EM - Escola de Minas
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A Escola de Minas de Ouro Preto foi fundada pelo cientista Claude Henri Gorceix e inaugurada em 12 de outubro de 1876.
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Item 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 CostaO 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.Item Influência da adição de compósito estabilizador no comportamento reológico de rejeitos de minério de ferro depositados em barragens.(2022) Matias, Ana Carolina de Paula; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Marques, Eduardo Antônio Gomes; Peixoto, Ricardo André Fiorotti; Marques, Eduardo Antônio Gomes; Carvalho, José Maria Franco de; Cury, Alexandre AbrahãoOs grandes riscos socioambientais que uma barragem de contenção de rejeitos oferece impulsionam estudos sobre a estabilidade desse material ao longo da vida útil dessas estruturas, assim como sobre a correta destinação dos rejeitos armazenados. A estabilidade estrutural de barragens tornou-se um tema cada vez mais frequente nas empresas de mineração, órgãos reguladores e no meio acadêmico, acentuado após o rompimento das barragens de Fundão em Mariana, MG (2015) e B1 em Brumadinho, MG (2019) com alcance nacional e internacional. O gerenciamento do sistema de contenção de rejeitos deve ser realizado durante todo o ciclo de vida da estrutura envolvida, desde a sua construção, operação, até o seu descomissionamento e desativação. O uso de modelos reduzidos tem sido uma alternativa para a avaliação do comportamento de uma estrutura em verdadeira grandeza (protótipo), por se constituir de alternativa técnica e economicamente viável. A Teoria da Similitude e a análise dimensional fornecem meios para estabelecer a similaridade de comportamento entre o original e o modelo reduzido. Considerando-se o atual estado das barragens de rejeitos no Brasil e sua potencial instabilidade, este estudo propõe a utilização de um compósito estabilizador constituído por powder de escória de aciaria, linear alquil benzeno sulfonato de sódio (LAS), cloreto de sódio e cimento Portland, capaz de influenciar de forma positiva a estabilidade dos rejeitos depositados em barragens. Dessa forma, busca-se tornar os processos de operação e descaracterização dos sistemas de contenção mais seguros e eficientes. Avaliou-se o comportamento reológico de rejeitos de minério de ferro com adição de compósito estabilizador nas dosagens de 0,75%, 1,5%, 3%, 6%, 12%, 24% e 48% em relação à massa de sólidos desses rejeitos, durante intervalos de tempo de 2h, 6h, 24h, 48h, 96h e 144h. Para efeitos de comparação também foi produzida uma matriz referência (sem adição de estabilizador). Os dados obtidos a partir dos ensaios de reologia foram utilizados em simulações numéricas com o auxílio do FLOW-3D®. A partir dos resultados verificou-se que o compósito estabilizador é capaz de aumentar a viscosidade dos rejeitos, sendo uma opção viável para estabilização do material depositado em barragens, ainda que em situação de ruptura.Item Utilização de técnicas estatísticas e de aprendizado de máquina para identificação de anomalias em dados de monitoramento de barragens de rejeito de mineração.(2023) Brandão, Hugo Assis; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Allan Erlikhman Medeiros; Marinho, Fernando Antonio MedeirosO número de incidentes relacionados a rupturas de barragens de rejeitos de mineração tem aumentado nos últimos anos, sendo observada uma média de três incidentes mundialmente por ano. As consequências das rupturas entre 1915 e 2022 resultaram em cerca de 2.650 fatalidades e mais de 250 milhões de m3 de resíduos liberados ao meio ambiente. O plano de monitoramento auxilia a equipe responsável pela barragem no melhor entendimento de seu comportamento, sendo possível identificar comportamentos anômalos, permitindo assim uma melhor gestão do risco associado a estrutura. O plano contempla atividades relacionadas a inspeções visuais, inspeções e testes de equipamentos e monitoramento por meio de instrumentação. A instalação de instrumentos permite a medição de variáveis ambientais, tais como temperatura e nível do reservatório, e variáveis de efeito, tais como nível de água e poropressão no interior do maciço e fundação. Com base nessas variáveis é possível comparar o comportamento real da estrutura com seu comportamento esperado, sendo uma das