NUGEO - Núcleo de Geotecnia

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    Metodologia para otimização de leiaute de câmaras e pilares da Mina Urucum em Corumbá-MS.
    (2023) Nascimento, Lucas Martins da Costa do; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Charbel, Paulo André; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Magalhães, Fábio Soares
    O dimensionamento de leiaute de câmaras e pilares em mineração subterrânea é feito comumente por meio de métodos de dimensionamento tradicionais, principalmente por meio da teoria da área tributária e fórmulas empíricas de resistência, metodologia que tende a ser muito conservadora e assim não se configura como a melhor premissa para extração de minério. Neste trabalho, é estudado um redimensionamento otimizado de leiaute das câmaras e pilares de uma área definida na Mina Urucum, uma mina de manganês, situada em Corumbá-MS, onde os corpos de minério tabulares horizontais, ou sub-horizontais, são lavrados, há décadas, pelo método câmaras e pilares. Para isso, apresenta-se um problema padrão de matemática, no qual o objetivo é estabelecer funções de recuperação do minério, cujas variáveis são geométricas com restrições geotécnicas e operacionais. Como a recuperação e as restrições são funções, via de regra, não-lineares dos parâmetros geométricos do leiaute, têm-se em questão um problema particularmente intricado de programação não-linear. Com a utilização dessas funções e estimativas mais acuradas de tensão e resistência aplica-se a metodologia proposta em uma área específica da mina com objetivo de determinar as dimensões ótimas da seção de pilares quadrados e vãos. Adicionalmente, e de forma complementar, propõe-se um dimensionamento de contenção específico para maciços estratificados, caso da Mina Urucum. Os resultados de estudos paramétricos são relatados, comparando a recuperação por meio da metodologia usualmente utilizada e a metodologia de dimensionamento otimizada, o que, como resultado, viabilizou um aumento de 30% na taxa de recuperação com as novas dimensões de vãos e pilares obtidas por meio da metodologia proposta.
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    Comparação de metodologias para estimativa da resistência não drenada de um solo tropical silto argiloso a partir de ensaios CPTu.
    (2023) Rigatto, Ingrid Belcavello; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Porto, Thiago Bomjardim; Araújo, Mariana Tonini de
    Este trabalho apresenta um estudo de caso de seção de barragem de terra apoiada sobre um solo tropical silto argiloso, analisando sua fundação. Os dados utilizados consistem em ensaios de caracterização geotécnica, SPT e CPTu com dissipação de poropressão. Além de mapas e descrições geológicas regionais e locais, utilizou-se os ensaios SPT e CPTu para estimativa do perfil estratigráfico, interpretando a condição de drenagem da seção pelos ensaios de dissipação. Subdividiu-se a fundação segundo o comportamento em relação ao sobreadensamento e valores de Bq, caracterizando dois materiais principais. A partir dessa seção principal, estima-se a resistência não drenada normalizada (Su/σ’v0) ao longo dos materiais da fundação, a partir dos ensaios CPTu realizados e interpretados por cinco metodologias (autores diferentes e fator de capacidade de carga pela resistência de ponta ou poropressão como base). Também estimou-se a resistência não drenada normalizada a partir do modelo de Mayne e Mitchell (1988), que utiliza ensaios de caracterização laboratorial. O estudo compara os valores obtidos entre si e entre os dois materiais principais, destacando as particularidades das metodologias que focam na resistência de ponta ou na poropressão do ensaio CPTu, comparando com a metodologia que não utiliza CPTu. Entre os principais resultados, observa-se a necessidade de uma boa estimativa das condições de poropressão em profundidade e influência do OCR no valor da resistência, que não é contemplado em alguns modelos. O estudo destacou a importância da avaliação da metodologia que se aplica ao local estudado com a avaliação conjunta de ensaios de campo e laboratório, principalmente para solos tropicais. Dentre as metodologias analisadas, Battaglio et al. (1981) e Robertson e Cabal (2014) foram as mais conservadoras, enquanto as mais arrojadas foram as de Mayne e Peuchen (2018) e Agaiby e Mayne (2018). Já a metodologia de Mantaras et al. (2014b) indicou variabilidade dos resultados em virtude dos valores de OCR.
