Dissertação de Mestrado ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE UM TALUDE DA CAVA DE ALEGRIA ...

136 Pages·2016·3.81 MB·English

by  Cliscia Silva

Dissertação de Mestrado

ANÁLISE DE ESTABILIDADE DE UM
TALUDE DA CAVA DE ALEGRIA
UTILIZANDO ABORDAGEM
PROBABILÍSTICA

CLÍSCIA CERCEAU DA SILVA

ORIENTADOR: ANDRÉ PACHECO DE ASSIS, PhD

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA
DA UFOP

OURO PRETO- DEZEMBRO DE 2015

S586a Silva, Clíscia Cerceau da.
Análise de estabilidade de um talude da cava de Alegria utilizando
abordagem probabilística [manuscrito] / Clíscia Cerceau da Silva. - 2015.
134f.: il.: color; grafs; tabs; mapas.

Orientador: Prof. Dr. André Pacheco de Assis.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola
de Minas. Núcleo de Geotecnia - NUGEO.
Área de Concentração: Geotecnia Aplicada à Mineração.

1. Taludes em rocha. 2. Probabilidades. 3. Estabilidade. I. Assis,
André Pacheco de. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Titulo.

CDU: 624.136

Catalogação: www.sisbin.ufop.br

iii
Dedico este trabalho
a meus bens mais preciosos,
meu filho Heitor!
E a minha mãe e meu pai, sempre...

iv
AGRADECIMENTOS

A Deus, por eu ter chegado até aqui... Por eu ter tido forças diante dos obstáculos, para
continuar e finalizar mais esta etapa!

Aos meus queridos pais, José do Carmo e Cláudia, e meu irmão Cleisom, que sempre
estiveram do meu lado em todos os momentos, e que neste trabalho não foi diferente.

Ao Alex, pela compreensão e apoio durante os momentos de dedicação ao mestrado, e
incentivo para seguir em frente.

Agradeço a Vale pelo apoio financeiro, por estar sempre contribuindo para o
aprimoramento do conhecimento técnico de seus profissionais. Em especial ao meu ex-
gestor Ricardo Leão, pela disponibilidade de tempo e pela confiança em que me foi
dada para a realização deste curso.

Ao professor André Pacheco de Assis, por aceitar me orientar neste trabalho, por ser
sempre solícito em minhas dúvidas e questionamentos, pela sua educação admirável.
Continue disseminando conhecimentos. Grande profissional!

Aos professores do curso de Mestrado Profissional da Ufop, em especial ao
coordenador Romero César Gomes, meu muito obrigada pelos ensinamentos, discussões
e por compartilharem experiências.

A toda equipe do Subgrupo de taludes e do Subgrupo GRG da Vale, pelas discussões e
treinamentos a respeito deste assunto.

Aos colegas de curso, pela troca de experiências, estudos, força de vontade... Valeu!

Enfim, aos meus colegas de trabalho, que durante os dias de minha ausência, sempre se
disponibilizaram em ajudar e contribuir no que fosse necessário.
v
RESUMO

Este estudo apresenta os resultados da análise de estabilidade de um talude da Mina de
Alegria utilizando a abordagem probabilística. O mesmo visa mostrar as vantagens da
abordagem probabilística em complementação às análises tradicionais determinísticas,
através dos principais métodos probabilísticos. Dentre elas, pode-se citar a possibilidade
de se trabalhar com a variabilidade dos parâmetros de entrada, ao invés da utilização
somente das médias destes parâmetros. Além disso, permite calcular a probabilidade de
falha (PF) de uma região e analisar o risco associado a um projeto, permitindo o
gerenciamento deste. O estudo também apresenta as especificidades do programa Slide
(pertencente à Rocscience) para este tipo de análise. O talude foi avaliado por três
métodos probabilísticos: Método de Monte Carlo, Método FOSM e Método das
Estimativas Pontuais. Para cada um dos métodos, a PF foi calculada. Observou-se que
para os três métodos, não houve diferenças muito relevantes nos valores da PF, porém o
Método de Monte Carlo permite um número muito maior de simulações e a avaliação
de outras superfícies de ruptura além da superfície crítica determinística através do
programa Slide. A seção analisada apresentou fator de segurança (FS) considerado
satisfatório (FS ≥ 1.30) na análise determinística e baixa PF pelos métodos
probabilísticos utilizados. Pode-se dizer que as consequências de uma possível ruptura
do talude se resumem em danos no interior da cava, pois não há interferências externas
próximas. Logo, consequências relativamente pequenas aliadas a uma PF baixa,
conclui-se que o risco é baixo, visto que a definição do mesmo é PF versus a
consequência. Dessa forma, é possível dizer que a geometria proposta garante a
estabilidade da cava final da região estudada que será executada daqui a alguns anos,
sem necessidade de adequações/intervenções no projeto.

Palavras-chave: Estabilidade de taludes, abordagem probabilística, probabilidade de
falha.
vi
ABSTRACT

This study presents the results of stability analysis of a slope of Alegria Mine using the
probabilistic approach. It aims to show the advantages of stability analysis using the
probabilistic approach complementing the traditional deterministic analysis, through the
main probabilistic methods. Among the advantages, there is the possibility of working
with the variability of input parameters, instead of using only the averages of these
parameters. It also allows to calculate the probability of failure (PF) of a region and
analyze the risk associated with a project, allowing risk management. The study also
presents the specifics of Slide software (by Rocscience) for this type of analysis. The
slope was evaluated by three probabilistic methods: Monte Carlo Method, FOSM
Method and Method of punctual estimates. For each method, the probability of failure
was calculated. It was observed that for all three methods, there weren’t very significant
differences in the values of PF, but the Monte Carlo method enables a much larger
number of simulations, and evaluation of other rupture surface beyond the deterministic
critical surface through Slide software. The analyzed section presented FS considered
satisfactory (FS ≥ 1.30) in the deterministic analysis and low PF by probabilistic
methods. It can be said that the consequences of a possible break of the slope are
summarized in damage inside the pit because there’s no nearby outside interference.
Hence, small relatively consequences combined with a low PF, it’s concluded that the
risk is low, since it’s the PF versus consequences. Thus, it’s possible to say that the
geometry proposal ensures the stability of the final pit of the study area that will be
executed in a few years without the need for adjustments / interventions in the project.

