Abrasividade de rochas pelo ensaio Cerchar e a identificação dos regimes de desgaste da ponteira de aço

Orientador: Prof. Dr. Leonardo Evangelista LagoeiroCoorientadores: Prof. Dr. Giuseppe Pintaúde e Dra. Isabella F. R. FigueiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geologia. Defesa : Curitiba, 20/04/2018Inclui referências: p.83-84Resumo: O desgaste excessivo das ferramentas de perfuração pode representar um custo adicional expressivo em projetos de escavação em rocha. Para diminuir o risco do aumento de custos durante a execução da obra, a previsão do desgaste das ferramentas de perfuração é uma parte essencial na fase de investigação geológicageotécnica do projeto. Atualmente, o estudo para esta previsão do desgaste é feito com base na resistência à compressão uniaxial da rocha. Um dos problemas na utilização deste parâmetro é que ele é classificado como macroscópico, mas o desgaste das ferramentas de perfuração ocorre em escala microscópica, e, portanto, a caracterização das rochas nesta escala é substancial para a determinação e a quantificação dos parâmetros que possuem maior influência na sua abrasividade. O parâmetro mais associado ao desgaste que ocorre nas escavações e perfurações é a abrasividade, que é definido como a capacidade da rocha ou do solo de remover o material metálico da superfície das brocas e dos discos de corte. Um dos métodos mais aceitos e utilizados na determinação da abrasividade é o ensaio Cerchar. O ensaio consiste em uma ponteira de aço cônica que risca a superfície da amostra de rocha, sob a aplicação de uma força normal e constante de 70 N e por uma distância de 10 mm. Ao seu término, se define o índice de abrasividade Cerchar (CAI) ou o potencial abrasivo da rocha que é uma função do diâmetro desgastado da ponteira de análise. Este estudo avaliou a abrasividade da rocha sob dois aspectos. O primeiro enfoque foi direcionado a realização de uma revisão dos parâmetros deste ensaio, onde se verificou a influência destes nos resultados utilizando uma comparação interlaboratorial. Dois parâmetros foram avaliados em detalhe: a influência da superfície da amostra e a constituição microestrutural, utilizando FEG-SEM/EBSD. Os resultados de CAI foram agrupados por tipo de rocha e foram avaliados estatisticamente com os dados de resistência à compressão uniaxial. O segundo enfoque foi dado a identificação dos mecanismos de desgaste atuantes na ponteira de aço utilizada no teste e a classificação destes mecanismos nos regimes de desgaste: moderado, transicional e severo. Esta segunda abordagem teve como objetivo melhorar a aplicação prática dos resultados de abrasividade Cerchar na escolha das ferramentas de perfuração. Palavras-chave: Abrasividade de rochas, Ensaio de abrasividade Cerchar, Mecanismos de desgaste, Desgaste abrasivo, Desgaste de ferramentas de perfuração.Abstract: The excessive wear of drilling tools could represent an additional cost in rock excavation projects. To avoid the risk of increasing costs during the construction, the prediction of the wear of drilling tools is a fundamental part of the geologicalgeotechnical investigation phase. Currently, the study to predict the wear is made using the uniaxial compressive strength of the rock. One issue regarding the use of rock strength is that it is classified as a macroscopic test and the wear of tools occur on a microscopic scale. Therefore, the rock characterization in this scale is substantial for the determination and quantification of what parameters influence the rock abrasivity. Abrasivity is the most correlated rock parameter to determine the wear of tools; it is defined as the wear or loss of material caused by the interaction between rock and drilling tools. Cerchar is considered, by many authors, an internationally recognised laboratory test to access rock abrasivity. This test method consists of scratching a steel stylus with a cone-shaped pin against the rock surface, with an applied normal force of 70 N and for a 10 mm distance. The rock abrasiveness is determined by the Cerchar Abrasiveness Index (CAI), which is the measurement of the wear diameter on the stylus multiplied by 10. This study evaluated the rock abrasivity under two aspects. First, this study provides a review of this test parameters and verifies the influence of them on the results utilizing an interlaboratory comparison. Two parameters were evaluated in detail: the impact of the sample surface and the microstructural formation, which was analyzed using FEG-SEM/EBSD. The abrasivity results were grouped by type of rocks and were statistically evaluated together with the uniaxial compressive strength data. The second approach was the identification o the wear mechanisms acting in the steel stylus used to perform the test and the classification of these mechanisms in the wear regimes: mild, transitional and severe. This second approach had the objective to improve the practical application of the Cerchar results in the drillings choice. Key-words: Rock abrasivity, Cerchar Abrasiveness test, wear mechanisms, Abrasion wear, Wear of drilling tools