Classificações geomecânicas mineiras para o dimensionamento de maciços rochosos: o aplicativo MGC-RocDesign|Calc

Este trabalho tem como objetivo destacar a importância da utilização de software de geoengenharia no estudo das classificações de maciços rochosos nas engenharias de minas e geotécnica. Esta investigação pretendeu demonstrar a importância das classificações geomecânicas e índices geológico‐geomecânicos, tais como a Rock Mass Rating (RMR), Rock Tunnelling Quality Index (Q‐system), Surface Rock Classification (SRC), Rock Quality Designation (RQD), Geological Strength Index (GSI) and Hydro‐Potential Value (HP). Para esse efeito foi criada e desenvolvida uma calculadora geomecânica – MGC‐RocDesign|CALC: ‘Mining Geomechanics Classification systems for rock engineering design (version beta)’ – para de certa forma tornar mais simples, rápido e preciso o estudo das classificações geomecânicas sem que seja necessário recorrer manualmente às fastidiosas tabelas das classificações. A MGC‐RocDesign|CALC foi criada e desenvolvida no programa de folha de cálculo Microsoft Excel™ em linguagem Visual Basic for Applications© proporcionando o ambiente de carregamento de dados mais apelativos para o utilizador. Foi ainda integrada neste aplicativo a Calculadora Geotech|CalcTools que resulta da fusão das bases de dados ScanGeoData|BGD e SchmidtData|UCS criadas por Fonseca et al. (2010). Toda a informação foi integrada numa base de dados dinâmica associada a uma plataforma cartográfica em Sistemas de Informação Geográfica. Apresenta‐se como caso de estudo um dos trechos subterrâneos do maciço rochoso da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras/Tibães (Mosteiro de Tibães, Braga, NW de Portugal). Além disso, apresenta‐se uma proposta de zonamento geomecânico do maciço rochoso da antiga mina das Aveleiras/Tibães com o objetivo de apoiar o dimensionamento de maciços rochosos. Por fim, apresenta‐se uma reflexão em termos de aplicabilidade, das potencialidades e das limitações da Calculadora Geomecânica MGC‐RocDesign|CALC.

Geomecânica aplicada à estabilidade de explorações mineiras bench and fill: o caso do jazigo de Feitais, Minas de Aljustrel

Este trabalho pretende abordar a importância de um estudo geomecânico no apoio à otimização e estabilidade de explorações subterrâneas por subníveis, com criação de bancadas e posterior enchimento. O presente envolveu um estudo geológico-geotécnico em quinze galerias situadas a muro, teto e corpo da mineralização com o levantamento das características mais relevantes do maciço rochoso para aplicação das classificações geomecânicas, englobando uma amostragem de mais de 1780 descontinuidades, obtendo um modelo cartográfico subterrâneo com um panorama geral da qualidade do maciço rochoso intercetado pelas escavações nas diferentes zonas. Os dados dos levantamentos de campo levaram à criação de uma base de dados com a aplicação das classificações geomecânicas Q-System, RMR e GSI, por galeria e, em seguida, por zona, com proposta de classe de sustimento a aplicar em cada local, pelo ábaco de Barton, em conjunto com a determinação de parâmetros geomecânicos fundamentais ao refinamento do conhecimento geológico-geotécnico das unidades litológicas em estudo. Na parte final, focando a localização da massa mineralizada de Feitais é efetuada uma abordagem relativa à estabilidade das cavidades geradas pelo desmonte em bancada entre subníveis, com respetivo dimensionamento das larguras admissíveis, em condições de segurança, através da relação entre o número de estabilidade e raio hidráulico, pelo método do gráfico de estabilidade. Com esta metodologia de caracterização geológico geotécnica, é pretendido efetuar um ponto de partida à criação de um modelo geomecânico comportamental do jazigo de Feitais, Mina de Aljustrel, contando com um processo inicial de apoio ao planeamento mineiro aplicado ao método de desmonte em bancada e posterior enchimento por subníveis, atuando nos parâmetros de estabilidade e apoio à extração, favorecendo assim a segurança das operações de trabalho em conjunto com um apoio de otimização da extração.

