This thesis presents the results of an investigation of factors which influence the geotechnical properties of frozen mine backfill (FMB). FMB has extensive application potential for mining in permafrost areas. The uniaxial compressive strength (UCS) of hardened backfill is often used to evaluate mine backfill stability. However, the deformation behaviour and stiffness of the FMB are also key design properties of interest. In this thesis, uniaxial compressive tests were conducted on FTB and FCPB samples. Information about the geotechnical properties of FMB is obtained. The effects of FMB mix components and vertical compression pressure on the geotechnical properties of FMB are discussed and summarized. An optimum total water content of 25%-35% is found in which the strength and the modulus of elasticity of the FTB are 1.4-3.2 MPa and 35-58 MPa, respectively. It is observed that a small amount (3-6%) of cement can significantly change the geotechnical properties of FTB.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:32:21Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-05-19Bitstream added on 2014-06-13T19:21:56Z : No. of bitstreams: 1 cabanasnavarro_f_dr_rcla.pdf: 4430700 bytes, checksum: a93015794da4e288862dea20ef0e01d3 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Considerando um conjunto de 21 tipos de rochas utilizadas como revestimento e subdivididas em quatro conjuntos por afinidade da composição mineral (rochas carbonáticas, quartzosas, feldspáticas e quartzo-feldspáticas) foram realizados ensaios tecnológicos para a determinação do coeficiente de dilatação térmica linear e da resistência à compressão uniaxial, bem como a anisotropia dessas propriedades. Os dados tecnológicos obtidos foram correlacionados com informações petrográficas qualitativas e quantitativas referentes à composição mineral, variações texturais e estruturais determinadas em seções ortogonais entre si a partir de um sistema de referência (xyz) baseado na foliação e lineação macroscopicamente visíveis. A análise integrada dos dados utilizando estatística convencional e multivariada procurou apontar as variáveis petrográficas mais relevantes para as duas propriedades tecnológicas enfocadas e suas respectivas anisotropias. A dilatação térmica e sua anisotropia são influenciadas principalmente pela composição mineral e pela orientação preferencial dos minerais embora as microfissuras desempenhem papel importante em alguns casos. A tensão de compressão mostra sua variabilidade e anisotropia influenciadas pela granulação média, tipos de contatos minerais predominantes e padrões de microfissuras mais ou menos definidos por influência da foliação presente. Constatou-se que no conjunto analisado a presença da foliação não implica necessariamente em anisotropia das duas propriedades estudadas. / The anisotropy of thermal expansion coefficient and compressive tensile strength were determined for 21 commercially used stones gathered in four set according the main mineral composition named carbonatic, quartz-rich, feldspar-rich and quartz-feldspar-rich rocks. Using a coordinate reference system (xyz) based on the macroscopic visible foliation and lineation the samples were submitted to normalized laboratorial analyses for determination of the both technological properties and the petrographical features such as mineral composition, texture and fabric. Additionally was carried out measurements of weathered area and microcrack quantification by image analysis and texture quantification by U-stage methods. In order to understand the relationship between the anisotropy measured and petrographical data it was applied traditional and multivariate statistical analysis. The results pointed to the great significance of mineral composition and the crystallographic preferred orientation for thermal expansion and respective anisotropy, especially to monomineralic and/or foliated rocks, in spite of some cases microcracks play this role. The compressive strength is mainly controlled by a complex interaction between grain size distribution, grain boundary and microcrack patterns related or not to foliation.

