Análise geotécnica para dimensionamento de bancadas e direção de extração de rochas ornamentais

Abstract

Sendo o Brasil 5º maior produtor de rochas ornamentais no senário internacional, podem melhor sua colocação, aumentando-se a recuperação do material pétreo que hoje se encontra em 30%, garantindo a segurança dos trabalhadores do setor, para isso é importante se realizar uma análise geotécnica adequada, obtendo valores de compressão uniaxial simples, determinar a qualidade do maciço rochoso, espaçamento entre as descontinuidades, mergulho e direção das mesmas, alterabilidade dentre outros fatores. A coleta dessas informações é de suma importância para poder realizar a análise da estabilidade dos taludes utilizando métodos numéricos, o setor de rocha ornamental utiliza o método do equilíbrio limite, que tem se mostrado falho em algumas análises, sendo então importante a mudança da técnica trazendo a inovação de aplicar o método de elementos finitos, que já consagrada em outras áreas, mas deve ser testada e validada para verificar seu potencial de aplicação. Para se realizar esse estudo, será caracterizado os maciços rochosos do estado do Espírito Santo, em busca de uma melhor forma de dimensionar suas bancadas, além de indicar a melhor direção de extração destas rochas. Sendo estudamos a bibliografia existente, coletando os principais métodos de análise propostos para o trabalho e estes são adaptados para utilização com rochas ornamentais, sendo realizados scanlines, nas frentes de extração, para só então ser calculado a qualidade do maciço rochoso e o mesmo transformado no índice de resistência geológica, de posse dessas informações estas são inseridas em um software que calcula a estabilidade de taludes por meio do método de equilíbrio limite e método de elementos finitos, nos entregando o resultado do fator de segurança e do fator de força. Para realizar essa avaliação utilizamos alturas de bancadas com 5, 20, 50 e 100 m, sendo os valores de compressão uniaxial simples utilizados de 75, 100, 125, 150, 175 e 200 MPa para rochas silicáticas e 75, 100, 125 MPa para rochas carbonáticas, essas simulações nos entregaram valores para o fator de segurança variando de 6,5 a 177,25, apesar desses valores serem altos e indicarem que o talude se encontra estável é importante avaliar a escolha adequada do índice de resistência geológica, pois apesar dos resultados encontrados ainda é possível verificar instabilidade nestes maciços. Já com o segundo métodos os valores variavam entre 1,00 a 20,00, demonstrando sim zonas de possível instabilidade e colapso das bancadas, demonstrando a importância de uma análise geotécnica adequada e a utilização de métodos de cálculos adequados. Como a utilização do fator de segurança é mais comum, foi possível elaborar uma correção entre esses dois fatores para que os usuários podem utilizar o valor mais adequado ao seu entendimento. Após a obtenção dos resultados da simulação teórica, o trabalho buscou exemplos reais para validar o desenvolvimento teórico e ajustar os resultados encontrados ao longo do trabalho, analisando algumas frentes de extração no estado em questão. Por fim, na última etapa, realizamos a mesma análise na rocha Preto São Marcos, onde com os dados de direção e mergulho das descontinuidades foi possível encontrar a direção alongante para a rocha, além da verificação da teoria elaborada nas etapas anteriores, onde foi possível verificar a estabilidade dos taludes e sua análise com alturas que melhor distribuirá as tensões residuais. Todos os dados obtidos foram transformados em um script que após a conclusão da fase front end, pode ser utilizado de modo fácil pelos usuários, optando assim sempre pela escolha das melhores práticas de extração do material. Com o término do estudo pode-se destacar a eficácia do método de elementos finitos nesta avaliação, já que ele consegue prever a instabilidade da zona de alteração, demonstrando a importância do trabalho critério da caracterização do maciço, possibilitando encontrar a direção alongante do maciço, maximizando sua extração. As alturas das bancadas afetam os valores de fator de segurança e do fator de força, assim como a qualidade de sua matriz rochosa.

As Brazil is the 5th largest producer of ornamental rocks in the international scenario, they can improve their placement, increasing the recovery of stone material, which is currently at 30%, guaranteeing the safety of workers in the sector, for this it is important to carry out an analysis adequate geotechnical technique, obtaining simple uniaxial compression values, determining the quality of the rock mass, spacing between discontinuities, dip and direction, alterability, among other factors. Collecting this information is extremely important to be able to analyze the stability of slopes using numerical methods. The ornamental rock sector uses the limit equilibrium method, which has proven to be flawed in some analyses, making it important to change the technique, bringing the innovation of applying the finite element method, which is already established in other areas, but must be tested and validated to verify its application potential. To carry out this study, the rock masses in the state of Espírito Santo will be characterized, in search of a better way to size their benches, in addition to indicating the best direction for extracting these rocks. We studied the existing bibliography, collecting the main analysis methods proposed for the work and these are adapted for use with ornamental rocks, with scanlines being carried out on the extraction fronts, and only then can the quality of the rock mass be calculated and it transformed into the geological resistance index, once this information is available, it is entered into software that calculates slope stability using the limit equilibrium method and finite element method, providing us with the result of the safety factor and force factor. To carry out this evaluation, we used bench heights of 5, 20, 50 and 100 m, with the simple uniaxial compression values used being 75, 100, 125, 150, 175 and 200 MPa for silicate rocks and 75, 100, 125 MPa for carbonate rocks, these simulations gave us values for the safety factor ranging from 6.5 to 177.25, although these values are high and indicate that the slope is stable, it is important to evaluate the appropriate choice of the geological resistance index, because despite From the results found, it is still possible to verify instability in these masses. With the second method, values varied between 1.00 and 20.00, demonstrating areas of possible instability and collapse of the benches, demonstrating the importance of an adequate geotechnical analysis and the use of appropriate calculation methods. As the use of the safety factor is more common, it was possible to create a correction between these two factors so that users can use the value that best suits their understanding. After obtaining the results of the theoretical simulation, the work sought real examples to validate the theoretical development and adjust the results found throughout the work, analyzing some extraction fronts in the state in question. Finally, in the last stage, we carried out the same analysis on the Preto São Marcos rock, where with the direction and dip data of the discontinuities it was possible to find the stretching direction for the rock, in addition to verifying the theory elaborated in the previous stages, where it was possible check the stability of the slopes and their analysis with heights that will best distribute the residual stresses. All data obtained was transformed into a script that, after completing the front end phase, can be easily used by users, thus always choosing the best practices for extracting the material. With the end of the study, it is possible to highlight the effectiveness of the finite element method in this evaluation, as it can predict the instability of the alteration zone, demonstrating the importance of the criterion work of characterizing the mass, making it possible to find the stretching direction of the mass, maximizing its extraction. The heights of the benches affect the safety factor and strength factor values, as well as the quality of their rock matrix.