POSGEO - Doutorado (Teses)

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Estudo da aplicação do Vetiver na melhoria dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos em taludes.
(Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Barbosa, Michele Cristina Rufino; Lima, Hernani Mota de
Taludes vegetados são mais resistentes contra movimentos de massa e erosão pela água. A vegetação contribui para a estabilidade do solo, principalmente pelo aumento da resistência ao cisalhamento via reforço oferecido pelas raízes. Uma espécie vegetal, vetiver (Chrysopogon zizanioides (L.) Roberty), tem se revelado eficaz e de baixo custo na estabilização de taludes. O presente estudo apresenta os resultados de ensaios de cisalhamento direto com amostras de solos sem cobertura vegetal e solos cobertos com vetiver na idade de um, dois e três anos de plantio. Em adição, o trabalho avalia resultados de ensaios de cisalhamento direto em amostras indeformadas de solos de um mesmo talude sem cobertura vegetal e com cobertura de vetiver na idade de sete anos com o intuito de verificar o efeito desta planta na melhoria dos parâmetros de resistência ao cisalhamento de solos. Os resultados mostram a eficiência do vetiver na melhoria dos parâmetros de resistência, principalmente em relação ao incremento de coesão aparente oferecido ao solo. Foi observado que a aplicação do vetiver como técnica de estabilização de taludes é eficiente, porém é um processo em longo prazo, a planta necessita de certos cuidados até seu completo estabelecimento e consiste de um método de estabilização para superfícies de rupturas rasas.
Desenvolvimento de um método para o processo de gestão de riscos no planejamento do fechamento de mina.
(Programa de Pós-Graduação em Geotecnia. Núcleo de Geotecnia, Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto., 2012) Guimarães, Roberto Braulio; Lima, Hernani Mota de
A reputação de uma empresa de mineração é afetada quando uma mina é abandonada e a área por ela explorada se apresenta ambientalmente degradada, constituindo-se em um passivo por um longo período. O fechamento prematuro e/ou mal planejado de uma mina pode resultar em impactos negativos extremos sobre o meio ambiente e em impactos socioeconômicos e culturais sobre a comunidade circunvizinha à empresa de mineração. O uso de técnicas de gestão de riscos pode ajudar a reduzir esses impactos, tanto para fechamentos de mina prematuros como para fechamentos planejados. A gestão de riscos com foco no fechamento de mina tem por finalidade destacar as questões e os riscos principais, permitindo à administração e ao gestor concentrar os recursos de forma adequada e auxiliando a tomada de decisão. Para elaboração desse estudo, buscou-se desenvolver e testar um método para o processo de gestão de riscos, aplicável ao planejamento do fechamento de mina, de acordo com a ABNT NBR ISO 31000:2009 - GESTÃO DE RISCOS, de forma que os riscos identificados no planejamento do fechamento de mina sejam avaliados, priorizados e tratados de forma preventiva. Para aplicação e para verificação da efetividade do método, utilizaram-se, como instrumento de investigação e de estudo de caso, os dados da Mina Carina pertencentes à empresa Polaris Metals Pty Ltda.
Solos tropicais e bentonita: análise geotécnica de misturas com ênfase na abordagem coloidal.
(2014) Morandini, Thiago Luiz Coelho; Leite, Adilson do Lago
Os solos tropicais ocorrem em regiões de climas tropicais e subtropicais, constituindo a maior parte dos solos superficiais brasileiros. Devido a algumas propriedades, como elevada resistência mecânica quando compactados, os solos tropicais são amplamente empregados em obras geotécnicas. Entretanto, dentre as obras geotécnicas, aquelas destinadas à impermeabilização requerem propriedades adicionais muitas vezes não encontradas nos solos tropicais, como baixa condutividade hidráulica, capacidade de sorção e compatibilidade adequada com os fluidos circundantes. Assim sendo, a adição de bentonita pode ser uma alternativa para melhorar propriedades técnicas dos solos tropicais para fins de impermeabilização. Neste contexto, esta tese tem como objetivo estudar o comportamento geotécnico de misturas de solos tropicais e bentonita com ênfase na abordagem coloidal. Especificamente, é escopo desta tese a avaliação de comportamento hidráulico, mecânico e de compatibilidade de três classes distintas de solos tropicais segundo classificação MCT-M – laterítico, transicional e não laterítico – aos quais foram adicionados bentonita nos teores de 3, 6, 9 e 12%. Para concretizar o objetivo proposto, foi elaborado e desenvolvido um programa experimental que compreendeu: (1) ensaios de caracterização químico-mineralógica da bentonita e dos solos tropicais e metodologia MCTM para classificação dos solos tropicais; (2) avaliação das propriedades geotécnicas e físico-químicas dos solos tropicais e das misturas por meio de ensaios limites de Atterberg, massa específica dos sólidos, análise granulométrica conjunta, compactação Proctor Normal, pH, condutividade elétrica do extrato aquoso, capacidade de troca catiônica e superfície específica; (3) determinação da condutividade hidráulica em célula triaxial nas tensões confinantes de 20, 40 e 80 kPa; (4) avaliação compatibilidade indireta através de limites modificados empregando-se soluções químicas (CaCl2 – 1 M, C2H5OH, HNO3 – pH 3, NaOH – pH 11); (5) percolação química em célula triaxial modificada empregando-se as soluções citadas anteriormente para amostras com teor de bentonita ótimo (necessária a obtenção de uma condutividade hidráulica de 5x10-8 cm/s); (6) avaliação da resistência a cisalhamento através de ensaio triaxial consolidado e não drenado. Além disso, foram propostas correlações matemáticas utilizando-se como base as equações de Kozeny- Carman, Gouy-Chapman, e um parâmetro definido como ponto meso plástico. De forma geral, os resultados demonstraram algumas alterações de propriedades e parâmetros dos solos tropicais devido à adição de bentonita, tais como: aumento na plasticidade, na superfície específica e na CTC; diminuição da condutividade hidráulica; diminuição do ângulo de atrito (total e efetiva) e aumento da coesão (total e efetiva). Em termos de compatibilidade, as misturas contendo bentonita demonstraram maior suscetibilidade às soluções de C2H5OH, CaCl2, NaOH e HNO3, nesta ordem. Esta tendência de suscetibilidade foi confirmada pelos ensaios de percolação química, comprovando a validade do método de avaliação de compatibilidade através de limites modificados. Já as correlações matemáticas demonstraram ajustes satisfatórios aos modelos propostos, validando as equações modificadas de Kozeny-Carman e de Gouy-Chapman para a previsibilidade da condutividade hidráulica em misturas de solos tropicais e bentonita. Por fim, esta tese conclui que é viável o emprego de misturas de solos tropicais e bentonita para fins de barreiras impermeabilizantes, desde que sejam ponderados os critérios geotécnicos (resistência e permeabilidade) e os critérios de compatibilidade entre o solo e o contaminante retido.
