Para engenheiros geotécnicos que atuam no setor de mineração, é indispensável contar com a mais recente inovação de software para subsuperfícies para ajudar a identificar complexidades geotécnicas e tomar decisões essenciais para garantir segurança e produtividade.
Com o PLAXIS 3D, Wang Yong, cientista-chefe da CCTEG, e sua equipe conseguiram avaliar com eficiência a complexa interação entre solo e rochas na mina de Laohutai, na China. Conversamos sobre esse assunto com Miquel Lahoz e Pieter Neethling, da Seequent.
Quando vários profissionais trabalham intensamente em uma das maiores minas de cava a céu aberto da Ásia, a estabilidade do maciço rochoso é um tema bastante discutido.
“A mina de Laohutai, na província chinesa de Liaoning, apresenta algumas condições geotécnicas muito complexas”, afirmou Miquel Lahoz, gerente de produtos e análise geotécnica da Seequent.
Os trens da mina provocam fortes vibrações, pois transportam grandes volumes de materiais nas proximidades dos taludes da mina e ao longo de dois dutos inclinados na subsuperfície.
Segundo um artigo publicado pela revista científica MDPI, era necessário determinar como as intensas vibrações da ferrovia poderiam afetar a segurança da mina.
“É raro os trens passarem tão perto da área de trabalho. Os trens de minas são usados apenas internamente e, de acordo com as normas, eles podem ser maiores e mais pesados do que os trens convencionais”, esclareceu Lahoz.
“Consequentemente, eles podem ter um impacto significativo na segurança dos taludes e dos túneis escavados na subsuperfície. A segurança é essencial e a principal preocupação é a possibilidade de ruptura do talude ou do túnel,” acrescentou ele.
Fotos da mina de Laohutai, na província chinesa de Liaoning, nas quais vemos: (a) o contorno do local de mineração (b) uma seção de rodovia e ferrovia. (Crédito da imagem: MDPI)
Solução de desafios geotécnicos
Com o uso do software PLAXIS 3D, Yong e a equipe de pesquisa criaram um modelo numérico complexo para simular as interações multilaterais entre ferrovia, talude, túneis e a geologia subjacente.
Com seu inovador recurso de modelagem em 3D, é possível desenvolver projeto e realizar análises avançadas de elementos finitos de deformação de solo e rochas. Segundo a equipe, eles valorizam o PLAXIS por
“sua sólida base teórica, interface fácil de usar e lógica sólida para análise em praticamente qualquer campo da engenharia geotécnica.”
Ele é parte integrante do pacote de soluções líder mundial da Seequent para análise geotécnica e gerenciamento de informações, que inclui o GeoStudio e o OpenGround.
Miquel agrega seis anos de experiência no uso do PLAXIS à sua função de gestão de produtos na Seequent e entende o valor do nosso software para enfrentar situações complexas.
“Com o PLAXIS, é possível desenvolver praticamente qualquer projeto de simulação geotécnica, seja de solo ou rochas ou uma combinação dos dois. O software analisa quase todos os aspectos do comportamento geomaterial, como estabilidade e deformação sob carga estática ou dinâmica”, declarou Miquel.
Insights baseados em dados de simulação de engenharia
Os engenheiros geotécnicos têm a função de avaliar a estabilidade de taludes e estruturas de subsuperfícies para ajudar a evitar ou prever possíveis rompimentos, deslizamentos ou falhas.
“É necessário usar as mais recentes inovações baseadas em dados para apoiar uma avaliação eficiente do ambiente da subsuperfície circundante”, comentou Miquel.
Miquel trabalha para garantir que o nosso software seja desenvolvido da melhor forma para ajudar a resolver complexos desafios dos clientes.
“Quando converso com os profissionais e usuários do nosso software, pergunto sobre o trabalho e o sucesso deles, tento compreender melhor os desafios que eles enfrentam
e repasso essas informações para os nossos pesquisadores e desenvolvedores para que possamos oferecer, aos clientes, softwares mais refinados e melhores”, explicou ele.