Estudo da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras (Mire de Tibães): cartografia geotécnica e avaliação geomecânica

Este trabalho tem como objetivo sublinhar a importância de um estudo geológico‐geotécnico para apoiar a cartografia geotécnica do maciço rochoso subterrâneo da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras (Mosteiro de Tibães, Braga). Foi realizado um trabalho de campo sistemático, ao longo de uma rede de galerias subterrâneas com uma extensão aproximada de 155 m. Estas galerias são constituídas, principalmente, por rochas metassedimentares, embora aflorem rochas graníticas num pequeno trecho de uma das galerias. A técnica de amostragem linear de descontinuidades aplicada ao grau de compartimentação do maciço rochoso esteve na base de todos os dados geológicos, geotécnicos e geomecânicos. Além disso, foram coligidos e integrados os dados de campanhas de campo anteriores, realizadas entre 2006 e 2011. Foram igualmente descritos os métodos de avaliação dos dados de campo, bem como a análise estatística dos parâmetros geológico‐geotécnicos. O zonamento geotécnico do maciço rochoso das Aveleiras foi desenvolvido tendo em conta o comportamento do maciço rochoso in situ, e foi apoiado por ensaios laboratoriais de resistência do material‐rocha através do Ensaio de Carga Pontual. Apresenta‐se uma proposta preliminar de zonamento geomecânico com o objectivo de apoiar o projeto de engenharia de maciços rochosos.

Cartografia de zonamento geotécnico em frentes de escavação de maciços rochosos heterogéneos (túnel do Marão): aplicação da classificação geomecânica GSI|2013

Este estudo pretende discutir a validade da aplicação da mais recente versão do “GSI – Geological Strength Index” (Hoek et al., 2013) em maciços rochosos heterogéneos por aplicação num projecto de obra subterrânea em execução. O estudo envolveu a caracterização geológicageotécnica nas duas frentes de escavação da frente “Poente” da empreitada de construção do Túnel do Marão (N de Portugal) tendo sido cartografados 305 metros no conjunto das duas frentes em 74 avanços consecutivos. Para esta caracterização foram coligidos e uniformizados dados geológicos, geotécnicos e geomecânicos relativos aos levantamentos realizados a cada avanço. A técnica da amostragem linear foi aplicada para a cartografia das descontinuidades que permitiu estabelecer o grau de compartimentação do maciço rochoso. Além disso, procedeu‐se a um tratamento estatístico das descontinuidades, bem como dos parâmetros geológico‐geotécnicos e geomecânicos associados. Os zonamentos geotécnicos e geomecânicos das secções em análise foram realizados sempre em estreita ligação com o conhecimento das características do maciço in situ. Procurou‐se estabelecer termos de comparação entre a versão do GSI|2013 e as versões anteriores (GSI|98, GSI|2001) por aplicação para os avanços cartografados. Pretende‐se que este trabalho contribua para um maior conhecimento da mais recente versão do “Geological Strength Index” (2013) para a sua aplicabilidade em projectos de geoengenharia.

Structural analysis of Turtle mountain (Alberta) using digital elevation model: Toward a progressive failure

In 1903, the eastern slope of Turtle Mountain (Alberta) was affected by a 30 M m3-rockslide named Frank Slide that resulted in more than 70 casualties. Assuming that the main discontinuity sets, including bedding, control part of the slope morphology, the structural features of Turtle Mountain were investigated using a digital elevation model (DEM). Using new landscape analysis techniques, we have identified three main joint and fault sets. These results are in agreement with those sets identified through field observations. Landscape analysis techniques, using a DEM, confirm and refine the most recent geology model of the Frank Slide. The rockslide was initiated along bedding and a fault at the base of the slope and propagated up slope by a regressive process following a surface composed of pre-existing discontinuities. The DEM analysis also permits the identification of important geological structures along the 1903 slide scar. Based on the so called Sloping Local Base Level (SLBL) an estimation was made of the present unstable volumes in the main scar delimited by the cracks, and around the south area of the scar (South Peak). The SLBL is a method permitting a geometric interpretation of the failure surface based on a DEM. Finally we propose a failure mechanism permitting the progressive failure of the rock mass that considers gentle dipping wedges (30°). The prisms or wedges defined by two discontinuity sets permit the creation of a failure surface by progressive failure. Such structures are more commonly observed in recent rockslides. This method is efficient and is recommended as a preliminary analysis prior to field investigation.

