ISEP - DM – Engenharia Geotécnica e Geoambiente
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- UB2D-CALCBLAST: Desenvolvimento de um aplicativo para o dimensionamento e a otimização de diagramas de fogo em escavações subterrâneasPublication . SOUSA, NÉLSON FERNANDO SANTOS FERNANDES DE; Ramos, Luís Carlos Correia; Chaminé, Helder Gil Iglésias de OliveiraA dinâmica do dimensionamento e da otimização do diagrama de fogo em escavações subterrâneas é fundamental para garantir a eficiência operacional, a segurança e a qualidade do desmonte em maciços rochosos fraturados. Nesse tipo de ambiente, a presença de descontinuidades, como fraturas, diaclases e falhas, altera significativamente o comportamento da rocha frente à energia explosiva, exigindo um planeamento cuidadoso do posicionamento de cada furo, da carga explosiva e da sequência de detonação. O dimensionamento do diagrama de fogo envolve a definição de parâmetros geométricos, como espaçamento e distância à frente dos furos, comprimento, diâmetro, tipo e quantidade de explosivo, além do uso de temporização adequada. Em maciços fraturados, esses parâmetros devem ser ajustados para evitar sobrequebra, minimizar vibrações e controlar a movimentação da rocha. A heterogeneidade estrutural do maciço influencia a propagação das ondas de choque e a distribuição da energia, tornando essencial a caracterização geomecânica prévia, incluindo mapeamento estrutural, classificação do maciço e ensaios de resistência. A otimização do diagrama de fogo visa maximizar o rendimento do desmonte, reduzir custos e melhorar a estabilidade das escavações. A integração de dados geológicos e geotécnicos possibilita prever o comportamento do maciço e adaptar o desmonte às condições reais in situ. Em síntese, o sucesso do desmonte em maciços fraturados depende da compreensão da interação entre explosivos e o maciço rochoso, da correta leitura dos parâmetros de perfuração e de carregamento, e do uso de ferramentas de otimização que permitam ajustar o diagrama de fogo às particularidades do maciço, garantindo segurança, eficiência e qualidade na escavação subterrânea. Com o aplicativo desenvolvido neste trabalho, o dimensionamento do diagrama de fogo torna-se muito mais dinâmico, permitindo realizar múltiplos ajustes que se refletem automaticamente nos parâmetros do desmonte, bem como em indicadores importantes, como a carga e a perfuração específica.
- Correlação entre as características geomecânicas e o rendimento de perfuração em maciços rochosos: Avaliação pelo ensaio de campo com martelo de SchmidtPublication . GUERRA, JOÃO PEDRO FERNANDES; Ramos, Luís Carlos Correia; Chaminé, Helder Gil Iglésias de OliveiraA eficiência da perfuração é um dos fatores determinantes do desempenho das operações de desmonte em pedreira, influenciando diretamente a produtividade da exploração. Neste contexto, a presente dissertação tem como principal objetivo estabelecer uma correlação entre o rendimento da perfuração e a resistência à compressão uniaxial (RCU) da rocha, estimada por meio do ensaio expedito de campo com o martelo de Schmidt. Uma vez estabelecida esta correlação, torna-se possível estimar, de forma rápida e expedita, a resistência à compressão da rocha a partir do rendimento instantâneo da perfuração e, indiretamente, a sua resistência à fragmentação, avaliada pelo ensaio Los Angeles. Esta abordagem permite uma gestão mais sustentável e eficiente do georrecurso. Para o efeito, procedeu-se à monitorização direta das operações de perfuração em três bancadas, com registo detalhado de todas as fases do respetivo ciclo operacional na pedreira. Paralelamente, foi realizado o levantamento geomecânico do maciço rochoso com recurso ao martelo de Schmidt, o que permitiu obter valores estimados da resistência à compressão uniaxial. Com base nos dados recolhidos, foi construída uma base de dados composta por pares de valores de rendimento de perfuração e de resistência à compressão uniaxial, recorrendo à normalização associada ao desgaste dos bits. Esta base de dados permitiu desenvolver um ábaco de correlação entre ambas as variáveis, constituindo uma ferramenta de apoio às operações de perfuração para desmonte em maciços rochosos. Os resultados obtidos evidenciaram a existência de uma relação significativa entre o rendimento da perfuração e a resistência à compressão uniaxial, cuja expressão varia em função do grau de desgaste do bit. Complementarmente, foi desenvolvida uma plataforma interativa, denominada GeoDrillBoard, no Microsoft Power BI, destinada à visualização, análise e interpretação de dados de perfuração.