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    Análise geotécnica da erodibilidade do rejeito proveniente do rompimento da barragem de Fundão : um estudo de caso na Bacia do Rio Gualaxo do Norte.
    (2023) Baudson, Diogo Reis Stavaux; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Couto, Bruno de Oliveira Costa
    O rompimento da barragem de Fundão foi responsável pela geração de inúmeros impactos ambientais. A bacia do Rio Gualaxo do Norte foi umas das áreas mais afetadas pela tragédia, onde a deposição do rejeito provocou um agravamento dos processos erosivos, sobretudo nos períodos chuvosos, em que os mecanismos de erosão hídrica se intensificam. Apesar de muitas medidas terem sido tomadas, em diversas localidades da bacia o rejeito ainda se encontra presente. Este trabalho teve como objetivo principal investigar a erodibilidade do rejeito, comparando-o com duas classes de solo e utilizando metodologias indiretas sob a perspectiva da engenharia geotécnica. A campanha experimental contemplou ensaios de caracterização física, química, mineralógica e da metodologia MCT. Também foram realizados ensaios de sucção, adensamento e cisalhamento direto em amostras indeformadas de rejeito. Paralelamente aos estudos de erodibilidade, foram realizados ensaios para comparar os principais parâmetros geotécnicos, químicos e mineralógicos de amostras de solo coletadas em áreas diretamente impactadas e não impactadas pela lama. Os resultados de caracterização física confirmaram a menor resistência do rejeito, representada pelos elevados teores de silte (48%) e areia fina (32%), baixa plasticidade, elevado peso específico natural (1,93 g/cm3 ) e de partículas (2,95 g/cm3 ), baixa porosidade (36%) e a menor condutividade hidráulica. Os ensaios químicos e mineralógicos identificaram baixo teor de matéria orgânica e a presença de óxidos e hidróxidos de Fe e Al, enquanto os solos apresentaram mineralogia variável. A metodologia MCT mostrou ser coerente com as características das amostras e de boa aplicação para materiais como o rejeito. Os ensaios de adensamento indicaram uma baixa compressibilidade e comportamento colapsível para as tensões de 25, 50 e 100 kPa. A perda de resistência ao cisalhamento devido à inundação foi significativa, cerca de 15 vezes menor que na condição seca. Quanto aos solos coletados nas áreas impactadas e não impactadas, a caracterização geotécnica mostrou que o solo impactado apresentou o dobro da fração argila e uma pequena redução da porosidade e do índice de vazios. Os ensaios de FRX apresentaram um aumento expressivo de Fe2O3 (88%), enquanto os ensaios de DRX foram inconclusivos, não permitindo afirmar que a deposição da lama teve influência direta na mineralogia do solo impactado. Através das análises foi possível constatar que o rejeito apresenta elevada predisposição à erosão hídrica, contribuindo significativamente com os processos erosivos e favorecendo a degradação ambiental na bacia.
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    Utilização do pó de escória de desulfuração do reator Kambara como agente estabilizador de solo argiloso para camadas de pavimentação.