variáveis de controle a poropressão, medida por piezômetros. A análise dos dados pode ser realizada com base em modelos determinísticos, estatísticos e preditivos. Esta dissertação apresenta um estudo onde são aplicados os modelos de regressão linear (RL) e k-nearest neighbors (KNN) para a predição de leituras em piezômetros com base na leitura anterior, uma vez que ambas guardam forte correlação. Os modelos foram calibrados e validados considerando duas diferentes proporções de treino/teste, sendo que a proporção de 80% dos dados no banco de treino e 20% no banco de teste apresentou o melhor desempenho em ambos os modelos. Os modelos calibrados com base nessa proporção apresentaram valores de R2 superiores à 0,89, RMSE de aproximadamente 0,16m e MAE de aproximadamente 0,10m. O modelo KNN com 15 vizinhos apresentou melhor desempenho, sendo obtido um R2 de 0,91 para o banco de treino e de 0,94 para o banco de teste. Foi então adotado esse modelo para o cálculo do valor predito e obtenção dos resíduos. Foram aplicadas técnicas estatísticas (análise de distribuição e análise da distância interquartil - IQR) e de aprendizado de máquina (local outlier factor - LOF) para a identificação de anomalias. A técnica LOF apresentou o melhor desempenho identificando todas as anomalias encontradas pelos outros métodos e pontos que apresentaram valores de taxa de variação superiores aos valores históricos. Dessa forma, acredita-se que as técnicas de aprendizagem de máquina possuem um grande potencial de aplicação na identificação de anomalias e podem auxiliar em uma melhor gestão de estruturas geotécnicas.Item Proposta de modelos de predição da resistência não drenada de rejeitos de bauxita.(2023) Pinto, Guilherme Henrique da Silva; Santos, Tatiana Barreto dos; Santos, Tatiana Barreto dos; Candido, Eduardo Souza; Santos, Allan Erlikhman MedeirosA correta determinação de parâmetros de resistência de rejeitos é essencial na engenharia geotécnica. Casos recentes de rupturas de barragens de rejeito de mineração, reforçam a necessidade de um melhor entendimento do comportamento mecânico de rejeitos. Para a determinação da resistência não drenada desses materiais, comumente são utilizados ensaios de campo como o ensaio de piezocone (CPTu) e palheta (Vane). Apesar dos ensaios de campo fornecerem uma medida in situ das propriedades do solo/rejeito, as metodologias para determinação da resistência não drenada por meio destes ensaios advêm de correlações empíricas e/ou analíticas que foram propostas e validadas em solos naturais. Visando contornar problemas de predição semelhantes ao tratado neste trabalho, vários autores têm aplicado técnicas da ciência de dados (estatística multivariada, aprendizado de máquina e inteligência artificial) como K-ésimo Vizinho mais Próximo, Florestas Aleatórias, Regressão Linear Múltipla, Máquina Vetor Suporte, dentre outras. Sendo assim, o presente trabalho tem por objetivo aplicar tais técnicas para a obtenção de modelos capazes de prever a resistência não drenada de pico de um rejeito de bauxita por meio de ensaios de campo (piezocone e palheta) e laboratório (teor de umidade). As variáveis influentes na obtenção da resistência não drenada também foram avaliadas por meio de diferentes combinações nos input das variáveis nos modelos. Foi aplicado também a técnica de validação cruzada k-fold para avaliar a acurácia e capacidade de generalização dos modelos elaborados. Além disso, é apresentada proposta metodológica para caracterização do comportamento não drenado com base nos dados dos ensaios de CPTu e dissipação de poropressão. Os modelos de ciência de dados obtidos foram comparados com a metodologia baseada fatores do cone Nkt, Nu e Nke calibrados com o Vane para a determinação da resistência não drenada. Dentre os resultados obtidos, as técnicas de ciência de dados apresentaram R2 superiores à 0,90, mostrando também menor dispersão dos resultados preditos se comparadas à metodologia baseada nos fatores supracitados. Com base no estudo das variáveis influentes, foi observado que as poropressões são as variáveis que mais influenciam na predição da resistência não drenada. Além disso, por meio do teste estatístico t-student foi comprovado que os modelos de ciência de dados têm desempenho superior à metodologia clássica de melhor desempenho (baseado nas poropressões), partindo das mesmas variáveis independentes.Item Modelagem de desmonte de rochas controlados com auxílio de redes neurais artificiais : estudo de caso Itabira.