- Análise da estabilidade geomecânica da escavação subterrânea no jazigo de S. João (minas de Aljustrel)Publication . BATISTA, JOÃO PEDRO MADEIRA; Chaminé, Helder Gil Iglésias de OliveiraA presente dissertação centra-se na análise de estabilidade das escavações subterrâneas no jazigo de S. João, pertencente às Minas de Aljustrel. A caracterização e avaliação geotécnicas e geomecânicas mineiras do maciço incluíram o tratamento de dados geológico-geotécnicos provenientes de 94 sondagens direcionadas à massa mineral. Nestes dados, aplicaram-se os sistemas de classificação Q-System e a correlação com o GSI. Devido à fraca qualidade do maciço e à dificuldade em obter amostras que atendam aos requisitos mínimos para ensaios laboratoriais, os parâmetros de resistência foram estimados com recurso a correlações e a ensaios expeditos. Estes parâmetros foram posteriormente utilizados na modelação numérica. Com as propriedades geomecânicas definidas e os zonamentos geotécnicos balizados, avançou-se para a modelação numérica 2D no software RS2. O estudo da geometria das galerias demonstrou que uma secção de coroa abobadada otimiza a transferência de tensões e reduz os deslocamentos do maciço. Com base nesses resultados, dimensionou-se o sustimento para as diferentes zonas geotécnicas já definidas no jazigo. Previu-se a necessidade de uma contenção mais pesada nas zonas intersectadas por falhas. Foram testados dois métodos de exploração, o já utilizado Bench-and-fill e o Cut-and-fill, para mitigar ao máximo o estado de tensão do maciço. Por fim, simulou-se a sequência de lavra de um pilar de soleira. A análise confirmou que a estabilidade global de todo o bloco de exploração depende criticamente da extração inicial das bancadas primárias e da rigidez do material de enchimento pastefill, garantindo, assim, o confinamento e a estabilidade necessários para a posterior lavra das bancadas secundárias.
- Controlo de compactação de aterros em argila expandidaPublication . SILVA, EDUARDO BROCHADO DA; Mendonça, António Agostinho MartinsOs agregados leves de argila expandida, utilizados em aterros estruturais pelo seu reduzido peso volúmico, carecem de uma metodologia de controlo de compactação consolidada, pois os métodos clássicos (Proctor, garrafa de areia, gamadensímetro) não são aplicáveis a este material poroso e de comportamento frágil. Esta dissertação desenvolve e valida uma metodologia de controlo de qualidade da compactação de aterros com argila expandida, recorrendo ao penetrómetro dinâmico PANDA. O programa experimental incluiu ensaios em modelo reduzido, avaliando a influência da espessura de camada e do número de passagens de compactação, e ensaios em caixas-modelo de 1 m³, que validaram o critério de redução volumétrica de 10% do EXCA (2007) e caracterizaram a heterogeneidade da compactação. Estes ensaios foram complementados por uma caracterização laboratorial das amostras recolhidas antes e após cada ensaio (massa volúmica, resistência mecânica e granulometria), validando, de forma independente, parte destas conclusões. Com base nos resultados, desenvolveu-se uma correlação original entre qd e o módulo de deformabilidade E, a Fórmula de Correlação qd-E para Argila Expandida (2026), E = 17,77 · qd^0,681 (R² = 0,965), sustentando um intervalo de aceitação de qd ∈ [1,25; 2,00] MPa para o controlo de compactação de aterros com Argila Expandida em obra.