    (2023) Causado Mendoza, Luis Eduardo; Gomes, Guilherme José Cunha; Pires, Patrício José Moreira; Gomes, Guilherme José Cunha; Porto, Lia de Mendonça; Marques, Geraldo Luciano de Oliveira; Hilário, Ronderson Queiroz
    O uso da escória de dessulfuração do reator Kambara (escória KR) tem atraído atenção na indústria de material rodoviário para melhorar o desempenho do projeto de estradas. No entanto, o potencial de reutilização da escória KR em pó (KRSP), coletada por coletores de poeira, como filtros de manga, ainda não foi suficientemente estudado. Este trabalho investiga a composição química, propriedades físicas e características mecânicas de solo argiloso misturado com KRSP. Para avaliar a capacidade do coproduto de estabilizar dito solo, foram realizados experimentos de laboratório com materiais brutos e solo misturado com 3% e 5% de KRSP. Os resultados revelam que a densidade específica do KRSP (2,23 g/cm3 ) é menor do que a da escória KR granulada. A análise de Fluorescência de raios-X não detectou ferro (Fe) na sua composição, e a porcentagem de óxido de cálcio (CaO) foi inferior a 40%. O Portlandita (Ca(OH)2) foi identificado como o principal mineral presente através da análise de difratometria de raios-X, e Brucita (Mg(OH)2) como o mineral menor. A adição de 3% e 5% de KRSP ao solo argiloso resultou em um aumento nos valores do Índice de Suporte Califórnia (CBR de 13% para 42% e 41%, respectivamente, em apenas 4 dias de cura. E em resistência à compressão não confinada de 1,25 MPa e 0,95 MPa os 7 dias. Limites de Atterberg, distribuição granulométrica e testes de expansão reforçaram nossos resultados, mostrando conformidade com os requisitos para materiais de sub-base de primeira classe. A descoberta demonstra que o pó de despoeiramento de dessulfuração KR tem potencial para ser utilizado como agente estabilizador ambientalmente amigável, contribuindo para a melhoria da gestão de resíduos no setor siderúrgico.
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    Estudo da estabilização granulométrica de lateritas com uso de solos do triângulomineiro.
    (2023) Oliveira, Felício Geraldo de; Pereira, Eleonardo Lucas; Marques, Geraldo Luciano de Oliveira; Pereira, Eleonardo Lucas; Ferreira, Lucas Deleon; Fernandes, Gilberto; Marangon, Márcio; Guimarães, Antônio Carlos Rodrigues
    Esta tese apresenta o estudo da estabilização granulométrica de lateritas, com foco na avaliação do grau de nocividade da fração argila, na determinação do caráter laterítico ou não laterítico das amostras, e na resistência das concreções, utilizando-se metodologias alternativas àquelas adotadas pela norma DNIT 098/2007. Foram estudadas 6 amostras de laterita, 1 amostra de solo laterítico de graduação graúda com seixos de quartzo e arenito, 1 amostra de solo não laterítico de graduação graúda com seixos de quartzo, e 12 misturas de laterita com areia, que foram coletados em jazidas da região do Triângulo Mineiro. Entre as 20 amostras analisadas, 19 apresentaram valores de equivalente de areia menores que 30%, que não atenderam às exigências da norma que regula a execução de base e deveriam ser descartadas. A análise da atividade da fração argila por meio do ensaio de Adsorção de Azul de Metileno mostrou que apesar dos baixos valores de equivalente de areia, as amostras não apresentavam quantidades nocivas de partículas deletérias na fração argila e poderiam ser utilizadas sem causar danos ao pavimento. Os resultados mostraram que o ensaio de equivalente de areia não é apropriado para avaliar a nocividade da fração argila das lateritas, devendo ele ser substituído pelo ensaio de Adsorção de Azul de Metileno. Os ensaios de contração linear mostraram-se capazes de caracterizar bem, ou até melhor que o LL e o IP, a plasticidade das lateritas. A classificação MCT identificou bem o caráter laterítico ou não laterítico das amostras estudadas, mostrando que pode ser utilizada para este fim. Os resultados dos ensaios de módulo de resiliência e de deformação permanente mostraram o bom desempenho mecânico das lateritas estudadas. Os estudos indicaram que existe correlação entre o teor de Al2O3 no material das concreções e a capacidade deste material para adquirir maior resistência após a compactação, avaliada pelo Mini-CBR. Esta tese contribuiu com uma proposta de alteração na norma brasileira que estabelece os requisitos concernentes a materiais empregados na construção de base com a utilização de solos lateríticos de graduação graúda, que consiste na inclusão do ensaio de adsorção de azul de metileno e da classificação MCT para a seleção de materiais.
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    Avaliação do tempo de auto sustentação do teto de mina subterrânea de sal com as classificações geomecânicas RMR e CMRR.