Influência das descontinuidades no comportamento geomecânico e nos modos de ruptura em taludes escavados em rochas brandas.
(2014) Pinheiro, Antônio Luiz; Lana, Milene Sabino; Sobreira, Frederico Garcia
Este trabalho apresenta o estudo sobre a influência das descontinuidades no comportamento geomecânico e nos modos de ruptura em taludes em rochas brandas. Procedimentos de investigação geotécnica de superfícieetratamentos de dados geotécnicos serão discutidos visando à identificação e descrição das descontinuidades e do processo físico envolvido no modo de ruptura, a escolha do método de análise de estabilidade mais adequado para aplicação no problema estudado, associação entreo volumedosblocos rochosose o comportamento geomecânico do maciço sãodiscutidos. Destaca-sea importância dos levantamentos geotécnicos em nível de detalhe, dada a necessidade de gerar dados localizados para aplicação em análises de estabilidade, essencialmente no caso de análises de equilíbrio limite apuradas. Dificuldades encontradas nos cálculos envolvendo o volume de material sujeito à ruptura são contornadas a partir de proposições envolvendo soluções analíticas, aplicáveis a blocos rochosos de diferentesgeometrias. No caso de taludes onde as tensões têm influênciadireta nos mecanismos de ruptura é necessário o conhecimento dos parâmetros resistência e de deformabilidade e do estado de tensões in situ. Muitos desses parâmetros de entrada são desconhecidos e técnicas de retroanálise é, em muitos casos, a alternativaviável.Nas análises tensão-deformação,métodos numéricos para aplicação em maciços rochosos descontínuos são empregados. As dificuldades bem como os benefícios associados à utilização desses métodos são discutidos.
Proposta de metodologia para análise de riscos geológico-geotécnicos em ferrovias - estudo de caso : Estrada de Ferro Carajás (EFC).
(2014) Corteletti, Rosyelle Cristina; Gomes, Romero César
Os problemas de origem geológico-geotécnica podem afetar as ferrovias de várias formas. Normalmente geram instabilidades nos taludes de corte e aterros ao longo da via, e podem atingir, inclusive, a estrutura da plataforma ferroviária. A origem dos problemas geotécnicos nas ferrovias do Brasil não está restrita somente ao baixo investimento neste tipo de infraestrutura no país, mas também está relacionada às características de contorno deste tipo de obra, pois percorrem longas distâncias e atravessam trechos com características geológicas, geotécnicas e geomorfológicas bem distintas. Diante disto, há uma carência em metodologia científica de análise de risco geológicos-geotécnicos para este tipo de infraestrutura. Neste sentido, o trabalho apresenta a proposição de uma metodologia para diagnóstico e quantificação do risco associado a problemas geológico-geotécnicos no âmbito de uma ferrovia, tendo como estudo de caso a Estrada de Ferro Carajás (EFC). A metodologia proporciona a identificação de parâmetros utilizados na estimativa de riscos geológico-geotécnicos de ferrovias, por meio de índices críticos, parâmetros de suscetibilidade e parâmetros de vulnerabilidade, com base numa abordagem analítica simples, consistente e prática, subsidiada por ferramentas estatísticas baseadas em análises multivariadas e que permitiram determinar um plano de setorização geológico-geotécnica da via. Como efeito, a hierarquia dos riscos geotécnicos discriminada ao longo de toda a extensão da via, permite uma efetiva antecipação das ações mitigadoras e de minimização de eventos que acarretem efeitos de paralisação das atividades de tráfego, o que consiste a síntese de qualquer programa de gestão de empreendimentos desta natureza. Com intuito inovador, o trabalho desenvolveu a estruturação da metodologia em termos de um programa computacional, denominado GEOVIA. Trata-se de um software específico para rápida aplicação dos princípios, correlações e cálculos inseridos no contexto da metodologia proposta neste estudo. De fácil interação com o usuário, o GEOVIA garante uma elevada praticidade e imediata aplicação da metodologia proposta a obras reais e às inspeções técnicas de campo, proporcionando o contínuo monitoramento de integridade da via a partir de um banco de dados variável.
Algoritmo para agrupamento de descontinuidades em famílias baseado no Método Fuzzy K-Means.