A resistência à compressão uniaxial e o módulo de deformabilidade são parâmetros que descrevem o comportamento de materiais rochosos frente a solicitações por esforços. É prática corriqueira em investigações geológico-geotécnicas para projetos de engenharia estimar a resistência de maneira preliminar com base em propriedades de tenacidade, dureza e friabilidade, aferindo à rocha graus de coerência. Dados laboratoriais referentes a aspectos físicos, texturais e mineralógicos de arenitos da Formação Piramboia, Bacia do Paraná, amostrados via sondagens mistas na região de Anhembi e Santa Maria da Serra, Estado de São Paulo, foram correlacionados entre si e a parâmetros geomecânicos como resistência à compressão uniaxial, módulo de deformabilidade e graus de coerência. As fácies reconhecidas nos arenitos foram agrupadas em associações de dunas e interdunas e suas rochas classificadas como quartzo arenitos e arenitos feldspáticos ou subarcóseos, com cimentação principalmente de esmectita ou material argilo- ferruginoso. Encontraram-se correlações significativas da resistência à compressão uniaxial com tamanho médio dos grãos e densidade, inversa no primeiro caso e direta no segundo. Já o módulo de deformabilidade apresentou correlação significativa inversa com proporção de pelíticos, e direta com tamanho médio dos grãos, desvio padrão da distribuição granulométrica e grau de empacotamento. Arenitos característicos de inundações efêmeras em domínio de interdunas úmidas, com maiores teores de pelíticos, apresentaram módulos de deformabilidade baixos e resistências altas em comparação aos arenitos de demais fácies. Variações da composição mineralógica do arcabouço não se mostraram suficientes para influenciar significativamente o comportamento geomecânico dos arenitos. / The uniaxial compressive strength and the deformability modulus are parameters that describe the behavior of rock materials under stress. It is an everyday practice in geological and geotechnical investigations for engineering projects to estimate strength in a preliminary fashion, based on properties such as tenacity, toughness and friability, attributing to the rock a qualitative term describing its strength. Laboratorial data on physical, textural and mineralogical aspects of sandstones of the Piramboia Formation, Paraná Basin, obtained by core drillings in the region of Anhembi and Santa Maria da Serra, state of São Paulo, were correlated to each other and to geomechanical parameters such as uniaxial compressive strength, deformability modulus and qualitative terms describing their strength. The recognized sandstone facies were grouped in dune and interdune associations and their rocks were classified as quartz arenites and feldspathic arenites or subarkoses, whose cementation is mainly composed of smectite or ferruginous clay material. Significant correlations of uniaxial compressive strength with mean grain size and density were found, inverse in the first case and direct in the second. On the other hand, the deformability modulus showed a significant inverse correlation with the amount of pelitic material, and direct with mean grain size, standard deviation of grain size distribution and packing density. Sandstones characteristic of ephemeral floods in the domain of wet interdunes, with greater amounts of pelitic material, presented low values of deformability modulus and high strength values compared to the other facies. Variations in the mineral composition of the framework were not sufficient to significantly influence the geomechanical behavior of the sandstones.

A resistência à compressão uniaxial e o módulo de deformabilidade são parâmetros que descrevem o comportamento de materiais rochosos frente a solicitações por esforços. É prática corriqueira em investigações geológico-geotécnicas para projetos de engenharia estimar a resistência de maneira preliminar com base em propriedades de tenacidade, dureza e friabilidade, aferindo à rocha graus de coerência. Dados laboratoriais referentes a aspectos físicos, texturais e mineralógicos de arenitos da Formação Piramboia, Bacia do Paraná, amostrados via sondagens mistas na região de Anhembi e Santa Maria da Serra, Estado de São Paulo, foram correlacionados entre si e a parâmetros geomecânicos como resistência à compressão uniaxial, módulo de deformabilidade e graus de coerência. As fácies reconhecidas nos arenitos foram agrupadas em associações de dunas e interdunas e suas rochas classificadas como quartzo arenitos e arenitos feldspáticos ou subarcóseos, com cimentação principalmente de esmectita ou material argilo- ferruginoso. Encontraram-se correlações significativas da resistência à compressão uniaxial com tamanho médio dos grãos e densidade, inversa no primeiro caso e direta no segundo. Já o módulo de deformabilidade apresentou correlação significativa inversa com proporção de pelíticos, e direta com tamanho médio dos grãos, desvio padrão da distribuição granulométrica e grau de empacotamento. Arenitos característicos de inundações efêmeras em domínio de interdunas úmidas, com maiores teores de pelíticos, apresentaram módulos de deformabilidade baixos e resistências altas em comparação aos arenitos de demais fácies. Variações da composição mineralógica do arcabouço não se mostraram suficientes para influenciar significativamente o comportamento geomecânico dos arenitos. / The uniaxial compressive strength and the deformability modulus are parameters that describe the behavior of rock materials under stress. It is an everyday practice in geological and geotechnical investigations for engineering projects to estimate strength in a preliminary fashion, based on properties such as tenacity, toughness and friability, attributing to the rock a qualitative term describing its strength. Laboratorial data on physical, textural and mineralogical aspects of sandstones of the Piramboia Formation, Paraná Basin, obtained by core drillings in the region of Anhembi and Santa Maria da Serra, state of São Paulo, were correlated to each other and to geomechanical parameters such as uniaxial compressive strength, deformability modulus and qualitative terms describing their strength. The recognized sandstone facies were grouped in dune and interdune associations and their rocks were classified as quartz arenites and feldspathic arenites or subarkoses, whose cementation is mainly composed of smectite or ferruginous clay material. Significant correlations of uniaxial compressive strength with mean grain size and density were found, inverse in the first case and direct in the second. On the other hand, the deformability modulus showed a significant inverse correlation with the amount of pelitic material, and direct with mean grain size, standard deviation of grain size distribution and packing density. Sandstones characteristic of ephemeral floods in the domain of wet interdunes, with greater amounts of pelitic material, presented low values of deformability modulus and high strength values compared to the other facies. Variations in the mineral composition of the framework were not sufficient to significantly influence the geomechanical behavior of the sandstones.