Um dos desafios geotécnicos enfrentados na mina de Laohutai é reconhecer o cenário multidimensional de mecânica de rochas e solo. Com vários quilômetros de largura, a mina é enorme, mas o foco dessa análise geotécnica foi em uma área menor de preocupação ao redor dos dois túneis, que abrange 200 metros de comprimento por 120 metros de largura.
Miquel esclareceu: “A ferrovia da mina corre na superfície próxima a um talude e atravessa dois dutos inclinados, que são basicamente túneis. Os túneis atravessam uma camada frágil de rochas cloradas e estão sujeitos às constantes vibrações dos trens pesados que passam por eles.”
As complexas camadas de cascalho, arenito e rochas cloradas (frágil) na parte superior e de arenito na parte inferior modeladas no PLAXIS. (Crédito da imagem: MDPI)
Identificação de complexidades geotécnicas
Com o PLAXIS, software desenvolvido para realizar análises geotécnicas, os profissionais conseguiram coletar dados de todas as interações entre estruturas e simular o comportamento complexo da camada superficial do solo e das rochas na subsuperfície.
Miquel destacou os excelentes resultados obtidos: “Suas previsões foram validadas com medições realizadas no campo, e o talude foi considerado estável com um fator de segurança de 1,2, ou seja, bem acima do limite padrão de mineração na China, que é de 1,05”.
“Eles identificaram um deslocamento máximo na camada superficial do solo de cascalho com cerca de cinco milímetros, que é pequeno mas esperado quando as formações rochosas na subsuperfície são estáveis. Além disso, o impacto da vibração da carga nos taludes e nos dutos inclinados foi mínimo e a camada frágil de rochas, no contexto da análise geral, também não causou problemas.”
O PLAXIS não só ajudou a equipe a avaliar o efeito dinâmico das vibrações dos trens nos taludes e nos túneis, mas também a compreender a influência de várias feições geológicas, como o cascalho na camada superficial do solo, o arenito subjacente e a camada frágil de rochas cloradas.
Mina segura é mina rentável
“Em todo o mundo, nenhum local de mineração é igual ao outro, e os engenheiros geotécnicos enfrentam muitas situações,
desde várias complexidades e nuances geológicas a outros desafios que ocorrem naturalmente, como a vulnerabilidade sísmica”, destacou Pieter Neethling, diretor de segmento, operações de mineração da Seequent.
Pieter agrega mais de 30 anos de experiência no setor de mineração à sua função na Seequent e sabe que segurança é fundamental.
“Devemos sempre considerar a melhor forma de manter a segurança das equipes, dos equipamentos e das operações. Para isso, é necessário compreender o ambiente ao seu redor”, afirmou ele.
Diferente do caso dos materiais de construção, em que tudo é facilmente compreendido e está sob controle, há muito mais aspectos a serem considerados em relação às variações das propriedades das rochas.
“Usar os dados certos e ferramentas inovadoras, como o PLAXIS, para criar modelos geotécnicos detalhados, ajuda a garantir uma avaliação completa do complexo comportamento mecânico do solo e das rochas.
Na mina de Laohutai, os dois túneis de duto inclinado funcionam como portais essenciais para toda a operação. É imprescindível manter os túneis abertos e a mina operacional economicamente e, o mais importante, mantê-la segura”, acrescentou Pieter.
Um modelo de elementos finitos no PLAXIS mostra a posição dos dois dutos inclinados que atravessam sucessivamente cada camada distinta de rochas. (Crédito da imagem: MDPI)
Capacitação de engenheiros geotécnicos na mineração
O valor da pesquisa da MDPI para os engenheiros geotécnicos é ver o PLAXIS em ação para ajudar a resolver cenários complexos de análise de tensão e deformação e estabilidade.
A comparação dos resultados das análises com o monitoramento no local aumentou muito a confiança dos pesquisadores no PLAXIS, na análise de elementos finitos e em seu modelo numérico do campo.
Pieter declarou: “É um ótimo teste. Nós aprendemos muito e ganhamos muita confiança quando os resultados são expressivos e validam o fator de segurança.
E mesmo quando os resultados variam, ainda há valor, pois podemos nos perguntar o que mais é necessário para ampliar os limites e desenvolver nossa tecnologia para lidar melhor com os complexos desafios do setor.”
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