Keywords: Slope stability, probabilistic approach, probability of failure

vii
LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1: Efeito escala entre tamanho da obra e intensidade de fraturamento do
maciço rochoso e consequente propriedade relevante da rocha (modificado - Hoek &
Brown, 1997). ................................................................................................................... 6

Figura 3.1: Processo de um projeto de taludes de mina a céu aberto (modificado Stacey
e Read, 2009). ................................................................................................................. 12

Figura 3.2: Processo de divisão da massa rompida em fatias (modificado Abramson et
al., 2001). ........................................................................................................................ 13

Figura 3.3: Principais tipos de ruptura com os respectivos estereogramas
representativos (modificado Hoek and Bray, 1981). ...................................................... 20

Figura 4.1: Esquema típico de análises determinísticas com extensões probabilísticas
(adaptado Griffths, 2007). ............................................................................................... 23

Figura 4.2: Função de probabilidade normal. ................................................................ 30

Figura 4.3: Função de probabilidade log-normal com diferentes parâmetros µ e σ². .... 31

Figura 4.4: Procedimento para obtenção de números aleatórios através de distribuição
normal. ............................................................................................................................ 35

Figura 4.5: Probabilidade de ruptura versus Índice de Confiabilidade para várias
distribuições (Baecher, 2003). ........................................................................................ 40

Figura 4.6: Distribuição de probabilidade do Fator de Segurança para FS iguais
(adaptado de Phoon, 2008). ............................................................................................ 41

Figura 4.7: Distribuição de probabilidade do Fator de Segurança para FS diferentes
(Assis, A.P., et al. 2012-Apostila do curso de Pós-Graduação em Geotecnia, UNB). ... 41

Figura 4.8- Valores usuais de probabilidade e consequências de ruptura em projetos de
engenharia (modificado - Whitman, 1984). .................................................................... 43

Figura 5.1: Análise de riscos qualitativa 2D (PROGEO, 2007) .................................... 51

Figura 5.2: Análise de riscos qualitativa 3D (PROGEO, 2007). ................................... 52

Figura 5.3: Comparação do critério de aceitação ao risco com estatísticas (modificado
de SRK Consulting apud Stacey e Read, 2009). ............................................................. 53

viii
Figura 6.1: Fotografia aérea da Mina de Alegria (Arquivo Vale) ................................. 56

Figura 6.2: Coluna estratigráfica do Quadrilátero Ferrífero (adaptada de Marshak &
Alkmin, 1998). ................................................................................................................ 57

Figura 6.3: Mapa geológico esquemático dos arredores da Mina de Alegria (Alkmim,
2003). .............................................................................................................................. 58

Figura 6.4: Mapa geológico da Mina de Alegria disponibilizado pelo planejamento de
curto prazo (abril de 2015). ............................................................................................. 59

Figura 6.5: Localização das seções geomecânicas na geometria de cava final da mina
de Alegria ........................................................................................................................ 63

Figura 6.6: Mapa geomecânico em cava final da Mina de Alegria ............................... 65

Figura 7.1: Seção geomecânica de análise da estabilidade ............................................ 70

Figura 7.2: Investigação do círculo de ruptura crítico da seção de análise pela
abordagem determinística ............................................................................................... 71

Figura 7.3: Relevância das variáveis aleatórias em estudo na seção de análise,
calculadas pelo método FOSM ....................................................................................... 78

Figura 7.4: Análise probabilística para o talude geral ................................................... 85

Figura 7.5: Análise probabilística para o talude geral, mostrando a superfície
probabilística crítica para uma distribuição normal do F.S. ........................................... 85

Figura 7.6: Análise probabilística para o talude geral, mostrando a superfície
probabilística crítica para uma distribuição lognormal do F.S. ...................................... 86

Figura 7.7: Histograma FS x frequência relativa para a análise com abordagem
probabilística para 281000 interações. ............................................................................ 88

Figura 7.8: Histograma do resultado da análise com abordagem probabilística
considerando F.S<1.3 em vermelho. .............................................................................. 89

Figura 7.9: Distribuição de probabilidade da coesão, enfatizando valores que geraram
FS < 1 em vermelho, para o IGO-HGO classe VI .......................................................... 89

Figura 7.10: Distribuição de probabilidade do ângulo de atrito, enfatizando valores que
geraram FS < 1 em vermelho, para o IGO-HGO classe VI ............................................ 90

ix
Figura 7.11: Distribuição de probabilidade da coesão, enfatizando valores que geraram
FS < 1 em vermelho, para o IGO-HGO classe V ........................................................... 90

Figura 7.12: Distribuição de probabilidade do ângulo de atrito, enfatizando valores que
geraram FS < 1 em vermelho, para o IGO-HGO classe V ............................................. 91

Figura 7.13: Gráfico de correlação de valores de ângulo de atrito e de coesão que
geraram F.S.<1 em vermelho, para o IGO-HGO classe V ............................................. 91

Figura 7.14: Gráfico de correlação de valores de ângulo de atrito e de coesão que
geraram F.S.<1 em vermelho, para o IGO-HGO classe VI ............................................ 92

x