    (2023) Brasil, Alisson Carvalho Santos; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Alameda Hernández, Pedro Manuel; Figueiredo, Rodrigo Peluci de; Jaques, Daniel Silva; Marques, Eduardo Antônio Gomes
    Os sistemas de classificação geomecânica são comumente utilizados em escavaçõessubterrâneas, pois permitem identificar parâmetrossignificativos que influenciam o comportamento do maciço rochoso. Minas de sal e em especial de potássio, existem parâmetros específicos como: marco geológico, distância ao topo da camada de estéril, profundidade, orientação da lavra, espessura da argila. Foi estudado uma mina localizada em Rosário do Catete (SE) sendo a única do Brasil de extração de potássio que não possui sistema de categorização geotécnica comumente adotada do tipo RMR, GSI, CMRR e Q, que possa auxiliar no enquadramento geotécnico do maciço rochoso em classes. A não antecipação das atividades de reforço de teto em minas de sal ocasiona uma deformação dos estratosrochosos causando trincas e posteriores aberturas, que originam paradas não programadas afetando diretamente a produção por interrupção das atividades, além de maior risco operacional no quesito segurança. Foi escolhido como estudo piloto nessa mina um local de lavra com maior percentual de paradas não programadas datadas em 2021, além da escolha estar atrelada a lavra ao mínimo até o ano de 2024. Foram captados o tempo do stand up time, ou seja, a diferença do tempo da abertura e o início de trincas e aberturas no teto da escavação por diferentes variáveis, resultando em análises quantitativas e correlações para diferentes situações encontradas em campo. Baseado nessa captura de dados e análises foi compreendido a previsibilidade do tempo de auto sustentação da escavação para cada variável geotécnica analisada, e criado uma base de dados eficaz na melhor tomada de decisão que ajudará a promover a antecipação de atividades prevencionistas de atirantamento de teto pela previsibilidade do tempo de auto sustentação do teto imediato. Os resultados da correlação do tempo de auto sustentação por diferentes marcos geológicos e diferentes variáveisse mostraramse promissores podendo ser uma ferramenta de apoio para programação do tempo de reforço de teto. Com o propósito de analisar a adoção de alguma classificação geomecânica já adotada no meio científico para uma mina de sal, foram realizadas as inspeçõesincipientes pelossistemas de classificação geomecânicas RMR e CMRR, correlacionando-os ao tempo de auto sustentação. A classificação RMR mostrou boa correlação com o tempo de abertura da escavação e o vão livre escavado. Já o sistema CMRR mostrou correlações fracas, mesmo sendo essa classificação similar a estratificação geológica de mina de sal.
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    Desempenho do resíduo de quartzito como agregado em camadas de base e revestimento de pavimentos.
    (2023) Mendonça, Whilison Marques; Marques, Geraldo Luciano de Oliveira; Marques, Geraldo Luciano de Oliveira; Gomes, Guilherme José Cunha; Borges, Paulo Roberto
    As rodovias são responsáveis por 65% do transporte de cargas no Brasil, mas apenas 12,4% da extensão rodoviária é pavimentada. A utilização de agregados alternativos na pavimentação busca alcançar a sustentabilidade ambiental e reduzir os custos de construção e manutenção das rodovias. A extração e o beneficiamento do quartzito como rocha ornamental produz grande volume de resíduos, cuja utilização como material de pavimentação ainda é pouco explorada. Essa pesquisa investigou as propriedades geotécnicas dos resíduos dos quartzitos maciço e foliado, por meio de ensaios de laboratório e simulações numéricas, visando avaliar o seu desempenho em camadas de rodovias. Os agregados gerados dos resíduos foram avaliados por meio de ensaios tradicionais da engenharia rodoviária. As misturas granulares foram submetidas aos ensaios de compactação, índice de suporte Califórnia (CBR), módulo de resiliência e deformação permanente. As misturas asfálticas com ligante asfáltico CAP 50/70 foram dosadas pelo método Marshall, sendo