(2022) Cruz, Rodolfo Matias de Sousa; Torres, Vidal Félix Navarro; Torres, Vidal Félix Navarro; Lima, Hernani Mota de; Arroyo Ortiz, Carlos Enrique; Dutra, José Ildefonso GusmãoEste estudo avalia o comportamento dinâmico de vibrações geradas pelos desmontes com explosivos nas operações do complexo minerador de Itabira, contemplando as barragens de Conceição, Itabiruçu, Borrachudo e Cambucal e da cidade de Itabira. Tem por objetivo é caracterizar comportamento da atenuação das vibrações induzidas por detonações com explosivos no sentido das barragens e da cidade para evitar possíveis danos as estruturas e incomodidade humana. Este estudo adotou uma metodologia para prever, avaliar e controlar as vibrações do terreno operando próximo a barragens e a comunidade. Foram monitorados sistematicamente mediante 543 pontos correspondentes as 74 desmontes distribuídos redor das barragens citadas e da cidade de Itabira, de janeiro a junho de 2021. A campanha de monitoramento sísmico foi realizada utilizando 21 sismógrafos de engenharia, para consolidar uma robusta base de dados que permitem determinar a lei de atenuação das vibrações e caracterizar a propagação das ondas sísmicas induzidas pelos desmontes com explosivas realizados nas minas de Conceição e Minas do Meio. vi Após coleta em campo, estes foram tratados de modo a consolidar um banco de dados e utilizados para treinar redes neurais artificiais com o objetivo de criar modelo de predição de PPV, PVS e Frequência para as principais direções de vibração, selecionando aquelas com o melhor desempenho. Por fim criou-se uma interface gráfica para realizar a avaliação das vibrações de forma simples e intuitiva, que possibilitou sua aplicação prática nas operações da mina em estudo, propiciando o atendimento a normas de segurança, sem afetar a eficiência das operações.Item Aprendizado de máquina aplicado em previsão de curto prazo de valores de indicadores de nível de água.(2021) Kümmel, Luiz Frederico de Freitas; Pessin, Gustavo; Torres, Vidal Félix Navarro; Sabino, Jodelson Aguilar; Pessin, Gustavo; Sabino, Jodelson Aguilar; Girao Sotomayor, Juan Manuel; Hidaka, RenatoA estabilidade e solidez de barragens de rejeito para resíduos de atividades industriais de mineração é de importância primordial para a segurança da sociedade e meio ambiente localizado a sua jusante. Para assegurar as essenciais exigências de segurança e exposição ao risco das barragens ao longo da sua vida útil, devem ser implementadas ações mitigatórias de prevenção e controle dessas condições, nesse intuito esse trabalho visa aplicar métodos de Machine Learning, para prever o comportamento dos indicadores de nível de água associados a carta de risco. Os algoritmos de machine learning mostraram elevadas taxas de acerto para predição, sendo que a combinação de métodos de classificação e regressão permitiu aumentar ainda mais a qualidade de resposta do sistema proposto.Item Simulação numérica tridimensional do comportamento geotécnico de uma barragem de contenção de rejeitos por meio de ensaios de campo e microssísmica.(2021) Freitas, Renata Delicio Andrade de; Gomes, Romero César; Braga, Marco Antônio da Silva; Gomes, Romero César; Cunha, Alan de Sousa; Assis, André Pacheco deLocalizada na cidade de Tapira/Minas Gerais, a Barragem BR é produto do rejeito proveniente do processamento de rocha fosfática e é formada, predominantemente, por magnetita ciclonada. O barramento é monitorado, até o presente, por cinco piezômetros, dezoito indicadores de nível de água, três medidores de vazão, onze marcos superficiais, uma régua, um pluviômetro, um evaporímetro e quatro geofones. Houve duas campanhas de sondagens SPT e CPTu, em 2014 e 2019. Além das sondagens geotécnicas, em 2017, foram realizados estudos geofísicos que incluíram ER, IP, SP e GPR. Em 2019 foi realizada uma obra de reforço do pé da BR. De junho de 2018 até abril de 2020 foram coletados os dados de microssísmica. Dos dados brutos foram calculadas as diferenças de velocidade de onda (dv/v). Estes dados foram filtrados a fim de encontrar equivalência com as informações de geotecnia e geofísica, já que o objetivo principal era ranquear quais desses parâmetros que mais se correlacionam com o dado da microssísmica passiva. Para tanto, foi utilizado o método de árvore de regressão e Random Forest