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Title: Determinação do estado de tensões em maciços portadores de rochas ornamentais.
Other Titles: Determination of stress state in rock-bearing massifs.
???metadata.dc.creator???: ALMEIDA, José Waldy de.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LIMA, Aarão de Andrade.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: AGRAWAL, Vishwambhar Nath.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SOARES, José Agnelo.
???metadata.dc.contributor.referee2???: VIEIRA, Elbert Valdiviezo.
Keywords: Estado de Tensões;Rochas Ornamentais;Mecânica das Rochas;Geotecnia;Determinação de Tensões - Metodologia;Modelo Numérico;Phase 2D;Tensões no Maciço;State of Tensions;Ornamental Rocks;Rock Mechanics;Geotechnics;Stress Determination - Methodology;Numerical Model;Tensions in the Massif
Issue Date: 11-Dec-2007
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ALMEIDA, José Waldy de. Determinação do estado de tensões em maciços portadores de rochas ornamentais. 2007. (Dissertação de Mestrado em Engenharia de Minas), Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande – Paraíba Brasil, 2007. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10676
???metadata.dc.description.resumo???: Este trabalho propõe uma metodologia para a determinação do estado de tensões em maciços portadores de rochas ornamentais, baseada em um método de alivio de superfície. Adota-se como referenda desse estudo uma pedreira granítica localizada em Pocinhos, cidade do estado da Paraíba, onde foram verificadas juntas de alivio decorrentes de tensões elevadas. Para a realização das medições, são sugeridas três aberturas constituídas por furos justapostos nas direções Norte-Sul, Leste-Oeste e Noroeste-Sudeste, distanciadas entre si em pelo menos cinco metros numa superfície sub-horizontal, com o objetivo de simplificar a interpretação e evitar interferências provocadas por aberturas naturais e artificiais. As medições devem ser realizadas antes e apos a escavação, as quais podem ser aferidas utilizando-se o extensômetro de fita, equipamento utilizado para medir o deslocamento, considerando uma precisão de aproximadamente 0,01 mm. Como essas tensões não podem ser medidas diretamente, e adotado um modelo numérico baseado no Phase 2D, no qual são atribuídas propriedades ao maciço rochoso (modulo de Young, coeficiente de Poisson, etc.). Nessa modelagem, são inferidas tensões horizontais com orientações distintas, através de um modelo em planta e outro em corte transversal, onde serão obtidos deslocamentos que serão comparados com as futuras medições in situ. A comparação entre valores inferidos (obtidos na modelagem numérica) e reais, nas três direções avaliadas, fornecera o tensor de tensões completo. Deve-se considerar que as tensões horizontais são os componentes mais importantes nesse estudo, por não haver peso de rocha sobrejacente em trabalhos superficiais, e considerando que em 65% a 70% dos casos, as tensões horizontais excedem a vertical, como também se sabe que já foram relatadas tensões horizontais de ate 20 MPa em trabalhos com ate 20 metros de profundidade. Na analise numérica o entalhe foi modelado considerando uma escavação de 0,04 m de espessura, 0,50 m de comprimento e 0,50 m de profundidade, simulando dimensões similares a apresentada na metodologia sugerida. Foram inferidas na modelagem a magnitude da tensão horizontal máxima de 10 MPa e as redões entre tensão horizontal máxima e minima de 1, 1,5 e 2. O modelo em planta considerou a variação angular da tensão horizontal máxima no piano horizontal, cujos ângulos adotados foram zero (orientação da tensão máxima perpendicular a abertura), 30°, 45° e 60°, no sentido anti-horário. Para ambos os modelos, considerou-se um modulo de Young de 50 GPa e um coeficiente de Poisson de 0,3. No modelo em corte transversal verificou-se que a variação da tensão horizontal minima, mantendo-se a máxima constante, não afeta o deslocamento total. No modelo em planta o maior deslocamento foi obtido para uma relação entre tensão horizontal máxima e minima de 2 e para um angulo zero entre a tensão horizontal máxima e a cavidade no piano horizontal; verificou-se que não houve modificação do valor de deslocamento com a mudança angular considerando as tensões máxima e minima iguais e que ocorreu, para as demais redões, diminuição progressiva desse valor com o aumento angular. Na analise de sensibilidade aos parâmetros utilizados na modelagem, para a qual foram adotadas diferentes propriedades do maciço e magnitudes das tensões inferidas, somente o valor do deslocamento resultante foi modificado, permanecendo as tendencias aqui descritas. Propõe-se a aplicação pratica dessa metodologia em trabalhos futuros, visando diagnosticar possíveis limitações, e novas propostas baseadas no método de alivio de furo de sonda, onde teoricamente as medições de tensão podem apresentar maior precisão nos resultados.