Modelamento geomecânico para o dimensionamento de pilares de carvão

O dimensionamento de pilares em mineração de carvão, no Brasil, sempre foi considerado conservativo em relação às metodologias e características das camadas que estava sendo lavrada. Torna-se necessário reverter o status-quo existente nesse tema para que a atividade de mineração em carvão se torne mais lucrativa e segura ao mesmo tempo. Problemas geomecânicos, que causaram acidentes fatais, diminuição das reservas de carvão, alto custo de extração e baixa recuperação na lavra são decorrentes ao baixo conhecimento do comportamento geomecânico do maciço rochoso e das metodologias de modelamento geomecânicos. Esse trabalho propõe uma nova técnologia de mapeamento geomecânico e caracterização geomecânica para determinar parâmetros geomecânicos das rochas que formam o sistema piso-pilarteto de uma camada de carvão. O dimensionamento de pilares, então, deve ser baseado nessas informações que alimentam um modelo geomecânico que utiliza métodos numéricos para solucionálos. Dentro do processo de aquisição de informações geomecânicas são propostos novos métodos de mapeamento geomecânico por janela amostral e o cálculo dos índices espaçamento médio e freqüência de descontinuidades. Baseado nas características quantitativas das descontinuidades é proposto o cálculo do RQD* (Rock Quality Designation teórico) para a camada de carvão com base na função de distribuição que se ajusta ao histograma de distribuição do espaçamento de descontinuidades. Esse procedimento refletiu melhor a qualidade do maciço rochoso, baseado no índice RMR (Rock Mass Rating). Considerando-se a qualidade do maciço rochoso e utilizando critérios de rupturas empíricos, foram estimados os parâmetros geomecânicos das rochas que alimentaram os modelos geomecânicos.(Continua)_ Foram gerados modelos numéricos para simular situações reais encontradas na camada Bonito em Santa Catarina e propor um novo paradigma para dimensionamento de pilares, baseado em simulação numérica, considerando todo o entorno do pilar, compreendendo o sistema piso-pilarteto. Os resultados desses modelos são comparados com o monitoramento das deformações dos pilares para confrontar as simulações numéricas com o comportamento geomecânico do maciço insitu. Os resultados apresentaram grande qualidade e concordância com o comportamento dos pilares apresentados no monitoramento das deformações, provando que a metodologia proposta aqui pode ser utilizada em futuros projetos de dimensionamento de pilares.

Aplicação da Geoestatística Não-paramétrica para a compartimentação geomecânica de uma extensão típica do túnel do metrô - Linha 4, da cidade de São Paulo

In view of the limited number of drill holes, interpolation of the data becomes a relatively complex task. In this study, we sought to make estimates associated with lithological types, since a quantification based on lithology can be extracted from the empty spaces in the sampling. For example, QBarton is always below the median of the biotitic litotype, information which can be used in the elaboration of geostatistical models in situations where samples are lacking. To overcome bias in the data, required by geostatistical conceptualization, we worked with the residuals obtained from the adjustment of a surface and the observed values, for the variographic analysis. The final results made possible a more optimized evaluation of the final costs required for the construction project.

Diálogos poéticos de um legionário: intertextualidade nas canções de Renato Russo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Maciços rochosos em projetos hidrelétricos: proposta de classificação geomecânica

Pós-graduação em Geociências e Meio Ambiente - IGCE

Mapping surface deformation in open pit iron mines of Carajas Province (Amazon Region) using an integrated SAR analysis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Studio geomorfologico dell'area carsica attorno alla Grotta Palombara (Melilli, Siracusa)

The following thesis attempts to study and analyse the geomorphological evolution of a relatively small coastal area located to the North of Syracuse (Southeastern Sicily). The presently inactive Palombara Cave is located in this area. The 800 metres of passages in this cave show an evolution in some way linked to the local topographic and environmental changes. This portion of coastline was affected more or less constantly by the tectonic uplift during the Pleistocene, which simultaneously to the eustatic variations have played a key role in the genesis of the marine terraces and the cave. Starting from a DTM made from Lidar data, using a GIS procedure several marine terraces have been mapped. These informations combinated with a geomorphological study of the area, allowed to identify and recognise the different orders of the Middle Pleistocene terraced surfaces. Four orders of terraces between 180-75 m a.s.l have been observed, illustrated and described. Furthermore, two other supposed terrace edges located respectively at 60 and 35 m, which would indicate the presence of two more orders, have been recognised. All these marine terraces appear to have formed in the last million years. The morphological data of the Palombara cave, highlights a genesis related to the rising of CO2 rich waters coming from the depths through the fractures of the rock mass, that ranks it as a hypogenic cave. The development has been influenced by the changes in the water table, in turn determined by the fluctuations in the sea level. In fact, the cave shows a speleogenetic evolution characterised by phases of karstification in phreatic and epiphreatic environment and fossilization stages of the upper branches in vadose conditions. These observations indicate that the cave probably started forming around 600 Ky ago, contemporary to the start of volcanic processes in the area.