(2015) Klen, André Monteiro; Lana, Milene Sabino
O agrupamento de descontinuidades em famílias nem sempre é uma tarefa trivial, particularmente quando se utiliza apenas o diagrama de frequência de polos, método clássico. Este, em alguns casos, apresenta caráter subjetivo, uma vez que o tamanho da área da célula de contagem, a sobreposição entre os agrupamentos e a presença de outliers dificultam a definição visual das famílias. Nestes casos, é útil a aplicação de métodos numéricos em conjunto com o método clássico. Para isso, este trabalho propõe um algoritmo baseado no método Fuzzy K-means que permite agrupar as descontinuidades em famílias sem a influência das fontes de erro do método clássico. Além disso, o trabalho traz, como principais contribuições, um novo método de inicialização do Fuzzy K-means, fundamentado na distribuição de probabilidades de Fisher para dados esféricos, que torna o algoritmo insensível a escolha dos centros iniciais, adaptação de quatro medidas de validação do Espaço Euclidiano para o Espaço Esférico a fim de auxiliar na definição do número de famílias e critérios para identificação de outliers e da região de sobreposição. Os resultados do algoritmo se mostraram satisfatórios quando comparados ao método clássico e aos principais métodos numéricos, utilizando, como referência, cinco conjuntos de fraturas estudados na literatura e aplicados por diversos autores para validação das técnicas numéricas de agrupamento de descontinuidades.
Cartografia geoambiental e cartografia geotécnica progressiva em diferentes escalas : aplicação na bacia hidrográfica do Ribeirão do Carmo, municípios de Ouro Preto e Mariana, Minas Gerais.
(2015) Souza, Leonardo Andrade de; Sobreira, Frederico Garcia; Parizzi, Maria Giovana; Marques, Eduardo Antônio Gomes; Collares, Eduardo Goulart; Tominaga, Lídia Keiko
A região objeto deste trabalho corresponde à bacia hidrográfica do Ribeirão do Carmo, onde se inserem as áreas urbanas dos municípios de Ouro Preto e Mariana. Esta bacia hidrográfica possui diversos problemas de ordem ambiental, tais como a existência de diversos setores nas áreas urbanas sob risco geológico-geotécnico, processos geodinâmicos ativos nas áreas urbanas e rurais com geração contínua de sedimentos, a suscetibilidade natural à ocorrência de processos geodinâmicos, a supressão da cobertura vegetal e exposição dos terrenos, o uso inadequado do solo frente a suas aptidões, o desperdício e sub-aproveitamento dos recursos hídricos, bem como sua contaminação e poluição e a deficiência de áreas adequadas para expansão urbana, entre outros. O objetivo geral deste trabalho foi a elaboração de um diagnóstico dos diversos fenômenos geoambientais da região compreendida pela bacia do Ribeirão do Carmo, com uma abordagem temporal e espacial atualizada, de forma a permitir, a partir da lógica do mapeamento progressivo, a proposição metodológica de uma cartografia geoambiental e geotécnica da área da bacia, considerando a identificação da suscetibilidade a processos geológicos e hidrológicos, a determinação da aptidão a urbanização e do risco geológico nas escalas adequadas, além da avaliação dos impactos locais causando contaminação nos corpos de água. A cartografia geoambiental foi adotada para as escalas 1:25.000 e 1:50.000, com o propósito de se avaliar as características gerais dos terrenos, os conflitos de usos e os impactos existentes, buscando-se definir a capacidade das unidades de território para acolher os diversos usos. A cartografia geotécnica foi adotada para três níveis hierárquicos de detalhamento progressivo (escalas 1:25.000, 1:10.000 e 1:2.000), embora as bases e procedimentos para elaboração destas cartas sejam bem distintos. Em escala 1:25.000 foi feita a síntese das suscetibilidades aos processos naturais ou induzidos (Carta de Suscetibilidades a Movimentos de Massa e/ou Eventos Destrutivos de Natureza Hidrológica), com orientações gerais para o uso e ocupação. Na escala 1:10.000 o produto final foi uma carta geotécnica de aptidão à urbanização de área de expansão urbana de Ouro Preto, com orientações detalhadas quanto às formas de ocupação. Na escala 1:2.000, foi aplicada uma metodologia modificada do Ministério das Cidades em parte da área urbana do município de Mariana, buscando a mitigação ou erradicação das situações de perigo e risco em curto prazo, associada a intervenções de engenharia, estruturais e não estruturais, subsidiando instrumentos de planejamento e gestão de risco.
Comportamento geotécnico e metodologia via web para previsão e controle.
(2015) Porto, Thiago Bomjardim; Gomes, Romero César
Apesar do largo emprego da técnica de ancoragens reinjetáveis e protendidas em obras geotécnicas no Brasil, pouca pesquisa nacional foi realizada sobre a resistência ao cisalhamento de interface solo-tirante e sobre a importância deste parâmetro no desempenho desta técnica na estabilidade de cortinas atirantadas e contenções especiais em geral. Além disso, em função da escassa bibliografia brasileira sobre o mecanismo de transferência de carga solo-bulbo, percebe-se que as obras de contenções especiais no Brasil são dimensionadas muitas vezes por metodologias que não se adequam satisfatoriamente com a realidade do solo nacional, ocasionando projetos que não cumprem o paradigma básico da engenharia que é: “possibilitar a execução de obras econômicas e seguras”. Neste sentido, busca-se, com esta tese, propor uma metodologia semiempírica simplificada via web para previsão de análise comportamental de ancoragens em obras geotécnicas, tanto em termos de controle tecnológico de obras de contenção, como estimativa de capacidade de carga geotécnica de ancoragens. Os dados técnicos necessários para o desenvolvimento deste trabalho foram obtidos a partir de ensaios de recebimento, qualificação e básico executados nos estados de São Paulo e Minas Gerais em conformidade com a NBR 5629. Pretende-se, portanto, neste trabalho, iniciar uma discussão sobre as diversas metodologias existentes para avaliar a capacidade de carga geotécnica de tirantes, bem como sua aplicação prática no dia a dia do engenheiro, através de um aplicativo web, garantindo, assim, um melhor controle de qualidade das ancoragens no Brasil. Embora a metodologia semiempírica simplificada apresentada nesta pesquisa tenha sido feita com base em um número restrito de ensaios, entende-se que a mesma pode ser generalizada e aprimorada ao longo do tempo com a inserção de novos ensaios e sistemática de análises diferentes.