- Identificação de ciclos operacionais em exploração de pedreiras com recurso a sensores mems para otimização de carga e transportePublication . MANUEL, JOSÉ AMARAL LOURENÇO; Silva, João Paulo Meixedo dos SantosEsta dissertação aborda a otimização das operações de carga e transporte em mineração a céu aberto, em particular em pedreiras, por meio da análise de sinais obtidos com sensores microeletromecânicos (MEMS) de smartphones. Propõe-se um fluxo de processamento que integra sincronização temporal entre aceleração e estado do equipamento, limpeza e filtragem de ruído, extração de descritores no domínio do tempo e da frequência com FFT (Transformada rápida de Fourier), e regras de decisão para segmentar automaticamente ciclos e subciclos operacionais. O método identifica estados como deslocamento, paragem, carregamento e descarga, estimando métricas de desempenho como tempo médio de ciclo, número de ciclos por turno e distribuição dos estados. O estudo de caso foi realizado numa pedreira de granito em Portugal com uma escavadora hidráulica e um camião articulado, num conjunto de dados com aproximadamente 663 569 medições a cerca de 51 Hz. Os resultados demonstram a viabilidade de uma instrumentação de baixo custo, não intrusiva e replicável, capaz de aumentar a visibilidade operacional e apoiar decisões de planeamento. Discutem-se limitações práticas, incluindo a sensibilidade à fixação do dispositivo e à variabilidade de padrões de operação, e apresentam-se recomendações para calibração e validação futuras. O trabalho disponibiliza um enquadramento em Python passível de adoção em contextos industriais.
- Eficiência operacional de detonadores eletrónicos versus não elétricos no desmonte de rochaPublication . GOMES, RODRIGO RIBEIRO DA CUNHA; Fernandes, José Augusto Abreu PeixotoA exploração de recursos minerais é uma atividade fundamental para o desenvolvimento das sociedades. A presente dissertação tem como principal objetivo investigar a influência da utilização de detonadores eletrónicos, em substituição dos detonadores não elétricos convencionais, na otimização do desmonte de rocha com explosivos. A revisão da literatura aborda os conhecimentos teóricos para a compreensão do trabalho, incluindo a caracterização geológico-geotécnica de maciços rochosos, a teoria do desmonte com explosivos e a cartografia geotécnica da pedreira do Facho, objeto de um estudo prévio. A metodologia experimental baseou-se na recolha e análise de dados de campo dos desmontes. As técnicas utilizadas incluíram a técnica da amostragem linear, ensaios esclerométricos e a aplicação de softwares especializados, como o WipFrag. A análise dos dados inerentes ao plano de fogo, das curvas granulométricas obtidas com o WipFrag e das vibrações registadas com um sismógrafo permitiu comparar a qualidade dos desmontes que utilizaram detonadores não elétricos com os que recorreram a detonadores eletrónicos, identificando a influência da tecnologia eletrónica. Os resultados demonstram que a utilização de detonadores eletrónicos impacta positivamente na eficiência e qualidade do desmonte de rocha, confirmando as previsões da bibliografia.
- Análise de risco de arribas costeiras: Proposta e aplicação de metodologia em dois casos de estudoPublication . ROLO, RENATO RODRIGUES; Mendonça, António Agostinho MartinsA presente dissertação teve como foco a análise de risco de instabilidade de arribas costeiras, com o objetivo de adaptar e propor um método de avaliação de risco sob a forma de matriz, aplicado a dois casos de estudo no município de Torres Vedras. A metodologia adotada incluiu o reconhecimento e caracterização visual in situ das arribas, a execução de sondagens geológicogeotécnicas com ensaios SPT, a recolha de amostras para ensaios laboratoriais, bem como o zonamento e a parametrização geotécnica do maciço. Realizou-se ainda o levantamento geomecânico das arribas, através da técnica de amostragem linear, a elaboração de fichas de campo e à análise cinemática dos planos de rotura. Os dados obtidos permitiram aplicar as tabelas de perigosidade e vulnerabilidade, sendo os resultados posteriormente esquematizados sob a forma de matriz de risco, aplicada aos casos de estudo de Amanhã/Vigia e Formosa. Complementarmente, recorreu-se ao software RS2 da Rocscience para a análise da probabilidade de rotura. Os resultados demonstraram um grau de risco global mais elevado para a arriba da Praia Formosa, associado à sua maior vulnerabilidade e perigosidade, comparativamente com Amanhã/Vigia. Conclui-se que a matriz de risco proposta se revelou eficaz na gestão integrada de risco costeiro, constituindo uma ferramenta de apoio à decisão em áreas com elevada relevância socioeconómica e ambiental.