avaliado a resistência à tração, módulo de resiliência, vida de fadiga e dano por umidade induzida. Simulações numéricas foram realizadas no programa MeDiNa para avaliar a performance mecanística das misturas compostas de resíduos. Os resultados mostraram que a fração fina do resíduo não é prejudicial ao pavimento e as partículas graúdas não apresentaram problemas de forma, durabilidade ou adesividade. As misturas granulares para base apresentaram valores de CBR acima de 130%, expansão máxima de 0,02%, módulo de resiliência médio de 130 MPa para a mistura granular com quartzito foliado (MGQF) e 224 MPa para a mistura granular com quartzito maciço (MGQM), e deformação permanente máxima de 1,2%. A mistura asfáltica com quartzito maciço (MAQM) apresentou teor de ligante de projeto de 5,0% e a com quartzito foliado (MAQF), 6,0%. Ambas as misturas asfálticas atenderam à especificação de resistência à tração e se enquadram na Classe 0 de Fadiga no programa MeDiNa. As simulações numéricas no programa MeDiNa mostraram que as misturas estudadas podem ser aplicadas como materiais de base e revestimento de rodovias com tráfego de até 5x106 repetições (tráfego médio pesado). Dessa forma, os resíduos de quartzito podem ser transformados em subprodutos a serem utilizados como agregados na pavimentação de rodovias.
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    Estudo de classificação de um projeto protótipo de pilha de rejeitos segundo o sistema de avaliação de estabilidade e classificação de perigos WSRHC.
    (2023) Gonçalves, Pablo Camilo de Carvalho; Lima, Hernani Mota de; Lopes, Germano Silva; Lima, Hernani Mota de; Ferreira, Lucas Deleon; Lopes, Paulo Filipe Trindade
    Com a crescente produção mineral e o uso de seus produtos derivados, vem a reboque um aumento proporcional na geração de rejeitos. Porém, com os acontecimentos envolvendo ruptura de barragens contendo rejeitos dispostos, hidraulicamente, levaram as autoridades brasileiras a enrijecer o processo de licenciamento de novas estruturas de contenção de rejeitos. Esta determinação legal juntamente com a crescente pressão ambiental para a reutilização de água em processos industriais da mineração está mudando a prática de disposição de rejeitos no país. A necessidade de melhorar a imagem das mineradoras frente à opinião pública e os órgãos regulamentadoras está movendo as empresas mineradoras a solicitarem, crescentemente, projetos e construção de pilhas de rejeito do tipo “Dry stacking”, empilhamentos considerando o desaguamento de rejeitos. Embora haja a crescente tendência para a utilização de estruturas desse tipo, por se tratar de uma aplicação nacional recente, verifica-se a existência desafios para a comunidade geotécnica em relação às referências normativas e guias de boas práticas destinadas a este tipo de disposição, uma vez que é extrema importância avaliar aspectos relacionados: características dos materiais, geometria, fatores de segurança, modos de falha, taxa de alteamento e demais fatores que, eventualmente, podem interferir na integridade física da estrutura. Portanto, esta dissertação busca aplicar e avaliar uma metodologia de classificação de pilhas de estéril denominada Waste dump and stockpile stability rating and hazard classification system (WSRHC), proposta por Hawley e Cunning (2017), em um protótipo de uma pilha de rejeitos filtrados, avaliando sua coerência, assim como sugerir adequações na metodologia para que ela possa ser utilizada como um guia de referências e boas práticas para pilhas de rejeitos. Embora o sistema de classificação tenha sido desenvolvido com uma base de dados para diferentes tipos de material estéril de mineração, entende-se que a metodologia é potencialmente promissora para utilização também com empilhamentos construídos com rejeitos de mineração. Para tal, faz-se necessária a incorporação de alguns elementos adicionais no processo de avaliação dos fatores-chaves da metodologia associados ao grupo de qualidade do material empilhado e análises de estabilidade, assim como a criação de um grupo relacionado a aspectos gerais.
