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.

Geomecânica aplicada à estabilidade de explorações mineiras bench and fill: o caso do jazigo de Feitais, Minas de Aljustrel

Este trabalho pretende abordar a importância de um estudo geomecânico no apoio à otimização e estabilidade de explorações subterrâneas por subníveis, com criação de bancadas e posterior enchimento. O presente envolveu um estudo geológico-geotécnico em quinze galerias situadas a muro, teto e corpo da mineralização com o levantamento das características mais relevantes do maciço rochoso para aplicação das classificações geomecânicas, englobando uma amostragem de mais de 1780 descontinuidades, obtendo um modelo cartográfico subterrâneo com um panorama geral da qualidade do maciço rochoso intercetado pelas escavações nas diferentes zonas. Os dados dos levantamentos de campo levaram à criação de uma base de dados com a aplicação das classificações geomecânicas Q-System, RMR e GSI, por galeria e, em seguida, por zona, com proposta de classe de sustimento a aplicar em cada local, pelo ábaco de Barton, em conjunto com a determinação de parâmetros geomecânicos fundamentais ao refinamento do conhecimento geológico-geotécnico das unidades litológicas em estudo. Na parte final, focando a localização da massa mineralizada de Feitais é efetuada uma abordagem relativa à estabilidade das cavidades geradas pelo desmonte em bancada entre subníveis, com respetivo dimensionamento das larguras admissíveis, em condições de segurança, através da relação entre o número de estabilidade e raio hidráulico, pelo método do gráfico de estabilidade. Com esta metodologia de caracterização geológico geotécnica, é pretendido efetuar um ponto de partida à criação de um modelo geomecânico comportamental do jazigo de Feitais, Mina de Aljustrel, contando com um processo inicial de apoio ao planeamento mineiro aplicado ao método de desmonte em bancada e posterior enchimento por subníveis, atuando nos parâmetros de estabilidade e apoio à extração, favorecendo assim a segurança das operações de trabalho em conjunto com um apoio de otimização da extração.

Validação de técnicas de prospecção geoeléctrica para a detecção de água subterrânea em rochas vulcânicas na Ilha Terceira, Açores

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Gestão de Sistemas Ambientais

Hydrogeomechanics for rock engineering: coupling subsurface hydrogeomechanical assessement and hydrogeotechnical mapping on fracturated rock masses

The present work aims to achieve and further develop a hydrogeomechanical approach in Caldas da Cavaca hydromineral system rock mass (Aguiar da Beira, NW Portugal), and contribute to a better understanding of the hydrogeological conceptual site model. A collection of several data, namely geology, hydrogeology, rock and soil geotechnics, borehole hydraulics and hydrogeomechanics, was retrieved from three rock slopes (Lagoa, Amores and Cancela). To accomplish a comprehensive analysis and rock engineering conceptualisation of the site, a multi‐technical approach were used, such as, field and laboratory techniques, hydrogeotechnical mapping, hydrogeomechanical zoning and hydrogeomechanical scheme classifications and indexes. In addition, a hydrogeomechanical data analysis and assessment, such as Hydro‐Potential (HP)‐Value technique, JW Joint Water Reduction index, Hydraulic Classification (HC) System were applied on rock slopes. The hydrogeomechanical zone HGMZ 1 of Lagoa slope achieved higher hydraulic conductivities with poorer rock mass quality results, followed by the hydrogeomechanical zone HGMZ 2 of Lagoa slope, with poor to fair rock mass quality and lower hydraulic parameters. In addition, Amores slope had a fair to good rock mass quality and the lowest hydraulic conductivity. The hydrogeomechanical zone HGMZ 3 of Lagoa slope, and the hydrogeomechanical zones HGMZ 1 and HGMZ 2 of Cancela slope had a fair to poor rock mass quality but were completely dry. Geographical Information Systems (GIS) mapping technologies was used in overall hydrogeological and hydrogeomechanical data integration in order to improve the hydrogeological conceptual site model.