Abstract: This research proposes a methodology for the determination of the state of stress in ornamental stones rock masses, based on the stress relief of the rock surface. It is adopted as reference of that study a granitic ornamental stones quarry located in Pocinhos County, Paraiba State, where relief joints resulting from high stresses have been observed. For measuring the stresses, three openings in the rock surface are prescribed. Those opening are made by contiguous drill holes, in the directions North-South, East-West, and Northwest- Southeast. The distance between the openings should be more than five meters in a horizontal surface, in order to simplify the interpretation by avoiding interference among the openings. The measurements should be made before and after the drilling of the openings, using a tape extensometer for measuring the displacements, considering a nominal precision of 0,01mm. Because the stresses are not measured directly, a numerical model based on Phase2D software is adopted, where the mechanical properties of the rock mass are prescribed (Young's modulus and Poisson's ratio). In the models, the horizontal stresses are inferred with various orientations, using a plan view model and a cross section one, such that the displacements calculated may be compared with the future measurements in situ. The comparison between the displacements calculated using the numerical models and the displacements measured, in the openings with three different directions, will make possible the determination of the two principal horizontal stress components and their orientations. It must be considered that the horizontal stress components are the most important in this study, because there is no rock weight in surface works, and also considering that in 65% to 70% of such cases, the horizontal stresses exceed the vertical one, and also it is known that stresses up to 20MPa have been reported in shallow works (20 meters depth). In the numeric analysis the cut was modeled considering an excavation of 0,04 m of thickness, 0,50 m of length and 0,50 m of depth, simulating similar dimensions to introduced it in the suggested methodology. They were inferred in the modelling the magnitude of the horizontal maxim stress of 10 MPa and the relationships between maximum horizontal stress and low of 1, 1,5 and 2. The model in plant considered the angular variation of the maximum horizontal stress in the horizontal plan, whose adopted angles were zero (orientation of the perpendicular maximum stress to the opening), 30°, 45° and 60°, in the counterclockwise sense. For both models, he was considered a module of Young of 50 GPa and a coefficient of Poisson 0,3. In the model in traverse cut was verified that the variation of the minimum horizontal stress, staying the constant maxim, it doesn't affect the total displacement. In the model in plant the largest displacement was obtained for a relationship between maximum horizontal stress and low of 2 and for an angle zero among the maximum horizontal tension and the cavity in the horizontal plan; it was verified that there was not modification of the displacement value with the angular change considering the tensions maxim and minimum same and that it happened, for the other relationships, progressive decrease of that value with the angular increase. In the sensibility analysis to the parameters used in the modelling, for which different properties of the massive and magnitudes of the inferred stresses were adopted, only the value of the resulting displacement was modified, staying the tendencies here described. The practical application of the methodology here defined is proposed for future works, aiming at the diagnostic of possible limitations, and is also suggested the application of new techniques based on the borehole stresses relief method, where the measurements may yield more accurate results.
Keywords: Estado de Tensões
Rochas Ornamentais
Mecânica das Rochas
Geotecnia
Determinação de Tensões - Metodologia
Modelo Numérico
Phase 2D
Tensões no Maciço
State of Tensions
Ornamental Rocks
Rock Mechanics
Geotechnics
Stress Determination - Methodology
Numerical Model
Tensions in the Massif
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia de Minas
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/10676
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