Metodologia para estabilização química do agregado siderúrgico para aplicação como lastro ferroviário.
(2016) Fernandes, Daniel Pinto; Fernandes, Gilberto; Fernandes, Gilberto; Pereira, Carlos Alberto; Corteletti, Rosyelle Cristina; Almeida, Maria das Graças Gardoni de; Silva, Luiz Francisco Muniz da
Nas últimas décadas, o interesse pela aplicação dos resíduos industriais em outras áreas têm crescido amplamente. A este fato, pode ser atribuído tanto questões econômicas quanto ambientais. Nesta perspectiva, os agregados siderúrgicos antes chamados escória de aciaria se apresentam como um co-produto com grande geração nas usinas siderúrgicas integradas. Para cada tonelada de aço produzido, são gerados cerca 170 kg de agregado siderúrgico no processo Linz Donawitz. De forma geral, os agregados siderúrgicos recém produzidos apresentam uma expansibilidade volumétrica que conduzem o material à fragmentação e posterior produção de finos. Em razão dessa expansibilidade, o emprego desse material, deve ser feito a partir de processos de estabilização dos óxidos instáveis. O presente trabalho de pesquisa têm por objetivo precípuo a estabilização química dos óxidos instáveis por meio da fusão do agregado siderúrgico na fase líquida com refratário de coqueria cominuído. Após tratamento, o co-produto estabilizado foi britado na faixa específica para lastro e caracterizado nas áreas física, mecânica, química, ambiental, elétrica e de campo para aplicação em vias férreas sinalizadas. Em sequência às caracterizações, foi dimensionado, tanto empiricamente, como mecanisticamente, o pavimento ferroviário de um trecho da Estrada de Ferro Carajás com os dados de lastro composto por brita e pelo agregado siderúrgico estabilizado, a fim de se comparar e verificar que o co-produto formado pela fusão é mais competente que o usualmente aplicado. Para alcançar este propósito, a metodologia definida para estabilização do material passou primeiramente pela caracterização química do refratário de coqueria, para determinação da fração mais eficaz no processo, depois pela fusão da escória recém produzida com a fração escolhida, resfriamento em baia e consequente solidificação, para enfim britagem e transporte para as caracterizações no Laboratório de Ferrovias e Asfalto da Universidade Federal de Ouro Preto. Os resultados obtidos pela metodologia de estabilização nas caracterizações para lastro padrão foram em conformidade com os limites estabelecidos por norma. Em relação à comparação entre as tensões no pavimento ferroviário, o agregado siderúrgico alcançou melhor performance do que a brita usualmente empregada. A avaliação em termos do custo do agregado estabilizado frente ao natural (brita) se mostrou favorável ao primeiro material.
Abordagens estatísticas aplicadas ao mapeamento de susceptibilidade a movimentos de massa : análise de diferentes técnicas no contexto do Quadrilátero Ferrífero.
(2016) Barella, Cesar Falcão; Sobreira, Frederico Garcia; Lena, Jorge Carvalho de; Fernandes, Nelson Ferreira; Mourão, Ana Clara Moura; Rodrigues, Paulo César Horta
Com o objetivo de edificar uma argumentação capaz de embasar o adequado estabelecimento de diretrizes e procedimentos cartográficos voltados à elaboração e apresentação de mapas de susceptibilidade, foram selecionadas duas áreas piloto na região do Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, denominadas Belo Vale e Antônio Pereira, onde aplicaram-se conceitos e metodologias estatísticas de mapeamento de movimentos gravitacionais de massa, dando ênfase à adoção da escala 1:25.000. A partir da construção de inventários de cicatrizes e do mapeamento dos fatores condicionantes inerentes às regiões de estudo, foram testadas, validadas e confrontadas diferentes abordagens, cada qual com uma função especifica dentro da análise de susceptibilidade. Com o propósito de comparar diferentes métodos estatísticos (Análise da Densidade de Escorregamentos, Likelihood Ratio, Valor Informativo, Probabilidade Bayesiana, Pesos de Evidência, Análise Discriminante e Regressão Logística) e diferentes representações cartográficas dos escorregamentos cadastrados (ponto e polígono), a primeira região de investigação evidenciou bons resultados em todos os enfoques empregados, com áreas abaixo da Curva de Sucesso e de Predição acima de 0,800 em grande parte das análises efetuadas. Merece destaque nessa fase a técnica do Valor Informativo e a soma do Contraste dos Pesos de Evidência, ambos aplicados, respectivamente, a um inventário poligonal e pontual. No que diz respeito à concordância espacial produzida entre os modelos, foi constatada, através da determinação do Coeficiente Kappa, que, independentemente das taxas de validação encontradas, a distribuição das classes de susceptibilidade são discordantes ao longo do território mapeado. Entretanto, essa discordância nunca atinge patamares de baixa compatibilidade. A segunda região de análise teve a finalidade de explorar o efeito da discriminação dos movimentos inventariados (movimentos translacionais em rocha e em solo) e da fragmentação aleatória do inventário nos grupos de treino e de teste (holdout, holdout repetido e validação cruzada). Os resultados alcançados nessa fase demonstraram a elevada sensibilidade da técnica do Valor Informativo às variações produzidas, deixando claro que para a elaboração de bons modelos é necessária uma pequena defasagem entre as taxas de validação, avaliadas aqui através das Curvas de Sucesso e Curvas de Predição. A análise crítica dos procedimentos aplicados corroborou a adequabilidade dos enfoques estatísticos ao mapeamento de susceptibilidade a movimentos gravitacionais de massa na escala 1:25.000. Palavras-Chave: Desastres Naturais, Susceptibilidade, Métodos Estatísticos, Ordenamento Territorial, Movimentos Gravitacionais de Massa.