para criar um modelo estatístico replicável. Quando explorada a estatística descritiva, foi notório um grande acúmulo de dados numa só faixa de valores, indicando que o banco de dados provavelmente apresenta algum erro. Isso pode ser causado pela, ainda em estudo, interpolação que foi usada para gerar os dados brutos cedidos pela empresa que os coleta. Mesmo assim o modelo foi gerado, e a velocidade de onda sísmica, que era esperada ficar na primeira posição, ficou na decima. Enquanto o coeficiente de adensamento foi o primeiro colocado. Foi concluído que o modelo não se ajusta bem ao problema proposto, mas como é um modelo replicável, pode ser aplicado assim que a interpolação dos dados for realizada com maior sucesso. Além disso, foram gerados modelos em 3D, utilizando o software Leapfrog, para melhor entendimento da estrutura e visualização dos dados. Por fim, foram plotados gráficos da dv/v no domínio do tempo e comparados, visualmente, com dados climáticos e hídricos. O resultado do modelo foi satisfatório, com perfis que condizem com aqueles cedidos pela empresa responsável. Foi também gerado um modelo de umidade que pode ajudar a explicar uma menor dv/v nos geofones localizados próximos a região úmida. A obra realizada na estrutura provavelmente causou um aumento da dv/v, mas os outros fatores analisados não parecem influenciar na resposta da microssísmica.Item Estudo comparativo da estimativa da resistência não-drenada liquefeita a partir de correlações propostas para ensaios de campo de CPTU.(2020) Oliveira, Rodrigo Peres de; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Pereira, Eleonardo Lucas; Ribeiro, Luís Fernando MartinsO método de alteamento a montante foi muito utilizado no passado pelas minerações no Brasil para a construção de barragens de rejeitos, ao passo que, muitas delas foram concebidas sem o devido controle operacional. Os últimos acidentes envolvendo barragens de rejeitos alteadas para montante resultaram em crescentes restrições e, recentemente, na proibição da construção ou operação de estruturas alteadas pela mesma técnica em todo o território nacional. O empreendedor responsável deve realizar ainda, em prazo legal, a descaracterização de todas as suas estruturas remanescentes que se encaixem nesta condição. No estado de Minas Gerais, a avaliação da estabilidade dessas barragens deve ser realizada para o potencial de liquefação dos rejeitos, incluindo-se a condição mais crítica pré-ruptura, em termos de resistência não-drenada liquefeita do material. Neste sentido, verifica-se a importância da definição desse parâmetro a partir de dados consistentes, uma vez que o seu valor irá subsidiar a avaliação da condição de segurança de uma barragem, sob o aspecto legal, que pode implicar em uma séria de ações de controle na estrutura e até mesmo na sua área à jusante. Existem diversas metodologias para a estimativa da resistência não-drenada liquefeita por meio de ensaios de campo. O objetivo deste trabalho foi de realizar um estudo comparativo das estimativas do parâmetro para um dado rejeito, por meio de ensaios de campo de CPTu, a partir de correlações propostas por metodologias consagradas, observando-se as limitações e incertezas de cada uma. A base de dados utilizada foi proveniente de uma barragem de rejeitos de minério de ferro construída pelo método de montante e foi utilizada meramente para a proposta deste estudo, não sendo objeto a avaliação da condição de estabilidade da estrutura. Os resultados mostraram uma significante diferença entre os valores de resistência obtidos por cada correlação, indicando a importância de se utilizar a metodologia mais aplicável em função das características do rejeito. No caso do rejeito avaliado, essencialmente arenoso, as metodologias de Olson (2001) e Sadrekarimi (2014) se mostraram mais aplicáveis para as estimativas.Item Proposta de metodologia para lavra de barragens de rejeitos de ferro construídas pela técnica de aterro hidráulico.