Slope stability analysis of the Pacaya Volcano, Guatemala, using limit equilibrium and finite element method

The Pacaya volcanic complex is part of the Central American volcanic arc, which is associated with the subduction of the Cocos tectonic plate under the Caribbean plate. Located 30 km south of Guatemala City, Pacaya is situated on the southern rim of the Amatitlan Caldera. It is the largest post-caldera volcano, and has been one of Central America’s most active volcanoes over the last 500 years. Between 400 and 2000 years B.P, the Pacaya volcano had experienced a huge collapse, which resulted in the formation of horseshoe-shaped scarp that is still visible. In the recent years, several smaller collapses have been associated with the activity of the volcano (in 1961 and 2010) affecting its northwestern flanks, which are likely to be induced by the local and regional stress changes. The similar orientation of dry and volcanic fissures and the distribution of new vents would likely explain the reactivation of the pre-existing stress configuration responsible for the old-collapse. This paper presents the first stability analysis of the Pacaya volcanic flank. The inputs for the geological and geotechnical models were defined based on the stratigraphical, lithological, structural data, and material properties obtained from field survey and lab tests. According to the mechanical characteristics, three lithotechnical units were defined: Lava, Lava-Breccia and Breccia-Lava. The Hoek and Brown’s failure criterion was applied for each lithotechnical unit and the rock mass friction angle, apparent cohesion, and strength and deformation characteristics were computed in a specified stress range. Further, the stability of the volcano was evaluated by two-dimensional analysis performed by Limit Equilibrium (LEM, ROCSCIENCE) and Finite Element Method (FEM, PHASE 2 7.0). The stability analysis mainly focused on the modern Pacaya volcano built inside the collapse amphitheatre of “Old Pacaya”. The volcanic instability was assessed based on the variability of safety factor using deterministic, sensitivity, and probabilistic analysis considering the gravitational instability and the effects of external forces such as magma pressure and seismicity as potential triggering mechanisms of lateral collapse. The preliminary results from the analysis provide two insights: first, the least stable sector is on the south-western flank of the volcano; second, the lowest safety factor value suggests that the edifice is stable under gravity alone, and the external triggering mechanism can represent a likely destabilizing factor.

Evaluating the relationship between moisture induced expansion and horizontal stress orientation in samples from the nonesuch formation

High horizontal stresses can cause numerous ground control problems in mines and other underground structures ultimately impacting worker safety, productivity and the economics of an underground operation. Mine layout and design can be optimized when the presence and orientation of these stresses are recognized and their impact minimized. A simple technique for correlating the principal horizontal stress direction in a sedimentary rock mass with the preferential orientation of moisture induced expansion in a sample of the same rock was introduced in the 1970s and has since gone un-reported and unused. This procedure was reexamined at a locality near the original test site at White Pine, Michigan in order to validate the original research and to consider its usefulness in mining and civil engineering applications in high horizontal stress conditions. This procedure may also be useful as an economical means for characterizing regional stress fields.

Study and Correlation of Belt and Cambrian Arkoses near Limespur, Montana

In the vicinity of Limespur, Montana, a siding along the Northern Pacific Railroad near Whitehall, Montana, occurs a characteristic type of arkose where­ in many small red mineral grains are distributed throughout the rock mass. It is in this respect that this arkose differs from other arkoses in the surrounding region.

Terrestrial Radar Interferometric Measurement of Hillslope Deformation and Atmospheric Disturbances in the Illgraben Debris-Flow Catchment, Switzerland

We describe a method for rapid identification and precise quantification of slope deformation using a portable radar interferometer. A rockslide with creep-like behavior was identified in the rugged and inaccessible headwaters of the Illgraben debris-flow catchment, located in the Central Swiss Alps. The estimated volume of the moving rock mass was approximately 0.5 x 10(6) m(3) with a maximum daily (3-D) displacement rate of 3 mm. Fast scene acquisition in the order of 6 s/scene led to uniquely precise mapping of spatial and temporal variability of atmospheric phase delay. Observations led to a simple qualitative model for prediction of atmospheric disturbances using a simple model for solar radiation, which can be used for advanced campaign planning for short observation periods (hours to days).