Desaguamento e adensamento de rejeito de mineração utilizando processos eletrocinéticos.
(2016) Ferreira, Lucas Deleon; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Luz, José Aurélio Medeiros da; Rodrigues, Otávia Martins Silva; Almeida, Maria das Graças Gardoni de; Barbosa, Maria Cláudia
O processo de disposição de rejeitos de mineração está frequentemente associado à construção de grandes estruturas de contenção seja pelo elevado volume desses resíduos gerados nas plantas industriais de beneficiamento ou pelas dificuldades na concessão de novas áreas de disposição. É evidente que, nos últimos anos, essas estruturas de contenção foram maximizadas a dimensões surpreendentes, desencadeando um aumento considerável dos riscos associados a elas. Neste contexto, novas técnicas de gerenciamento integrando as diversas áreas da mineração envolvidas na exploração, beneficiamento e disposição de resíduos devem ser desenvolvidas visando a diminuição do volume de resíduos produzidos e também a otimização dos processos de disposição desses materiais. Dentre as novas metodologias, encontra-se a proposta de aceleração do processo de desaguamento/adensamento de rejeitos considerados finos, através das técnicas de eletrocinética. Os primeiros trabalhos envolvendo o desaguamento de resíduos da mineração através de técnicas de eletrocinética foram desenvolvidos nas décadas de 1970 e 1980 pela United States Bureau of Mines (USBM) nos Estados Unidos e pela organização de pesquisa CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization) na Austrália. Desde então a técnica tem despertado interesse e trabalhos recentemente foram realizados tais como Fourie (2006), Fourie et al (2007a, 2007b) Fourie e Jones (2009), Hall et al (2008) dentre outros. Nesse contexto, foram realizados ensaios de desaguamento/adensamento eletrocinético em um rejeito fino de bauxita, as amostras que inicialmente apresentaram percentuais de sólidos entre 20 e 30% de sólidos alcançaram valores finais compreendidos entre 43 e 66% nas diferentes versões dos experimentos. Os resultados aqui apresentados foram alcançados através de experimentos realizados em duas células eletrocinéticas: uma apresentada por Ferreira (2011) e outra desenvolvida durante a execução da presente pesquisa. A taxa de consumo de energia estimado por tonelada de rejeito drenado foi de 0,05 a 0,32 kWh/tonelada drenada, nos ensaios realizados na célula eletrocinética 2. Dessa forma, os resultados obtidos apresentam a associação de processos eletrocinéticos no desaguamento de rejeitos como uma técnica merecedora de maiores investigações.
Aplicação do sistema de avaliação de perigo “Rockfall Hazard Rating System” (RHRS) aos taludes da BR-356/rodovia dos Inconfidentes, MG.
(2016) Silva, Leonardo Carvalho da; Lana, Milene Sabino; Alameda Hernández, Pedro Manuel; Gomes, Guilherme José Cunha; Lana, Milene Sabino
Taludes rochosos são superfícies potencialmente instáveis e diante deste perigo, é necessário se conhecer locais onde rupturas em potencial possam causar danos aos usuários de rodovias e sua infraestrutura. Esse fator, somado a dificuldade de investigações e analises de centenas de quilômetros de rodovias, fez com que países desenvolvidos trabalhassem em sistemas de classificação de taludes que pudessem ser obtidos através de investigações de campo e cálculos simplificados. Essas classificações buscam identificar e classificar locais de perigo, que demandem intervenções urgentes ou estudos detalhados futuros, possibilitando às agências ou departamentos de estradas uma ação direcionada às intervenções nestes locais. Esta pesquisa tem por objetivo a aplicação do sistema de avaliação de perigo em taludes rochosos “Rockfall Hazard Rating System” (RHRS) ao longo da BR-356 / Rodovia dos Inconfidentes, nos trechos entre os municípios de Ouro Preto, MG e Itabirito, MG. Ao todo, oito taludes foram analisados e cada um deles recebeu uma determinada pontuação quanto aos aspectos geométricos do segmento rodoviário e características geológico-geotécnicas do maciço. Essa pontuação, chamada de fator de queda de blocos (FQB), corresponde ao somatório de oito parâmetros analisados, que são eles: altura do talude, efetividade da área de captação, risco médio ao veículo, distância de visibilidade, largura da pista, características geológicas, tamanho do bloco e condições climáticas. Com a aplicação do sistema, foi possível adequá-lo a realidade dos taludes encontrados nas rodovias mineiras, bem como propor medidas prioritárias mitigadoras de situações críticas em cada trecho, além de um plano de atuação prioritária com base nos valores obtidos pelo sistema de avaliação de taludes.
Comportamento de misturas ternárias constituídas de cimento Portland, ardósia e escória de alto forno finamente moídas e sem o uso de aditivos dispersantes.
