Análise dos mecanismos de desgaste abrasivo em rochas com alto teor de quartzo

Abstract

Resumo: Em projetos de escavação em rocha, a determinação de parâmetros geológico geotécnicos é essencial na estimativa do consumo das ferramentas. A abrasividade é um índice que influencia diretamente nas previsões de custos e prazos na execução do projeto, pois resulta da interação entre as ferramentas de perfuração e a rocha, gerando o desgaste do metal. A abrasividade é um parâmetro que é dependente das propriedades estruturais, texturais e físico-mecânicas das rochas. Assim, a compreensão dos mecanismos de desgaste procede de propriedades básicas da rocha, como aspectos composicionais, texturais e também mecânicos de resposta à deformação. Esse desgaste pode ser determinado a partir de ensaios laboratoriais, os quais utilizam ferramentas de corte simplificadas que simulam as condições de interação entre o metal e a rocha. Com o objetivo de entender os diferentes mecanismos de desgaste, foram realizados dois ensaios de riscamento seguindo a norma do teste de abrasividade Cerchar. O ensaio Cerchar foi realizado com a aplicação de uma carga constante (70N) sob a ponteira, e o segundo teste realizado a partir da aplicação de uma carga variável (0-70N). Para o estudo, foram analisadas as respostas de deformação em rochas com alto conteúdo de quartzo classificadas como arenito, quartzo grauvaca, grauvaca e quartzito. Os tipos de rocha mostraram características microestruturais e de deformação mecânica significativamente distintas a depender do parâmetro analisado. No geral as rochas sedimentares mostraram boa correlação entre o índice de abrasividade Cerchar (CAI) e o teor de quartzo equivalente (EQC), assim como com relação à resposta da aplicação de uma carga transicional e com o volume desgastado. Já o quartzito não mostra relação entre CAI e EQC, mas exibe conformidade com relação à resposta de deformação do risco e na aplicação da carga variável

Abstract: In rock excavation projects, it is essential to determine the geological-geotechnical parameters to evaluate tool consumption. Abrasive wear is the result of the interaction between drilling tools and rock, which directly influence costs predictions and deadlines during the execution of the project. Abrasiveness is a parameter dependent on structural, textural and physic-mechanical properties of rocks. It is necessary to understand how the wear mechanisms are linked with the responses of composition, texture and mechanical deformation properties. The wear can be determined from laboratory tests, which use simplified cutting tools to simulate conditions of interaction between the metal and rock. In order to understand the different wear mechanisms, two scratch tests were performed following a standard of Cerchar abrasiveness test. The first test was performed with a constant load (70N) under the steel pin, and the second test was performed by the use of a variable load (0-70N). For this study, it was assessed the deformation responses in rocks with high quartz content, classified as sandstone, quartz wacke, wacke and quartzite. These rock types, depending on the rock type and proprieties, showed different microstructural and mechanical deformation characteristics. The sedimentary rocks showed a good correlation between the Cerchar abrasive index (CAI) and the equivalent quartz content (EQC), as well as with respect to the response of the application of a transitional load and with the wear volume. The quartzite did not show a correlation between CAI and EQC, only exhibited conformity to scratch response and to the application of a transitional load with wear mechanism