Classificações geomecânicas mineiras para o dimensionamento de maciços rochosos: o aplicativo MGC-RocDesign|Calc

Este trabalho tem como objetivo destacar a importância da utilização de software de geoengenharia no estudo das classificações de maciços rochosos nas engenharias de minas e geotécnica. Esta investigação pretendeu demonstrar a importância das classificações geomecânicas e índices geológico‐geomecânicos, tais como a Rock Mass Rating (RMR), Rock Tunnelling Quality Index (Q‐system), Surface Rock Classification (SRC), Rock Quality Designation (RQD), Geological Strength Index (GSI) and Hydro‐Potential Value (HP). Para esse efeito foi criada e desenvolvida uma calculadora geomecânica – MGC‐RocDesign|CALC: ‘Mining Geomechanics Classification systems for rock engineering design (version beta)’ – para de certa forma tornar mais simples, rápido e preciso o estudo das classificações geomecânicas sem que seja necessário recorrer manualmente às fastidiosas tabelas das classificações. A MGC‐RocDesign|CALC foi criada e desenvolvida no programa de folha de cálculo Microsoft Excel™ em linguagem Visual Basic for Applications© proporcionando o ambiente de carregamento de dados mais apelativos para o utilizador. Foi ainda integrada neste aplicativo a Calculadora Geotech|CalcTools que resulta da fusão das bases de dados ScanGeoData|BGD e SchmidtData|UCS criadas por Fonseca et al. (2010). Toda a informação foi integrada numa base de dados dinâmica associada a uma plataforma cartográfica em Sistemas de Informação Geográfica. Apresenta‐se como caso de estudo um dos trechos subterrâneos do maciço rochoso da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras/Tibães (Mosteiro de Tibães, Braga, NW de Portugal). Além disso, apresenta‐se uma proposta de zonamento geomecânico do maciço rochoso da antiga mina das Aveleiras/Tibães com o objetivo de apoiar o dimensionamento de maciços rochosos. Por fim, apresenta‐se uma reflexão em termos de aplicabilidade, das potencialidades e das limitações da Calculadora Geomecânica MGC‐RocDesign|CALC.

Using neural networks and support vector regression to relate marchetti dilatometer test parameters and maximum shear modulus

In the last two decades, small strain shear modulus became one of the most important geotechnical parameters to characterize soil stiffness. Finite element analysis have shown that in-situ stiffness of soils and rocks is much higher than what was previously thought and that stress-strain behaviour of these materials is non-linear in most cases with small strain levels, especially in the ground around retaining walls, foundations and tunnels, typically in the order of 10−2 to 10−4 of strain. Although the best approach to estimate shear modulus seems to be based in measuring seismic wave velocities, deriving the parameter through correlations with in-situ tests is usually considered very useful for design practice.The use of Neural Networks for modeling systems has been widespread, in particular within areas where the great amount of available data and the complexity of the systems keeps the problem very unfriendly to treat following traditional data analysis methodologies. In this work, the use of Neural Networks and Support Vector Regression is proposed to estimate small strain shear modulus for sedimentary soils from the basic or intermediate parameters derived from Marchetti Dilatometer Test. The results are discussed and compared with some of the most common available methodologies for this evaluation.

Using neural networks and support vector regression to relate marchetti dilatometer test parameters and maximum shear modulus

In the last two decades, small strain shear modulus became one of the most important geotechnical parameters to characterize soil stiffness. Finite element analysis have shown that in-situ stiffness of soils and rocks is much higher than what was previously thought and that stress-strain behaviour of these materials is non-linear in most cases with small strain levels, especially in the ground around retaining walls, foundations and tunnels, typically in the order of 10−2 to 10−4 of strain. Although the best approach to estimate shear modulus seems to be based in measuring seismic wave velocities, deriving the parameter through correlations with in-situ tests is usually considered very useful for design practice.The use of Neural Networks for modeling systems has been widespread, in particular within areas where the great amount of available data and the complexity of the systems keeps the problem very unfriendly to treat following traditional data analysis methodologies. In this work, the use of Neural Networks and Support Vector Regression is proposed to estimate small strain shear modulus for sedimentary soils from the basic or intermediate parameters derived from Marchetti Dilatometer Test. The results are discussed and compared with some of the most common available methodologies for this evaluation.