(2017) Oliveira, Evandro Carrusca de; Gomes, Romero César; Gomes, Abdias Magalhães; Gomes, Romero César; Gomes, Abdias Magalhães; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Silva, Sidney Nicodemos da; Carvalho Júnior, Antônio Neves
Localiza-se no estado de Minas Gerais o maior polo produtor e beneficiador nacional da rocha ardósia para uso na indústria da construção civil, sendo o município de Papagaios o responsável pelo maior volume de produção. A ardósia é uma rocha cuja principal aplicação é na construção civil como rocha de revestimento, na forma de placas para revestimento, bancadas, móveis, artesanatos, dentre outros. Este segmento produtivo é responsável por significativos impactos ambientais em toda a cadeia de extração e beneficiamento, com destaque nas lavras, onde o aproveitamento desta rocha pela indústria registram percentuais médios em torno de 10%. Aproximadamente 90% do restante ali extraído é descartado como rejeito na forma de matacões, cacos, aparas, lama e pó, não conformes com a legislação ambiental em vigor. Este trabalho apoiou-se na análise e avaliação do comportamento de uma mistura ternária composta de cimento Portland, ardósia e escória de alto forno finamente moídas, sem o uso de aditivos dispersantes, e tendo como referência a resistência à compressão normatizada pela NBR 7215/1996. Amostras com dosagens priorizando a substituição de 40% de cimento da mistura pela adição de ardósia e escória de alto forno finamente moídas, registraram índices de resistência à compressão muito próximos dos índices da amostra Padrão, que atingiu valor médio de 55,90 MPa. Destacam-se os resultados de duas amostras com índices de resistência à compressão média de 50,10 MPa e 48,11 MPa, equivalentes a 89,6% e 86,1%, respectivamente, da amostra Padrão. Concluiu-se que a fase inicial de testes de laboratório apresentou resultados positivos, confirmando a possibilidade de se empregar os resíduos finos de ardósia e escória de alto forno como adição mineral na mistura ternária em substituição parcial do cimento Portland. A pesquisa sinaliza, também, que o elevado índice de partículas finas formando aglomerados impede o completo preenchimento dos poros vazios das amostras da mistura ternária, justificando a maior porosidade e, consequentemente, a perda de resistência à compressão. Para minimizar este efeito, sugere-se novos ensaios empregando aditivos dispersantes, possibilitando o preenchimento dos poros pelas partículas finas desaglomeradas, tornando o corpo cerâmico mais compacto e, assim, mais resistente à compressão.
Reforço de solos utilizados em base e sub-base de pavimentos rodoviários com cinza com alto teor de cálcio.
(2017) Silva, Mateus Justino da; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Gouveia, Antônio Maria Claret de; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Padula, Flávio Renato de Góes; Oliveira, Marcelo Tuler de
Devido à grande quantidade de rejeitos gerados em distintas práticas das atividades humanas e suas rigorosas consequências com relação ao meio ambiente e a escassez de recursos naturais têm levado à busca por materiais alternativos sustentáveis. A utilização dos resíduos industriais corrobora para a redução do consumo de energia e da degradação ambiental, tornando a reciclagem e a reutilização destes resíduos uma alternativa atrativa. O presente trabalho avaliou o reforço de solos para infraestrutura de pavimentos com cinza de cavaco de eucalipto (CCE) e se justifica devido ao grande déficit de rodovias pavimentadas no Brasil e no Estado de Minas Gerais. A metodologia envolveu o estudo dos materiais com ensaios de caracterização geotécnica e mecânica do solo com e sem adição de CCE. As moldagens dos corpos de prova para o ensaio de compactação do solo e solo-cinza foram nas energias normal, intermediário e modificado com os teores de cinza foram adicionados ao solo 0, 5, 10, 15 e 20% no qual para cada traço/energia foram moldados 6 corpos-de-prova, sendo nesta etapa confeccionados 360 corpos de prova, sendo 90 corpos de prova com argila, 90 corpos de prova com silte e 180 corpos de prova com bica corrida. A substituição em percentual da cinza foi feita em relação massa do solo seco, com os pontos da umidade retirada da curva de compactação do solo nas energias normal, intermediária e modificada. Os resultados indicam que o incremento da CCE aumentou resistência mecânica das misturas e a substituição de 15% foi a que apresentou o maior ganho em relação a mistura de referência. A partir do estudo de estabilização infere-se que a cinza de cavaco de eucalipto pode ser usada como reforço de bases e sub-base de pavimentação.
Estudo das características de compressibilidade e adensamento de rejeitos de fosfato de baixa densidade com o uso de técnicas experimentais de laboratório e de campo.
(2017) Pereira, Eleonardo Lucas; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Sandroni, Sandro Salvador; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Villar, Lúcio Flávio de Souza; Ferreira, Lucas Deleon
O conhecimento das características associadas à compressibilidade e adensamento dos rejeitos finos de mineração configura-se como elemento indispensável nos projetos de disposição por via úmida, permitindo uma estimativa mais coerente da vida útil dos sistemas de contenção. Geralmente, os rejeitos finos são lançados de maneira praticamente aleatória, sem o devido controle das variáveis que influenciam o processo de deposição. Além disso, estes materiais apresentam características peculiares, com elevadas proporções de partículas finas (fração argila), cujo processo de adensamento não é governado pela teoria clássica de Terzaghi, tornando-se fundamental o desenvolvimento de estudos específicos, com a previsão de um modelo deposicional essencialmente consistente, associado às grandes deformações experimentadas por estes materiais durante o processo de consolidação. Neste sentido, esse estudo apresenta um programa experimental implantado para a correta avaliação deste tipo de rejeito, incluindo o desenvolvimento de equipamentos e técnicas de ensaios de laboratório e de campo, além do estabelecimento de simulações numéricas, vinculadas aos resultados obtidos nos diferentes ensaios realizados. Os estudos foram aplicados a um rejeito fino de fosfato de baixa densidade, com características particulares, oriundo do processo de beneficiamento da Mina de Bayóvar, no Peru. Os resultados alcançados, a partir da sondagem piezométrica e dos ensaios HCT e CRD, especialmente, atestaram a efetividade, a precisão e a versatilidade dos equipamentos desenvolvidos, além de configurarem-se como representativos, a partir das análises e comparações instituídas e da definição das características de compressibilidade e adensamento do rejeito de fosfato. Adicionalmente, foram estabelecidas simulações de enchimento de dois reservatórios, baseadas nas leis de compressibilidade obtidas em campo, além de modelagens numéricas com o uso do software CONDES0, a partir dos parâmetros constitutivos extraídos dos ensaios HCT realizados. As diferentes análises sistematizadas, quando comparadas, mostraram-se consistentes na previsão da capacidade de armazenamento dos reservatórios, observando a particularidade de cada ensaio e do rejeito estudado.
