DEMIN - Departamento de Engenharia de Minas
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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 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.Item Capacidade de suporte de praias de rejeitos granulares de mineração e construção de aterros compactados.(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Resende, Lincoln Ribeiro Maia de; Oliveira Filho, Waldyr Lopes deEste trabalho apresenta um estudo sobre a capacidade de suporte de praias de rejeitos de mineração, investigando fatores de maior influência como aqueles representados pelo nível freático (Nível d’água) e pela sucção, quando presente. Para a avaliação da capacidade de suporte introduz-se o aparelho DCP (Dynamic Cone Penetrometer), um instrumento da classe dos penetrômetros portáteis, muito utilizado em trabalhos de estradas rodoviárias em diversos países, inclusive no Brasil. A construção de um aterro de alteamento de uma barragem de rejeitos de mineração de ferro foi a oportunidade que se apresentou para que a pesquisa pudesse ter a parte experimental em condições reais. Neste caso além do interesse com a fundação do dique de alteamento (método de montante), aproveitou-se também para conhecer a técnica construtiva e principalmente usar o DCP também para o controle de qualidade da compactação das camadas. Para a realização desses objetivos, houve um trabalho extenso de caracterização do rejeito das praias com ensaios de laboratório geotécnico e mineralógico. Além disso, houve a necessidade de uma campanha de ensaios DCP no laboratório para obtenção de correlação que pudesse ajudar no controle de campo da compactação. Os resultados da pesquisa indicaram que a prática atual utilizada na indústria produz uma estrutura satisfatória e que isso poderia ficar mais bem evidenciado e mais facilmente controlado com o uso da tecnologia apresentada.Item Estudo da construção de aterros em depósitos estratificados de rejeitos de mineração.(Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral. Departamento de Engenharia de Minas, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2008) Penna, Lorena Romã; Oliveira Filho, Waldyr Lopes deEste trabalho apresenta um estudo sobre construção de aterros em depósitos estratificados de rejeitos de mineração, onde se investiga o método construtivo de ponta de aterro através da construção de um aterro experimental dotado de instrumentação para registro de variações de poropressão e de deslocamentos. No monitoramento da obra, utilizou-se, também, o método observacional com acompanhamento integral da construção com vistas a correlacionar todos os eventos construtivos com as variáveis geotécnicas. Os serviços preliminares foram importantes para o sucesso da pesquisa na medida em que fizeram um levantamento detalhado do terreno, possibilitaram um bom planejamento da instrumentação e realizaram testes com os medidores de poropressão, inclusive em situações de campo, dando confiança às medidas obtidas durante a construção. O estudo analisa de forma inovadora questões referentes ao desenvolvimento de poropressões construtivas bastante elevadas e deslocamentos significativos das estruturas num meio estratificado, dando destaque aos fenômenos físicos observados de liquefação estática localizada e levantamento de terreno. As análises realizadas sobre o potencial de liquefação do depósito estudado (baia 2) corroboraram os resultados experimentais obtidos, indicando que a situação atual do depósito frente a construções esteve sempre presente na história de formação do depósito. O estudo de estabilidade da obra do aterro teste foi realizado com muito detalhe, investigando-se diversos modos de ruptura presentes na construção do forro, etapa inicial, o que trouxe ensinamentos importantes sobre o método construtivo em depósitos estratificados. Entre os cenários de análise, destaca-se o caso que investiga a construção de um forro de uma estrutura de reforço de uma obra pré-existente, nas condições do depósito, e mostra a instabilidade que se gera na estrutura a ser protegida, levando-a a ruptura. As principais questões sobre a execução de obras assentes em depósitos de rejeitos mostram, então, a importância do manejo, do conhecimento sobre a estratigrafia do terreno e da definição correta dos mecanismos e instabilidades possíveis/prováveis de ocorrer. Todos esses aspectos foram abordados com sucesso no trabalho e podem ajudar no projeto e construção de obras semelhantes.