Contributo para a caracterização geotécnica dos gabros da faixa Beringel – Beja

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Geológica (Geotecnia)

Estações de tratamento de águas residuais: conceitos e dimensionamento

O presente relatório é o corolário do Estágio Curricular que a autora efetuou, durante o segundo semestre do ano letivo de 2014/2015 na SBS – Engenharia Civil, Hidráulica e Ambiente, Lda. Nesta empresa a autora foi integrada na equipa técnica que elaborou um Projeto de Execução para uma Estação de Tratamento de Águas Residuais que irá ser construída em Montemor-o-Novo, tendo-lhe sido atribuídas as seguintes tarefas principais: i) estudo de ferramentas de dimensionamento de ETAR; e ii) estudo dos processos de tratamento de águas residuais a instalar. O tratamento de águas residuais não é matéria que conste do atual Plano de Estudos do Mestrado em Engenharia Civil do ISEP. Este facto, associado à premente necessidade de dar resposta às expectativas da Entidade Acolhedora, obrigou a autora a um esforço de aprendizagem significativo. Nesta fase foi executada uma aprofundada pesquisa bibliográfica que permitiu à autora obter o nível de conhecimentos teóricos necessário para a plena integração na Equipa de Projeto. Já integrada na Equipa de Projeto o primeiro trabalho desenvolvido pela autora foi a análise detalhada do Caderno de Encargos e da respetiva Nota Técnica. Seguidamente a autora participou em todas as fases do Projeto tendo, por isso, colaborado na análise do Estudo Geotécnico, no dimensionamento dos órgãos da ETAR, no cálculo do perfil hidráulico, na definição de formas (plantas e cortes) dos órgãos, na elaboração da Lista de Equipamentos e do Mapa de Quantidades e, por último, na elaboração da Memória Descritiva e Justificativa do Processo de Tratamento e Equipamentos. O Caso Prático incluído no presente documento é, em larga medida, o corolário do processo de aprendizagem de que a autora beneficiou no decorrer do Estágio Curricular. Grande parte das tarefas que a autora executou ao longo da elaboração do projeto relacionaram-se com o dimensionamento dos órgãos da ETAR e com os respetivos cálculos hidráulicos. Os conhecimentos teórico-práticos desta forma adquiridos foram reunidos num conjunto de ferramentas, maioritariamente folhas de cálculo, que se verificou serem úteis nos processos de dimensionamento e de teste de soluções alternativas. É parte integrante deste relatório um capítulo no qual é feita uma detalhada apresentação dos conceitos teóricos subjacentes ao Projeto de ETAR. Este capítulo reflete o estudo que a autora teve necessidade de efetuar antes de se sentir capaz de integrar a Equipa de Projeto.

Estabilidade de fundações e taludes em maciços rochosos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Geotecnia

O ruído e o ordenamento do território – caso de estudo: o concelho de Cascais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, perfil de Ordenamento do Território e Impactes Ambientais

Contribuição para o conhecimento das características geotécnicas dos gabros de Beja, faixa entre Beringel e Beja

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Geológica

Soluções de pregagens para a estabilização de taludes: uma contribuição para o seu dimensionamento

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil - Perfil Estruturas e Geotecnia

Estabilidade de taludes de aterros não controlados de resíduos

A presente dissertação tem como objetivos avaliar a aplicabilidade dos métodos de equilíbrio limite para análises de estabilidade de taludes em solos no estudo de estabilidade de taludes em aterros de resíduos não controlados (lixeiras). A metodologia adoptada desenvolveu-se em quatro etapas: (i) numa primeira etapa são definidos os parâmetros físicos e mecânicos de resíduos para efectuar a análise de estabilidade; (ii) a segunda etapa consiste na realização de trabalhos de campo para obtenção dos parâmetros definidos na etapa precedente, tratamento e interpretação dos dados; (iii) na terceira etapa são aplicados os métodos de estabilidade de taludes e realizada uma análise de sensibilidade dos factores de segurança; (iv) na quarta e última etapa são apresentadas medidas de mitigação e controlo do risco geotécnico para as situações em que os critérios de segurança não sejam cumpridos. A metodologia foi aplicada a um aterro de resíduos não controlado localizado no ecoparque de Trajouce (Tratolixo) que à data deste estudo apresentava indícios de instabilidade na crista do talude nascente da infraestrutura. O estudo iniciou-se com uma revisão bibliográfica acerca dos LEM, utilizados universalmente para a análise de estabilidade de taludes em solos, com o objectivo de determinar qual o método que mais se adequaria para realizar a análise de estabilidade. Foi, ainda, efectuada uma recolha bibliográfica para as propriedades físico-mecânicas dos solos e resíduos sólidos urbanos. A determinação das propriedades físico-mecânicas dos resíduos foi efectuada com recurso à Mecânica dos Solos, uma vez que os solos são o material geotécnico cujas propriedades mais se assemelham às dos resíduos. A análise de estabilidade do talude nascente foi realizada com recurso a três perfis topográficos, para os quais foram realizadas análises determinísticas, probabilísticas e de sensibilidade. As duas últimas análises assumem particular importância não só devido ao desconhecimento dos materiais presentes na lixeira, como também devido à heterogeneidade e anisotropia das propriedades dos resíduos. Por fim, propõem-se algumas medidas que contribuem para um aumento da estabilidade do talude nascente da infra-estrutura.