Caracterização de concreto asfáltico elaborado com rejeitos de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero.
(2017) Silva, Rodolfo Gonçalves Oliveira da; Fernandes, Gilberto; Fernandes, Gilberto; Pereira, Carlos Alberto; Corteletti, Rosyelle Cristina; Russo, Mário Luís Cabello; Morandini, Thiago Luiz Coelho
Este trabalho apresenta soluções técnicas para execução de revestimentos rodoviários alternativos com a utilização de rejeito de minério de ferro em sua composição. O estudo realizado também demonstra a possibilidade de redução do custo de produção de concretos asfálticos a quente, de forma a estimular a construção de rodovias pavimentadas e melhorar as condições de trafegabilidade destas vias. Apesar da ampla busca por publicações, estudos, referências ou pesquisas relacionadas à utilização do rejeito de minério de ferro em concretos asfálticos, identificaram-se poucas citações disponíveis na literatura. Tal fato aponta grande possibilidade deste trabalho compor os estudos pioneiros relacionados ao tema. A dosagem das misturas asfálticas foi baseada na metodologia Marshall e enquadrada na faixa C do DNIT. O comportamento mecânico das misturas foi avaliado por meio dos ensaios de módulo de resiliência, resistência à tração por compressão diametral, ensaio de fadiga, creep estático, creep dinâmico, estabilidade e fluência Marshall. As análises mecanísticas foram realizadas utilizando-se o programa ELSYM5. Com base nos resultados dos ensaios laboratoriais e na análise mecanística das estruturas avaliadas neste trabalho, pode-se afirmar que os rejeitos de minério de ferro apresentam potencial de utilização em revestimentos asfálticos, possibilitando uma redução do passivo ambiental gerado por este resíduo e diminuição no consumo de agregados convencionais utilizados em misturas alfálticas. Elaborou-se ainda um catálogo simplificado de pavimentos flexíveis contendo quatro tipos de revestimentos asfálticos alternativos, com o intuito de motivar a utilização do rejeito de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero na construção de pavimentos rodoviários.
Estudo das reações álcali-agregado e das propriedades mecânicas de compósitos cimentícios com cinzas de bagaço de cana–de–açúcar.
(2017) Saraiva, Sérgio Luiz Costa; Gomes, Romero César; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Gomes, Romero César; Bezerra, Augusto Cesar da Silva; Silva, Guilherme Jorge Brigolini; Aguilar, Maria Teresa Paulino de; Resende, Domingos Sávio de
Este trabalho apresenta um estudo para o uso da cinza de bagaço de cana-de-açúcar em substituição parcial do cimento Portland em compósitos cimentícios com agregados de rocha de basalto e rocha de quartzito, com o objetivo de minimizar as reações álcali–agregado. Foram utilizadas nos experimentos as taxas de substituição de 10, 20 e 30% do cimento. As cinzas utilizadas foram nas condições: (i) in natura, (ii) moída e (iii) requeimada e moída. Como parâmetro de referência os ensaios foram realizados com compósitos cimentícios com areia normalizada e as mesmas substituições. A metodologia do trabalho foi essencialmente experimental, onde foram analisados os resultados de expansibilidade da reação álcali–agregado e os resultados da resistência mecânica dos compósitos cimentícios. O método executivo seguiu as orientações e os padrões das normas brasileiras específicas para cada etapa ou ensaio da pesquisa. Apresenta–se neste, todo o procedimento de montagem dos corpos de prova, resultados de ensaios, gráficos e análise comparativa dos resultados. Foi discutida a influência da moagem e requeima da cinza bem como a influência dos percentuais de substituição para os compósitos com agregados de basalto e quartzito. Foram utilizados nos procedimentos dos traços três parâmetros de composição: (i) traço com o consumo de água fixo (ii) traço com fator água/aglomerante fixo (iii) traço com espalhamento fixo. Finalmente foi discutido o benefício das substituições e uma análise da relação do consumo de cimento com a resistência mecânica adquirida em megapascals. O presente trabalho concluiu que a utilização de cinzas de bagaço de cana-de-açúcar em substituição ao cimento Portland é viável do ponto técnico, ambiental e econômico, contribuindo com a durabilidade dos compósitos desenvolvidos.
Proposta de uma metodologia de classificação geotécnica aplicada a cavernas em litologias ferríferas.
(2018) Brandi, Iuri Viana; Lima, Hernani Mota de; Gomes, Romero César; Braga, Marco Antônio da Silva; Parizzi, Maria Giovana; Barbosa, Marcelo Roberto
Os estudos espeleológicos vêm sendo fortemente impulsionados por influência da atual legislação ambiental brasileira, seja no âmbito dos processos de licenciamento de novos projetos como nas operações correntes das atividades industriais. No caso específico da indústria mineral, as consequências econômicas são severas, uma vez que a balança comercial brasileira tem influência direta das commodities minerais e, principalmente, o minério de ferro, que corresponde a mais de oitenta por cento do volume de exportação anual de bens minerais. As questões geológico-geotécnicas, enfoque principal dessa pesquisa, compõem os principais parâmetros de análise da estabilidade estrutural das cavernas situadas em zonas de mineração. Os estudos sobre a gênese e a dinâmica evolutiva natural das cavidades subterrâneas compõem o universo de pesquisas pertinentes a geotecnia aplicada a espeleologia, considerando ainda que é necessária uma nova estratégia de abordagem no campo das geociências, exigindo levantamentos de campo específicos e de longa duração. Neste sentido, essa tese propõe uma nova metodologia para análise dos níveis de suscetibilidade a instabilidade estrutural das cavernas em litologias ferríferas situadas em áreas de mineração. A metodologia proporciona a identificação de parâmetros utilizados na estimativa de riscos geotécnicos de cavidades, favorecendo a classificação dos diversos vãos que compõem as cavernas segundo um índice geotécnico de cavernas (IGC) proposto, específico e sustentado numa abordagem analítica simples, consistente e prática, a qual passa a representar o estado de equilíbrio dos respectivos vãos das cavernas estudadas. Como resultados, a classificação dos vãos segundo o IGC permite uma efetiva antecipação da possibilidade de impactos irreversíveis sobre as cavidades protegidas por lei. Com a aplicação deste novo índice geotécnico será possível qualificar o estado de equilíbrio das cavernas em litologias ferríferas e agir com medidas que atenuem os esforços da mineração sobre estas cavidades subterrâneas naturais.