(2020) Sousa, Gustavo Marçal de; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Ferreira, Lucas Deleon; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Villar, Lúcio Flávio de Souza; Ribeiro, Luís Fernando MartinsEsta tese tem como objetivo propor metodologia que permita avaliar a segurança geotécnica das operações de lavra de barragens de rejeitos construídas pela técnica de aterro hidráulico, criando alternativa para a indústria de mineração que alie o ganho ambiental do aproveitamento dos rejeitos a uma desativação definitiva, por meio da lavra de barragens. Para tal, o desenvolvimento de pesquisa teve ênfase na proposição de um conceito de desmonte, com seus pilares fundamentados na escolha de uma barragempiloto, que permitiu a montagem de um plano de investigação geológico-geotécnico específico para projetos de lavra, incluindo investigação indireta por geofísica. Como resultados, são propostas seis etapas para um adequado estudo e desenvolvimento da lavra: caracterização do reservatório; modelagem qualitativa e quantitativa do rejeito; elaboração do plano de lavra; definição da rota de processo/local de deposição; arranjo geral operacionalizado e execução de testes em escala de produção, as quais são capazes de gerar elementos suficientes para o atendimento de premissas iniciais de projeto, permitindo avaliar a estabilidade geotécnica em geometrias muito próximas das que serão executadas em campo, servindo de base para a tomada de decisão a respeito da viabilidade técnica e econômica do desenvolvimento das ações de descomissionamento. Ainda, dentro da metodologia para lavra, a técnica de vibro-adensamento desenvolvida para rejeitos, baseada na proposição de adensamento de solos arenosos, juntamente com o conceito de lavra em tiras proposto e executado a partir do Teste 5, possui potencial para aplicação em grande parte dos aterros hidráulicos constituídos por rejeitos de ferro, desde que o percentual granulométrico passante na peneira 200 (0,075mm) não seja superior a 70%. Conclui-se, com base nos resultados apresentados, com devido olhar crítico, que a metodologia proposta é capaz de viabilizar a lavra com foco em descomissionamento ou manejo, garantindo a segurança geotécnica das operações de lavra para barragens de rejeitos similares à barragem-piloto.Item Empilhamento de rejeito filtrado : a expansão de uma alternativa para substituição de barragens.(2020) Alves, Pedro Ivo Amaro; Silva, José Margarida da; Oliveira Filho, Waldyr Lopes de; Silva, José Margarida da; Lima, Hernani Mota de; Sousa, Wilson Trigueiro deO assunto rejeitos de mineração tem sido frequentemente discutido pela indústria e pela sociedade civil. Após as rupturas das barragens das minas Germano e Córrego do Feijão, instalou-se um estado de alerta no Brasil e especialmente nos estados brasileiros com maior concentração de minas. O método convencional de disposição de rejeito vem sofrendo duras críticas e passou a ser questionado até mesmo por profissionais da área. A dificuldade enfrentada por empresas de mineração para a obtenção das licenças para alteamento ou construção de barragens de rejeitos se tornou muito maior. Ao mesmo tempo, as próprias empresas mineradoras já vinham procurando desenvolver técnicas mais seguras para a disposição de rejeitos. Uma dessas técnicas, o empilhamento de rejeito filtrado (ou dry stacking), vem se destacando no cenário atual como uma possibilidade à substituição do método convencional. A possibilidade de se empilhar o rejeito como se fora um depósito de estéril, além de diminuir a extensão da área afetada, proporciona uma estrutura com menor potencial de dano. Dentro desse contexto, o presente trabalho apresenta detalhes e informações importantes quando se considera a aplicação dessa técnica. Além da revisão conceitual, são apresentados exemplos de empreendimentos e projetos de aplicação da técnica que possibilitam reconhecer as características, vantagens, desvantagens, precauções e necessidades, tanto específicos de cada empreendimento, quanto inerentes à execução desse método de disposição. Considerando esse último caso, sem excluir outras providências, como análise criteriosa de custos de capital e operacional, observa-se a importância de: manter-se o controle sobre a densidade e granulometria da polpa que alimenta a planta de filtragem; utilizar tecido filtrante de alta durabilidade e eficiência; disponibilizar local dentro da planta de filtragem para realização das trocas de placas/tecidos; disponibilizar ampla área próxima da pilha de rejeitos para armazenamento temporário do rejeito filtrado; utilizar-se o transporte por correias do rejeito filtrado entre a planta de filtragem e o local de armazenamento temporário; propiciar eficiente sistema de drenagem que colete e desvie os fluxos de água existentes ao redor e na superfície da pilha de rejeitos.