Estudo teórico e analítico de duas seções típicas de um túnel de acordo com a classificação geomecânica RMR

Abstract

Resumo: Este trabalho se trata da aplicação teórica da classificação geomecânica ou Rock Mass Rating (RMR) de Bieniawski (1989) para duas seções típicas, seção retangular e arco-retângulo, para um túnel de acesso a mina subterrânea. A mina foi projetada para explorar minérios de cobre e ouro, e é localizada no estado do Pará, Brasil, na porção sudoeste da Província Mineral de Carajás. A hipótese que motiva essa pesquisa é a de que a geometria do túnel pode influenciar diretamente na distribuição das forças atuantes para diferentes classificações de maciços rochosos, implicando na estimativa de tratamentos e consequentemente na estabilidade do mesmo. A avaliação entre as geometrias das seções foi realizada considerando as cinco classes de maciço rochoso e com o auxílio de modelos numéricos obtidos por meio do software RS2. As seções foram avaliadas como túneis rasos, com 6, 13 e 18 metros de profundidade, onde se esperam os maiores deslocamentos. O objetivo foi comparar o comportamento do maciço rochoso, os deslocamentos previstos para cada seção e definir os possíveis tratamentos a serem empregados para cada classe. A partir dos resultados obtidos, foi observado que as classes I, II e III possuem deslocamentos milimétricos para ambas as seções. Em relação aos maciços rochosos classificados como excepcionalmente ruins a ruins (classe V e IV), conclui-se que, mesmo apresentando deslocamentos maiores do que na seção retangular, a seção arco-retângulo se mostrou mais eficiente a ser empregada para essas classificações, pois, demonstraram melhor distribuição das tensões induzidas pela escavação através da abóboda da geometria, concentrando as deformações nas paredes laterais e no piso do túnel. Para essas duas classes, os sistemas de suporte, como ancoragens, cambotas metálicas e o arco invertido, devem ser instalados simultaneamente à escavação da seção, pois possuem o tempo de autossustentação muito reduzido. Os tratamentos devem ser dimensionados corretamente para atender os deslocamentos esperados para cada cobertura vertical do túnel

Abstract: This research is about the theoretical application of the geomechanical classification or Rock Mass Rating (RMR) of Bieniawski (1989) for two typical cross-sections, rectangular and rectangle-arch, for an access tunnel to an underground mine, designed to explore copper and gold ores, located in the state of Pará, Brazil, in the southwestern portion of the Carajás Mineral Province. The hypothesis that motivates this research is that the tunnel geometry can directly influence the distribution of acting forces for different classifications of rock masses, implying in the estimate of treatments and consequently in its stability. The evaluation between the geometries of the cross-sections was carried out considering the five classification of rock mass and with the aid of numerical models obtained through the RS2 software. The sections were evaluated as shallow tunnels, with 6, 13 and 18 meters of depth, where the largest displacements are expected. The objective was to compare the behavior of the rock mass, the displacements predicted for each cross-section and define the possible treatments to be employed for each classification of rock mass. From the results obtained, it was observed that classes I, II and III have millimetric displacements for both cross-sections. Regarding rock masses classified as exceptionally poor to poor (class V and IV), it is concluded that, even presenting larger displacements than in the rectangular cross-section, the rectangle-arch cross-section proved to be more efficient to be employed for these classifications, as they demonstrated better distribution of the stresses induced by the excavation through the arch, concentrating the deformations on the side walls and on the tunnel floor. For these two classifications, support systems, such as anchoring, steel ribs and the inverted arch, must be installed simultaneously with the excavation of the cross-section, as they have a very reduced self-supporting time. The treatments must be correctly sized to meet the expected displacements for each vertical tunnel cover