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    Desempenho geotécnico de cortinas atirantadas executadas em Cascavel-PR.
    (2023) Oliveira, Thays Car Feliciano de; Porto, Thiago Bomjardim; Porto, Thiago Bomjardim; Ferreira, Lucas Deleon; Rincent, Jean Jacques
    As estruturas de contenção atirantadas são amplamente utilizadas no cenário nacional, o que inclui o uso de tirantes para fins provisórios, principalmente em escavações de subsolos em regiões urbanas. Verifica-se a deficiência de dados quanto à capacidade de carga dos tirantes, considerando a ampla variabilidade geológico-geotécnica nacional. Assim, este trabalho teve o objetivo de estudar a capacidade de carga de tirantes para o contexto geológico-geotécnico de Cascavel-PR. Para tanto foram utilizados dados de duas obras do município, principalmente quanto a caracterização preliminar por sondagens e a boletins do controle tecnológico dos tirantes. Ademais foram coletadas amostras indeformadas de cada obra, para caracterização complementar mais detalhada dos índices físicos e parâmetros de resistência dos solos. A análise da capacidade de carga última dos tirantes foi realizada por meio de extrapolação matemática, visto que os tirantes eram provisórios e não atingiram a ruptura no procedimento de protensão. Também verificou-se a estabilidade global das cortinas atirantadas, em conjunto com análises de sensibilidade dos parâmetros geotécnicos, para uma avaliação preliminar das estruturas de contenção dos estudos de caso. Os resultados de caracterização indicaram que os maciços estudados eram constituídos por solos argilosos e argilo-siltosos. Encontrou-se uma ampla faixa de capacidade de carga dos tirantes, para a obra 1 de 45 a 97 kN/m e, para a obra 2 de 60 a 103 kN/m. Apesar da variabilidade, os resultados se enquadram em valores previamente apresentados na literatura para solos com caracterização geotécnica semelhante. As cortinas de ambos os estudos de caso apresentaram resultados satisfatórios de fator de segurança (FS) nas análises de estabilidade e a avaliação de sensibilidade indicou que os parâmetros de resistência do maciço são determinantes para o FS. Em suma, os resultados da pesquisa foram satisfatórios para auxiliar em definições básicas e importantes para análises de contenções atirantadas na região de estudo, principalmente quanto a faixas de resistência coerentes para o solo da região e valores de capacidade de carga para os tirantes.
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    Creep em rejeito de bauxita : caracterização reológica e simulação numérica.
    (2023) Duarte, Jessica Pereira; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Oliveira Filho, Waldyr Lopes de; Delgado, Bruno Guimarães
    O conhecimento do comportamento de fluência de rejeitos de mineração pode auxiliar na acurácia da previsão do comportamento tensão-deformação-tempo dos materiais e na otimização de espaço para armazenamento de rejeitos, porém estudos sobre o assunto ainda são limitados. O comportamento da fluência em rejeitos de bauxita foi analisado através de uma abordagem teórica e prática, baseada na caracterização reológica (ensaios reológicos de creep e rotacionais) e análises numéricas. Os testes de fluência e recuperação realizados nos rejeitos de bauxita revelaram que o material apresentou deformações irreversíveis quando submetido a ciclos de carregamento constantes, indicando alterações em sua estrutura sólida com comportamento viscoelástico-plástico. O desenvolvimento do modelo numérico foi baseado em parâmetros geotécnicos estimados a partir de um compilado de ensaios de laboratório e de campo. Por meio da análise numérica, foi possível comparar o desenvolvimento de deslocamentos, poropressão e tensões entre um modelo constitutivo que considera fluência (Soft Soil Creep, SSC) e um modelo constitutivo simplificado (elástico perfeitamente plástico com critério de ruptura de Mohr-Coulomb), que não incorpora a dimensão do tempo. O trabalho destaca que a incorporação da dimensão temporal e das características viscoplásticas do material é fundamental para uma caracterização mais completa e assertiva dos fenômenos de adensamento e fluência, principalmente para rejeitos.