Modelagem de ruptura de obras subterrâneas em maciços rochosos com elevadas tensões de campo

Abstract

Neste trabalho, uma nova abordagem numérica baseada no Método dos Elementos Finitos com esquema de cálculo implícito, denominada Continuum Voronoi Block Model-CVBM, é proposta para representar o processo de fraturamento em rochas duras e também a ruptura de obras subterrâneas com elevadas tensões de campo. Nesse modelo, desenvolvido com o programa RS2, o meio rochoso é simulado por meio de um conjunto de blocos, formados por um mosaico Voronoi, unidos em suas interfaces por elementos de junta. Para confirmação da ferramenta, representou-se numericamente diferentes estudos de caso em escala de laboratório (granito Lac du Bonnet rosa e granito de Creighton) e de campo (túnel Mine-By e pilar de Creighton). Na escala laboratorial, o modelo provou ser robusto e descreveu relevantes macropropriedades da rocha em ensaios convencionais: tensão de iniciação de início de fratura, tensão de dano de fratura, resistência à compressão simples e triaxial, resistência à tração, Módulo de Young e coeficiente de Poisson. O modelo calibrado para laboratório serviu como base para um estudo de sensibilidade que analisou como as propriedades influenciam as respostas macroscópicas, gerando assim uma metodologia de calibração para os ensaios brasileiro e de compressão simples. Em escala de campo, o modelo foi capaz de representar de forma explícita o processo de deterioração do maciço, capturou a geometria de ruptura e os deslocamentos de convergência das escavações. Os estudos de casos reais embasaram o uso do CVBM para estudos paramétricos que buscaram avaliar a influência das famílias de descontinuidades no comportamento de obras subterrâneas profundas. Verificou-se que a presença de descontinuidades tende a promover um alívio de tensões devido ao cisalhamento entre elas. Consequentemente, a presença de descontinuidades no maciço com elevadas tensões in situ tende a favorecer integridade do maciço. Tais resultados evidenciam a potencialidade do CVBM e endossam seu uso para modelagem do comportamento de obras subterrâneas com elevadas tensões de campo.