Assessment of the mechanical performance of recycled unbound materials for pavement subbase layers

The cyclic load triaxial test is a laboratory test that allows studying the mechanical behaviour of unbound granular materials used in base/subbase layers of road pavements. The resilient modulus and permanent strains are required as inputs in structural pavement design. This paper presents some results obtained for recycled materials (crushed concrete aggregate and blended crushed waste aggregate), with a view to promoting their use in pavement structures. Results relating to a reference material (limestone) are also presented, for comparison. All the test results discussed in this paper were obtained in variable cyclic radial pressure (VCP) tests. The tests performed (VCP) aim to study the influence of water content on the resilient modulus of recycled materials, as well as on the resistance to permanent deformation. Using the experimental data as a basis, further modelling work was carried out to establish the stresses developing in base/capping layers in typical Belgian road pavements. These numerical results allow to propose some simplifications of the stress paths applied in the testing procedures and to establish a new test protocol that also considers compaction during construction works. The results of this research work provide an excellent set of findings for the mechanical characterization of unbound base materials through the cyclic triaxial test, and contribute to a better understanding and correct application of recycled materials under geotechnical engineering background

Modelação numérica de túneis com consideração explícita das heterogeneidades do maciço

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Debris flow susceptibility mapping at a regional scale along the National Road N7, Argentina

A first assessment of debris flow susceptibility at a large scale was performed along the National Road N7, Argentina. Numerous catchments are prone to debris flows and likely to endanger the road-users. A 1:50,000 susceptibility map was created. The use of a DEM (grid 30 m) associated to three complementary criteria (slope, contributing area, curvature) allowed the identification of potential source areas. The debris flow spreading was estimated using a process- and GISbased model (Flow-R) based on basic probabilistic and energy calculations. The best-fit values for the coefficient of friction and the mass-to-drag ratio of the PCM model were found to be ? = 0.02 and M/D = 180 and the resulting propagation on one of the calibration site was validated using the Coulomb friction model. The results are realistic and will be useful to determine which areas need to be prioritized for detailed studies.

Structural characterization of rockfall sources in Yosemite Valley from remote sensing data and field surveys

Yosemite Valley poses significant rockfall hazard and related risk due to its glacially steepened walls and approximately 4 million visitors annually. To assess rockfall hazard, it is necessary to evaluate the geologic structure that contributes to the destabilization of rockfall sources and locate the most probable future source areas. Coupling new remote sensing techniques (Terrestrial Laser Scanning, Aerial Laser Scanning) and traditional field surveys, we investigated the regional geologic and structural setting, the orientation of the primary discontinuity sets for large areas of Yosemite Valley, and the specific discontinuity sets present at active rockfall sources. This information, combined with better understanding of the geologic processes that contribute to the progressive destabilization and triggering of granitic rock slabs, contributes to a more accurate rockfall susceptibility assessment for Yosemite Valley and elsewhere.

Experiments on substratum roughness, grainsize and volume influence on the motion and spreading of rock avalanches

The main objective of the research is to link granular physics with the modelling of rock avalanches. Laboratory experiments consist to find a convenient granular material, i.e. grainsize and physical behaviour, and testing it on simple slope geometry. When the appropriate sliding material is selected, we attempted to model the debris avalanche and the spreading on a slope with different substratum to understand the relationship between the volume and the reach angle, i.e. angle of the line joining the top of the scar and the end of the deposit. For a better understanding of the mass spreading, the deposits are scanned with a laser scanner. Datasets are compared to see how the grain size and volume influence a debris avalanche. The relationship between the roughness and grainsize of the substratum shows that the spreading of the sliding mass is increased when the roughness of the substratum starts to be equivalent or greater than the grainsize of the flowing mass. The runout distance displays a more complex relationship, because a long runout distance implies that grains are less spread. This means that if the substratum is too rough the distance diminishes, as well if it is too smooth because the effect on the apparent friction decreases. Up to now our findings do not permit to validate any previous model (Melosh, 1987; Bagnold 1956).

