests the specimens presented large strains that conducted to significant errors in bulk compressibility when were used the linear equation (without quadratic terms) in the calculation of material volumetric strain. Although the linear equation is wide used in buIk compressibility determination it is not recommended here. The buIk compressibility presented significative reduction in the Açu formation sandstones. A numerical simulation of wellbore stability was conducted for a standard wellbore drilled in the Açu formation, using experimental results of cohesion and angIe of internal frtction corresponding to 24°C and 80°C. Results showed that the variations in the parameters were sufficient to create yielding zones around the wellbore when the temperature was increased to 80°C / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

O estudo de tensões e deformações decorrentes da abertura de uma escavação subterrânea pode atualmente ser desenvolvido com maior precisão e rapidez que há poucos anos atrás, graças às modernas ferramentas computacionais. Essas ferramentas que possibilitam análises numéricas em duas ou três dimensões e em quaisquer geometrias de escavação precisam, porém, de dados precisos para a alimentação do sistema. A partir de uma série de medidas de deformação das paredes das escavações, onde foi calibrado um sistema alternativo de medição de deslocamentos; de ensaios laboratoriais para a caracterização mecânica da rocha; e da classificação geomecânica da obra, foi possível nesta dissertação calcular por meio de retro-análise as tensões horizontais atuantes no maciço, e a relação entre a tensão horizontal e a tensão vertical, conhecida por K0. Utilizando o software Plaxis® Tunnel 3D, que emprega o Método do Elementos Finitos, e com dados geomecânicos parametrizados, foi possível calcular as tensões atuantes no sistema de sustentação para a primeira fase de escavação (meia seção), e as tensões atuantes e os deslocamentos para a configuração final da escavação (seção plena escavada). Além disto, foi possível calcular o Fator de Segurança global da estrutura, para cada fase de escavação, que se mostraram satisfatórios. / Thanks to modern computational tools, the study of stress and strains caused by an underground excavation can currently be modeled with better precision and much faster than a few years ago. However, the tools which allow numerical analysis in two or three dimensions for any geometry of excavation need data for input into the system. In the Reversão tunnel project, the contractor used a standard instrument system from IPT (which was difficult to use), for the measurement of a series of displacements of the walls of the tunnels. An alternative system for the measurement of displacement was developed by LPM to measure the closure of the tunnels. This was done in conjunction with the mechanical characterization of the rock and the geomechanical classification of the tunnel workmanship. Using these three parameters, it was possible in this study to calculate the stress in the rock mass, by means of backward-analysis, and the ratio between the horizontal stress and the vertical stress, known as K0. This was accomplished using finite element software. In addition, with parameterized geomechanical data, it was possible to calculate the stresses acting on the support system for the first phase of excavation (half section), and the stress and displacements for the final excavation configuration (full excavation). Moreover, it was possible to calculate the Factor of Safety – FOS – of the structure, for each phase of excavation.

O estudo de tensões e deformações decorrentes da abertura de uma escavação subterrânea pode atualmente ser desenvolvido com maior precisão e rapidez que há poucos anos atrás, graças às modernas ferramentas computacionais. Essas ferramentas que possibilitam análises numéricas em duas ou três dimensões e em quaisquer geometrias de escavação precisam, porém, de dados precisos para a alimentação do sistema. A partir de uma série de medidas de deformação das paredes das escavações, onde foi calibrado um sistema alternativo de medição de deslocamentos; de ensaios laboratoriais para a caracterização mecânica da rocha; e da classificação geomecânica da obra, foi possível nesta dissertação calcular por meio de retro-análise as tensões horizontais atuantes no maciço, e a relação entre a tensão horizontal e a tensão vertical, conhecida por K0. Utilizando o software Plaxis® Tunnel 3D, que emprega o Método do Elementos Finitos, e com dados geomecânicos parametrizados, foi possível calcular as tensões atuantes no sistema de sustentação para a primeira fase de escavação (meia seção), e as tensões atuantes e os deslocamentos para a configuração final da escavação (seção plena escavada). Além disto, foi possível calcular o Fator de Segurança global da estrutura, para cada fase de escavação, que se mostraram satisfatórios. / Thanks to modern computational tools, the study of stress and strains caused by an underground excavation can currently be modeled with better precision and much faster than a few years ago. However, the tools which allow numerical analysis in two or three dimensions for any geometry of excavation need data for input into the system. In the Reversão tunnel project, the contractor used a standard instrument system from IPT (which was difficult to use), for the measurement of a series of displacements of the walls of the tunnels. An alternative system for the measurement of displacement was developed by LPM to measure the closure of the tunnels. This was done in conjunction with the mechanical characterization of the rock and the geomechanical classification of the tunnel workmanship. Using these three parameters, it was possible in this study to calculate the stress in the rock mass, by means of backward-analysis, and the ratio between the horizontal stress and the vertical stress, known as K0. This was accomplished using finite element software. In addition, with parameterized geomechanical data, it was possible to calculate the stresses acting on the support system for the first phase of excavation (half section), and the stress and displacements for the final excavation configuration (full excavation). Moreover, it was possible to calculate the Factor of Safety – FOS – of the structure, for each phase of excavation.