Avaliação geotécnica da influência da vegetação arbórea na estabilidade de taludes de pilhas de estéril.
(2019) Mendanha, Fabiano Oliveira; Lima, Hernani Mota de; Lima, Hernani Mota de; Ferreira, Lucas Deleon; Oliveira Filho, Waldyr Lopes de; Barbosa, Michele Cristina Rufino; Martins, Sebastião Venâncio
A inclusão da presença de árvores numa análise de estabilidade de taludes não é muito comum. Do ponto de vista geotécnico, a influência de árvores, resume-se a uma análise qualitativa. Para as análises de estabilidade, as forças decorrentes da presença arbórea não são, normalmente, consideradas. Atribui-se a essa não consideração à dificuldade de obtenção de parâmetros específicos de um sistema arbóreo num determinado talude. Este estudo avalia a influência dos parâmetros de coesão adicional imposta pelo enraizamento, do peso das árvores e da força do vento que, incidindo nas árvores é transmitida para o solo pelas raízes, numa análise de estabilidade em pilhas de estéril revegetadas. A força do vento é a variável mais complexa para ser quantificada dado às incertezas como a velocidade do vento, os coeficientes de arraste e as características locais. Em construções metálicas a força do vento é um parâmetro preponderante num dimensionamento estrutural. Este estudo propõe um modelo, baseado no cálculo estrutural de estruturas metálicas, para avaliação da influência arbórea em taludes naturais e construídos. O estudo apresenta ainda análises de sensibilidade dos parâmetros da vegetação e sua influência de acordo com o posicionamento das árvores em um talude. Os resultados quantitativos encontrados diferem de várias abordagens qualitativas observadas na literatura. O método sugerido foi aplicado numa pilha de estéril de uma mina recuperada. Os resultados encontrados de uma análise geotécnica considerando a presença de árvores em taludes são diversos em função do porte das árvores, do tipo de sistema radicular, da fertilidade ao longo do perfil do solo, da inclinação e posição das árvores no talude e da direção e da velocidade do vento. Os resultados sugerem que árvores de grande porte são indicadas para a base de uma pilha e que para o talude superior árvores de pequeno porte e arbustos são mais adequadas para garantia de estabilidade em longo prazo dos taludes.
Estudo da erodibilidade em horizontes de taludes de corte rodoviário por meio de procedimentos de laboratório e de campo.
(2020) Couto, Bruno de Oliveira Costa; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Pereira, Eleonardo Lucas; Marangon, Márcio; Carvalho, José Camapum de
A erodibilidade é comumente definida como a facilidade com a qual as partículas do solo são carreadas pela ação de um agente erosivo. Apesar de muitos estudos com enfoque agronômico e geotécnico, ainda existem lacunas no que se refere a taludes de corte rodoviários, principalmente pelas condições diferentes existentes entre o uso e a estrutura do solo. Este trabalho apresenta o estudo da erodibilidade de solos em taludes de corte localizados na região do Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais, conformados por dois horizontes de comportamento antagônico frente a erosão. Ao se estudar materiais sob as mesmas condições ambientais, pode-se minimizar a interferência de outros parâmetros, condicionando majoritariamente o efeito da erosão às propriedades intrínsecas dos solos. Com a definição dos pontos, foram coletadas amostras deformadas e indeformadas, e, posteriormente, realizados ensaios de caracterização física, química, mineralógica e da metodologia MCT em laboratório. Para avaliação da resistência do solo “in situ” foram utilizados mini vane test e penetrômetro portátil. Como metodologia de estimativa direta, é proposto um erosímetro para avaliar as perdas de solo, baseado no teste de resistência à erosão do “Council for Scientific and Industrial Research” (CSIR) da África do Sul. As frações de argila se mostram superiores nos horizontes resistentes, ao passo que a fração silte tende a ser maior nos solos suscetíveis à erosão. O ensaio de estabilidade de agregados por via úmida se mostra bastante eficiente na distinção de solos potencialmente erodíveis. Os parâmetros químicos: pH (Δ pH), CTC, matéria orgânica e os teores de óxidos majoritários aliados aos coeficientes de intemperismo demonstram que solos em maior grau de intemperismo são menos suscetíveis aos processos erosivos. Os ensaios da metodologia MCT, principalmente o método expedido das pastilhas e o critério de erodibilidade ilustram o comportamento diferenciado entre os horizontes estudados, demonstrando que as propriedades lateríticas conferem resistência à erosão. A resistência “in situ” e as perdas de massa obtidas pelo erosímetro se mostram promissoras na investigação da erodibilidade, permitindo distinguir o comportamento de solos resistentes e erodíveis. A contextualização pós ensaio se mostrou interessante, uma vez que permitiu verificar a sensibilidade dos métodos utilizados em relação ao comportamento dos solos em campo, sendo possível formular um procedimento para investigação da erodibilidade em taludes de corte, com destaque para as perdas de solo determinadas por meio do erosímetro proposto.

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