Reforço de fundações em solos margosos

Os solos de natureza margosa apresentam, frequentemente, características geotécnicas menos favoráveis para funcionarem como terreno de fundação. Dadas as suas especificidades geotécnicas interessa o seu estudo, bem como, a avaliação da aplicabilidade e adequabilidade de diferentes métodos de reforço aos tipos de terreno em análise, que permitam ultrapassar limitações geomecânicas existentes. Na presente dissertação visa-se estudar a caracterização geológica-geotécnica de solos de natureza margosa e analisa-los como material de aterro para fundações. Pretende-se, igualmente, abordar as principais técnicas de melhoramento aplicáveis aos terrenos indicados, expondo os aspectos mais relevantes. Através de um estudo de caso, pretendeu-se analisar a temática escolhida num contexto real. Foi estudado o caso de fundações em aterros margosos que apresentaram comportamentos geotécnicos inadequados e onde foi preconizada a realização de trabalhos de reforço. A obra em estudo está localizada num empreendimento industrial perto de Coimbra e inclui duas ocorrências distintas onde foram implementadas soluções de reforço por jet grouting. As singularidades geotécnicas e estruturais de cada caso exigiram a adopção de diferentes abordagens da técnica, designadamente, soluções de jet grouting vertical e sub-horizontal. Ambos os casos foram analisados no que diz respeito às suas especificidades construtivas, comportamento geotécnico em fase de construção, soluções de reforço executadas e eficácia na mitigação dos problemas existentes.

Simulação de estruturas meandriformes por objectos e estatísticas multiponto e avaliação da porosidade – aplicação a reservatórios siliciclásticos

Neste trabalho apresenta-se uma metodologia destinada a simular a morfologia e a porosidade de canais de areia em reservatórios fluviais. Como informação de partida utilizam-se um ou vários canais de areia de treino, em estrutura vectorial, que sejam representativos do reservatório, e leis de distribuição das dimensões largura e profundidade dos canais. Para a simulação da morfologia dos canais de areia, são calculados os ângulos azimutais de todos os segmentos de recta das linhas poligonais que constituem os canais de treino, a que se segue a codificação em classes de azimute e a determinação de estatísticas multiponto destas classes. Seguidamente, faz-se a simulação estocástica dos novos canais no volume do reservatório, ou seja, são geradas novas linhas poligonais condicionadas às estatísticas multiponto, a que se associam as dimensões largura e profundidade. Este algoritmo multiponto é muito eficiente, porque é a 1D, e contorna a problemática da variável azimute ser do tipo circular. A avaliação da porosidade é feita em simultâneo na conversão do modelo vectorial da morfologia dos canais de areia para o modelo matricial da malha de blocos do reservatório. Para cada bloco reservatório é contabilizada a proporção de não canal / canal e das fácies conforme um modelo conceptual de zonamento na secção do canal. A estimativa da porosidade média de cada bloco do reservatório é obtida pela soma do produto da proporção de cada fácies pela respectiva porosidade de referência. Para ilustrar as potencialidades da metodologia proposta apresenta-se um caso de estudo com dados sintéticos. De acordo com critérios geológicos e estratigráficos, consideraram-se quatro fácies na secção do canal que são discriminadas lateralmente e em profundidade por valores de referência de porosidade. O algoritmo de simulação morfológica capturou adequadamente a morfologia das imagens de treino e gerou várias imagens equiprováveis que depois foram convertidas em porosidade.