Monitoring and failure mechanism interpretation of an unstable slope in Southern Switzerland based on terrestrial laser scanner

We present the application of terrestrial laser scanning (TLS) for the monitoring and characterization of an active landslide area in Val Canaria (Ticino, Southern Swiss Alps). At catchment scale, the study area is affected by a large Deep Seated Gravitational Slope Deformation (DSGSD) area presenting, in the lower boundary, several retrogressive landslides active since the 1990s. Due to its frequent landslide events this area was periodically monitored by TLS since 2006. Periodic acquisitions provided new information on 3D displacements at the bottom of slope and the detection of centimetre to decimetre level scale changes (e.g. rockfall and pre-failure deformations). In October 2009, a major slope collapse occured at the bottom of the most unstable area. Based on the comparison between TLS data before and after the collapse, we carried out a detailed failure mechanism analysis and volume calculation.

Estudo geotécnico sobre a erodibilidade de solos residuais não saturados

A erodibilidade, particularizada como a susceptibilidade a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado, é uma das propriedades de comportamento dos solos de maior complexidade pelo grande número de variáveis intervenientes. Estudada por diferentes áreas do conhecimento (Agronomia, Hidráulica, Geologia de Engenharia e Engenharia Geotécnica), tem no meio geotécnico a maior lacuna na sua quantificação e entendimento dos mecanismos envolvidos. O presente trabalho apresenta um estudo sobre a erodibilidade de solos residuais tropicais e subtropicais não saturados a partir de quatro perfis representativos dos processos erosivos e solos envolvidos na Região Metropolitana de Porto Alegre. Os solos dos principais horizontes de cada um destes perfis foram caracterizados física, química e mineralogicamente. As propriedades de resistência ao cisalhamento e colapsibilidade foram avaliadas por ensaios de cisalhamento direto convencionais e com controle de sucção e por ensaios de colapsibilidade em oedômetros, respectivamente. A erodibilidade foi avaliada em laboratório, diretamente por meio de ensaios de Inderbitzen e indiretamente por diferentes critérios e parâmetros baseados em outras características físicas e propriedades dos solos. A análise conjunta do comportamento dos solos em campo frente a erosão, da avaliação direta e indireta da erodibilidade e das propriedades geomecânicas investigadas conduziram à formulação de uma proposta de abordagem geotécnica para a erodibilidade dos solos residuais tropicais e subtropicais não saturados. Nesta proposta destaca–se a avaliação direta da erodibilidade por ensaios de Inderbitzen e a indicação de solos potencialmente erodíveis baseada no teor de finos, na plasticidade, no parâmetro K da USLE, na Razão de Dispersão de Middleton, na classificação e critério de erodibilidade MCT e na variação da coesão com a saturação pelo parâmetro variação de coesão (Δc) proposto. A proposta de abordagem geotécnica para a previsão da erodibilidade dos solos visa dotar o engenheiro geotécnico de uma ferramenta destinada à avaliação do potencial erosivo dos terrenos antes de uma iniciativa de ocupação urbana ou implantação de qualquer outra obra de engenharia. Esta avaliação é o passo inicial no direcionamento de medidas preventivas e que visem minimizar o impacto da obra ao meio físico natural, no que se refere a erosão hídrica por fluxo superficial concentrado.

Contribuições ao uso de novas tecnologias da informação e comunicação no ensino de engenharia

Neste trabalho, descreve-se o processo de produção de tecnologias educacionais e de Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs), relacionando-as ao uso do ensino em Engenharia Geotécnica. Desenvolveu-se um sistema de informação baseado num modelo que integra recursos educacionais produzidos em diferentes formatos eletrônicos e um software baseado na Web para gestão destes recursos e das informações da disciplina Fundações. O software, denominado ENGEO, auxilia a estruturação do conhecimento envolvido no domínio de aplicação, fornecendo ao professor, ou equipe de gestão, ferramentas remotas de administração dos conteúdos e dos recursos educacionais. Aos alunos, a aplicação ENGEO fornece disponibilidade de informações e de conteúdo em um ambiente flexível. Este aplicativo foi desenvolvido para o curso de Engenharia Geotécnica, particularizado para Engenharia de Fundações, com o objetivo de introduzir e incentivar a utilização de sistemas baseados na Web para compartilhamento de conteúdo das disciplinas, implementar Tecnologias de Informação e Comunicação em aplicações para fins educacionais e fomentar discussões a respeito da identidade e perfil do Engenheiro e o papel da TICs no processo de formação do profissional de Engenharia.

The definition of potential infiltration areas in Guaratingueta watershed, Paraiba do Sul Basin, Southeastern Brazil: an integrated approach using physical and land-use elements

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)