- Resiliência das obras portuárias e marítimas às alterações climáticas: Uma abordagem metodológica exploratóriaPublication . RODRIGUES, RAFAEL FILIPE NUNES; Chaminé, Helder Gil Iglésias de Oliveira; Lopes, Hugo GuedesA presente dissertação avalia a resiliência de estruturas portuárias e marítimas perante as alterações climáticas, com foco na degradação provocada por cloretos em elementos de betão e aço. O estudo contempla oito tipos de betão e seis tipos de aço, analisados à luz de três cenários climáticos (Representative Concentration Pathways (RCP) 2.6, 4.5 e 8.5), com base em parâmetros como o coeficiente de difusão, recobrimento nominal, concentração superficial de cloretos e perda de espessura por corrosão. Para avaliar o desempenho estrutural, foram calculados momentos de dimensionamento, esforços normais e transversos, e respetivos rácios de solicitação. As simulações incidiram sobre estruturas típicas de infraestruturas portuárias, como quebra-mares, estacaspranchas metálicas, pilares tubulares, passadiços e defensas metálicas. Os resultados revelam que materiais avançados, como o betão com inibidores de corrosão, o betão de enchimento e o betão projetado, bem como os aços inoxidáveis, mantêm níveis seguros de desempenho até 100 anos. Em contraste, materiais convencionais como o aço carbono estrutural, os aços galvanizados e os aços de alta resistência evidenciam falência estrutural prematura. A dissertação sublinha ainda a importância da seleção criteriosa de materiais, do reforço preventivo e da implementação de sistemas de monitorização para garantir a durabilidade em cenários climáticos adversos.
- Avaliação da contaminação de solos: Investigação, análise e gestãoPublication . FERNANDEZ, MIGUEL ÂNGELO DE FREITAS; Fernandes, José Augusto Abreu Peixoto; Fernandes, Maria João CerveiraA contaminação dos solos consiste num problema ambiental de elevada relevância, com implicações significativas na saúde pública, na qualidade dos ecossistemas e no uso sustentável do território. Em Portugal, já foram identificados mais de 180 locais com necessidade de intervenção, reforçando a importância dos planos de remediação de solos e das metodologias que suportam a sua avaliação e gestão. O trabalho apresentado tem como objetivo avaliar o estado de contaminação dos solos presentes num terreno localizado no Sobrado, município de Valongo. Para tal, este recorre à aplicação de um conjunto de metodologias faseadas, que passam pela recolha de informação, execução de sondagens, recolha de amostras e realização de determinações analíticas. É também realizada uma revisão do enquadramento legal existente, bem como dos principais grupos de contaminantes e possíveis danos. Através dos resultados obtidos, foi possível identificar os elementos críticos presentes no solo, avaliar a sua distribuição espacial, seu nível de perigosidade e calcular os volumes de resíduos a remover. De igual modo, foram ainda propostas estratégias de gestão para os solos e restantes resíduos, em conformidade com a legislação nacional e as orientações fornecidas pela Agência Portuguesa do Ambiente (APA). Adicionalmente, foi explorada a utilização do método de krigagem enquanto método geoestatístico alternativo, articulando-o de seguida com os polígonos de Thiessen anteriormente utilizados, de modo a aumentar o rigor da avaliação e promover uma gestão mais eficiente dos solos contaminados.
- Estudo de viabilidade da substituição parcial do ligante (cimento) por filler no enchimento por paste fill no método sublevel stopingPublication . SILVA, MARIANA BASTOS SANTOS; Spínola, Sílvia Vieira Pinto Alves da Costa; Silva, João Paulo Meixedo dos SantosEsta dissertação foca-se no estudo da viabilidade da substituição parcial de ligante (cimento) por filler no enchimento por pastefill no método ‘Sublevel Stoping’ nas minas de Aljustrel, com o objetivo de reduzir os custos operacionais, assim como o impacto ambiental associado à produção de cimento. A relevância deste estudo advém da crescente procura da indústria mineira de soluções mais sustentáveis que mitiguem os efeitos da exploração subterrânea. Para tal, foram realizadas, no Laboratório Geotécnico da ALMINA – Minas do Alentejo, S.A, vinte misturas de pasta constituídas por rejeitado de cobre, cimento Portland tipo II/A-L 42.5R, filler, água e aditivo, com o intuito de avaliar o impacto da substituição parcial de cimento por filler nas propriedades reológicas e na resistência mecânica da pasta. Deste modo, realizaram-se vários ensaios laboratoriais, nomeadamente ensaios de abaixamento (slump), espalhamento e resistência à compressão uniaxial, que permitiram assegurar o controlo de qualidade da pasta. Os resultados demonstraram que apenas as seis últimas misturas, sobretudo as de 15%, 12% e de 10% de filler, cumprem os requisitos da pasta de enchimento, apresentando valores favoráveis de resistência mecânica aos 28 dias e uma trabalhabilidade adequada.