Sistemas geotérmicos de baixa entalpia estudos de caracterização térmica

A crescente atenção revelada pelas sociedades nos últimos anos, no que respeita à sustentabilidade energética do planeta, tornou-se o principal impulsionador para o desenvolvimento de formas de exploração de energia que contribuem para a redução dos gases com efeito de estufa. A energia geotérmica de baixa entalpia (Shallow Geothermal Energy–SGE) é um dos tipos de energia verde utilizados para aquecimento e arrefecimento de edifícios. Nas últimas décadas, tem vindo a demonstrar uma elevada eficácia energética e aplicabilidade em diversos países em todo o mundo. Aos sistemas convencionais de exploração abertos e fechados, seguiram-se os sistemas com estruturas de fundações termoactivas. A Suíça e Áustria foram os países pioneiros onde se iniciou a exploração utilizando este tipo de estruturas, primeiro com recurso a lajes de fundo e depois, em 1984, através de estacas. A utilização generalizada de fundações de forma bi-funcional poderá resultar numa compensação sustentável dos seus custos de implementação. No entanto, é necessário conhecer de forma sólida o comportamento geotécnico dos solos face à imposição das diferentes acções térmicas provocadas pelos Sistemas Geotérmicos de Baixa Entalpia. A eficácia dos Ground Energy Systems (GES) está directamente associada à capacidade que os solos apresentam para fornecer ou dissipar calor. O desempenho dos GES e a sua eficiência está ainda por avaliar relativamente às condições existentes em Portugal. As propriedades térmicas dos solos são um desses aspectos, sendo da maior relevância na avaliação do seu desempenho. Nesta dissertação são abordados os diferentes mecanismos de transferência de calor nos solos bem como propriedades térmicas necessárias para a sua caracterização. Apresenta-se também um caso prático, para o qual foi realizada caracterização térmica e posterior modelação numérica de uma estrutura termoactiva, determinando-se os campos de temperaturas máximos e mínimos e os fluxos térmicos provocados pelo seu funcionamento.

Avaliação determinística da susceptibilidade a movimentos de terreno na vertente Sul de Odivelas – influência das alterações climáticas

Neste trabalho ensaiam-se abordagens à avaliação da susceptibilidade a movimentos de terreno em contexto urbano, aplicadas ao caso específico da Vertente Sul de Odivelas. Esta dissertação encontra-se no seguimento de um trabalho efectuado pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil no âmbito de um estudo geológico e geotécnico para a consolidação da encosta da Vertente Sul de Odivelas e que contribuiu para a tomada de decisão da Câmara Municipal de Odivelas quanto ao futuro plano urbanístico. A encosta, com cerca de 160 hectares, compreende os bairros de Vale do Forno, Encosta da Luz, Quinta do José Luís e Serra da Luz e a localidade Quinta das Arrombas. Estes bairros pertencem a unidades denominadas Áreas Urbanas de Génese Ilegal e apresentam características que, a diversos níveis, podem contribuir para a desestabilização da vertente e, consequentemente, constituir uma situação de perigo para pessoas e bens. Deste modo procurou-se aplicar duas metodologias determinísticas, uma absoluta (metodologia do programa SHALSTAB) e outra com componente estocástica (adaptação da metodologia do programa SINMAP), que permitissem obter resultados por diversos métodos de natureza quantitativa das áreas susceptíveis a movimentos de terreno, mais especificamente, a escorregamentos translacionais superficiais. Os modelos de base física utilizados permitem a determinação quantitativa da estabilidade das vertentes pela aplicação de métodos de equilíbrio limite, nomeadamente de talude infinito, que simulam os mecanismos físicos que controlam a ocorrência de movimentos de terreno. Para a aplicação destes modelos a informação necessária inclui: as características geotécnicas e hidrogeológicas do terreno (peso volúmico, ângulo de atrito interno e transmissividade do solo) obtidas por consulta bibliográfica e debate com especialistas; o declive, produzido a partir de um modelo digital de terreno da área de estudo; a área de contribuição específica, também produzida a partir do modelo digital de terreno e valores de precipitação diária da região em estudo. O trabalho proposto foi subdividido em três etapas onde, numa primeira fase foram produzidos alguns dados de entrada (declive e bacias de drenagem), em ambiente SIG, a partir do modelo digital de terreno da área de estudo e de seguida reunidos, com os restantes dados de entrada anteriormente referidos, no programa MS Excel. Numa segunda fase foram produzidos diversos mapas de susceptibilidade, de acordo com cada metodologia, fazendo variar valores de peso volúmico, ângulo de atrito, transmissividade e recarga efectiva. Por fim, foram efectuadas diversas comparações entre os resultados por modo a estudar a variabilidade dos dados obtidos com cada técnica de análise e a validar os mapas, uma vez que não existe inventariação de movimentos de terreno. Também é discutida a aplicabilidade dos métodos determinísticos na zona em estudo, com incidência em cada bairro, e a sua viabilidade como ferramenta para estudos de carácter urbanístico.