DEMIN/EM/UFOPMIN 225

Estabilidade de Escavações Subterrâneas

Prof. José Margarida da Silva Antônio Carvalho Filho

Março 2010

Sustentação de Escavações Subterrâneas

Sumário

• Definições e terminologia• Generalidades• Papel do Suporte• Projeto de Suporte• Histórico• Classificação de Estruturas• Curva característica• Materiais

Definições; terminologia

• “escoramento” ou “sustentação” - engloba uma série de técnicas que utilizam elementos de madeira, metálicos ou de concreto (armado ou não), destinados a aumentar a segurança de cavidades.

Definições; terminologia

• Sistemas de escoramentos: podem ser desde simples elementos isolados (destinados a segurar blocos individualizados) até revestimentos completos da periferia dos vazios (se a rocha que os circunda é pouco coerente ou se encontra muito fraturada).

• Rock support: elementos externos;

• rock reinforcement: elementos internos.

TerminologiaEstrutura

todo arranjo espacial de elementos físicos, compostos de qualquer material, capaz de resistir a esforços solicitantes em um horizonte previsto de tempo, com um dado fator de segurança e sofrendo deformação entre limites pré-determinados;

Terminologia

Dimensionamento de uma estrutura: definição das dimensões elementos que a compõem, para que possam resistir aos esforços solicitantes, conhecendo-se:

• os valores destes esforços,• os limites aceitáveis de deformação, • o tempo previsto de sua utilização,• o fator de segurança desejado ou

considerado.

Generalidades• papel principal do suporte para os maciços

rochosos (Rock Engineering): controlar as ações de peso do material descomprimido situado entre as periferias das escavações e os arcos de pressão (efeito arco).

• É necessário prever um espaço suficiente entre o escoramento e o contorno inicial da escavação, para que a convergência respectiva possa ter lugar.

• Ou então prever a instalação de um sistema suficientemente deformável para que possa acompanhar tal convergência.

Projeto de suporte

Escolha do suportefatores fundamentais: • custo, • comportamento do subsolo,• método de lavra a ser empregado.

O principal objetivo no projeto de um suporte subterrâneo é ajudar o maciço a se auto-suportar.

Histórico• Agricolae (1556): domínio da madeira como estrutura

de sustentação em trabalhos subterrâneos.• colônia na América do Sul: minas metálicas suportadas

com arcos de pedra e esteios de madeira.• 1824: desenvolvida pedra artificial (concreto).• 1912: “gunite” (precursor do concreto projetado). • Déc.20, séc XX: suportes com aço predominaram

nos EUA.• Após segunda guerra: escoras hidráulicas, depois

suportes auto-deslocáveis (powered supports).• Ancoragens - larga aceitação. Sistemas constituídos

por combinação de tirantes, chumbadores, concreto projetado, tela, algumas vezes cambotas, em escavações civis e mineração.

Classificação de estruturas

Suporte: conjunto de elementos resistentes que se empregam para controlar a deformabilidade e contrariar os fenômenos de ruptura localizada em aberturas subterrâneas.

• provisórios ou definitivos; • contínuos ou descontínuos; • compressíveis ou praticamente indeformáveis

(rígidos).

Exemplos de suportes descontínuos: pilares naturais, esteios, pilhas, quadros, arcos (cambotas) e, de certa forma, as ancoragens.

Suportes artificiais

O MÉTODO CONSTRUTIVO NATM

                                                                                                                                                         

O MÉTODO CONSTRUTIVO NATM

                                                                                                                                                         

Representação das grandezas intervenientes no dimensionamentodos pilares e das câmaras com base no método da área tributária(Hoek e Brown, 1980)

Revestimentos

Revestimento

obra de recobrimento de zonas mais ou menos extensas da periferia das escavações, com finalidade de impedir o desprendimento de pequenos blocos de rocha e de regularizar e mesmo impermeabilizar os seus contornos.

Revestimentos

Exemplos de suportes contínuos: revestimento contínuo de galeria em maciço fraturado por concreto projetado ou pré-moldados de concreto armado; pranchões de madeira (entre quadros ou arcos); concreto projetado e tela (associados a tirantes); quadros justapostos; chapas unindo quadros, com a estrutura resultante exercendo em alguns casos funções de suporte e revestimento.

Tratamento ou reforçoTratamento ou reforço: técnica de consolidação do

maciço rochoso pela melhoria de sua:• resistência, • deformabilidade • e/ou impermeabilidade. Exemplos: Injeções, congelamento de terrenos e,

para alguns, as ancoragens.

Últimas décadas: aperfeiçoamento das ancoragens, substituição progressiva da madeira e outras técnicas ou materiais; aparecimento dos cartuchos, “cable bolt” e associação de concreto reforçado, parafuso e telas.

Aplicação de cable bolt prévio à lavra - a colocação em alargamentos de corte e enchimento na Mina Campbell (Borchier e outros, 1992 apud Hoek e outros, 1995).

Curva característica

• Carga x deformação;• Comportamento estrutural do suporte: rigidez x

deformabilidade.

Características ideais dos suportes compressíveis

• Alta carga de montagem;• Pequena deformação inicial;• Alta carga de cedência;• Cedência sob carga o mais constante possível;• Pequena variação nas curvas características.

Curva característica ideal de uma ancoragem (Stillborg, 1994).

Materiais

Principais materiais utilizados:

• aço, • madeira, • argamassas (concreto e/ou resinas sintéticas), • blocos de rocha, • Alvenaria• ou combinações destes.

Principais critérios de seleção

• resistência à tração e à compressão;• incombustibilidade;• adaptabilidade a perfis curvos;• custo (instalação e manutenção);• durabilidade;• deformabilidade;• possibilidade de reutilização;• necessidade de mão-de-obra especializada .

Referências BibliográficasAyres da Silva, L. A. & Hennies, W. T. 1995. Abertura de Vias Subterrâneas.

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