[pt] Em projetos de barragens de rejeitos de mineração, normalmente existe uma grande preocupação relacionada aos aspectos construtivos e de segurança, em função do processo de lançamento de material sobre depósitos fofos de rejeitos saturados. Os maiores desafios consistem na avaliação da resistência e da deformabilidade do material de fundação, na possibilidade de ocorrência de liquefação, e no desenvolvimento e velocidade de dissipação das poropressões. Neste contexto, a Rio Paracatu Mineração (RPM) construiu um aterro experimental instrumentado em grande escala,com material de empréstimo siltoarenoso sobre o depósito de rejeito na Mina do Ouro. Este aterro experimental foi projetado e construído com 10,0 m de altura, talude frontal de 1,5H:1,0V e um talude suave com uma berma de estabilização de 4,0 m de altura no talude oposto. A fundação do aterro foi instrumentada com piezômetros elétricos de corda vibrante, inclinômetros e placas de recalque. Além da instrumentação de campo, há uma base de dados de ensaios de laboratório realizados nas universidades de Viçosa (UFV), São Carlos (USP/SC) e PUC-Rio. Todos estes dados permitem a caracterização do material do rejeito, além da determinação de parâmetros de resistência, deformabilidade, permeabilidade e adensamento. O objetivo desta Tese é contribuir para uma melhor compreensão do comportamento de barragens de rejeitos de mineração com base nas evidências laboratoriais e na retroanálise do comportamento do aterro experimental de larga escala. Para tanto, foi realizada a simulação numérica do processo construtivo do aterro experimental, buscando-se o modelo constitutivo e os parâmetros mais adequados para a representação do comportamento de solos granulares saturados. As análises numéricas foram executadas com o programa computacional Plaxis V11, de elementos finitos. Uma vez reproduzido o comportamento do aterro experimental, procedeu-se à previsão dos recalques e deslocamentos horizontais da barragem de ouro da Rio Paracatu Mineração. Os resultados mostraram que o modelo Hardening Soil permitiu a reprodução do comportamento do aterro experimental durante as etapas construtivas. A boa seleção de parâmetros, com base em um extenso programa experimental, permitiu a previsão do comportamento da barragem principal. / [en] In projects of mining tailings dams, there is usually a big concern and constructive aspects related to security, according to the release process of material on saturated tailings deposits cute. The biggest challenges consist in evaluating the strength and deformability of the foundation material, the possibility of liquefaction and speed the development and dissipation of poropressures. In this context, the Rio Paracatu Mineração (RPM) built an instrumented experimental landfill on a large scale, with sandy silty material loan on the deposit of waste in the Gold Mine. This experimental landfill was designed and constructed with 10.0 m height, front slope of 1.5 H: 1.0 V and a gentle slope with a stabilizing berm of 4.0 m high on the slope opposite. The foundation of the embankment was instrumented with vibrating string electric piezometers, inclinometers and settlement plates. Besides the instrumentation field, there is a database of laboratory tests conducted at the Universities of Viçosa (UFV), San Carlos (USP / SC) and PUC-Rio. All these data allow the characterization of tailings material, besides the determination of parameters of resistance, deformability, permeability and density. The goal of this dissertation is to contribute to a better understanding of the behavior of mining tailings dams based on laboratory evidence and backcalculation behavior of large-scale experimental landfill. Therefore, we performed a numerical simulation of the construction process of the experimental landfill, seeking the constitutive model and parameters best suited to represent the behavior of granular soils saturated. The numerical analyzes were performed with the computer program Plaxis V11, finite elements. Once reproduced the experimental behavior of the landfill, proceeded to the prediction of settlements and horizontal displacements of the dam the Rio Paracatu gold mining. The results showed that the model Hardening Soil allowed playback behavior of the experimental landfill during the construction stages. A good selection of parameters based on an extensive experimental program allowed the prediction of the behavior of the main dam.

Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-08-23T14:16:38Z No. of bitstreams: 1 RAQUEL FREITAS REIS - DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 4141449 bytes, checksum: b57757529ff04df0429b3601ab44b379 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-23T14:16:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RAQUEL FREITAS REIS - DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2018.pdf: 4141449 bytes, checksum: b57757529ff04df0429b3601ab44b379 (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / CNPq / O monitoramento de aterros sanitários pode ser considerado um dos componentes principais do plano de gerenciamento de Resíduos Sólidos Urbanos (RSU), pois auxilia na fase de projeto, implantação, operação, controle e encerramento. Compreender o comportamento mecânico e as taxas ou cinéticas da biodegradação dos maciços de resíduos aterrados é fundamental para tomar ações preventivas ou corretivas inerentes a questões estruturais e ambientais da obra. Um dos parâmetros que melhor define o comportamento desses maciços sanitários são os recalques, que são deslocamentos verticais que ocorrem em diferentes velocidades, tempo e magnitude, decorrentes do peso próprio, cargas aplicadas e, principalmente, devido aos processos biodegradativos. Embora o monitoramento seja de suma importância, a maioria dos sistemas de medições que são utilizados em aterros sanitários são adaptados da geotecnia clássica, não levando em consideração as peculiaridades deste tipo de obra. O objetivo deste trabalho é desenvolver um sistema de medição automatizado para monitorar recalques em superfície e em profundidade de aterros sanitários. Este sistema conta com a transmissão dos dados a distância e sem fio, permitindo o melhor acesso aos dados. Vale salientar, que o desenvolvimento do sistema de medição automatizado tem como base uma metodologia de medição convencional já existente e utilizada na prática da engenharia geotécnica, o Medidor Magnético de Recalques (MMR). A implementação do sistema de medição abordado neste trabalho, abrangeu a união dos conhecimentos em geotecnia, eletrônica, informática, mecânica e telecomunicações, permitindo o desenvolvimento de um equipamento para monitoramento remoto, a partir da utilização de dispositivos eletrônicos e eletromecânicos que favoreceram a automação do sistema e a transmissão dos dados. O sistema de medição automatizado é constituído de sistema secundário, sistema principal e placa para medição de recalques, além do tubo guia e placas magnéticas, distribuídas no maciço em diferentes profundidades. Seu funcionamento consiste em realizar as medidas de maneira automatizada, em dias e horários pré-estabelecidos, detectando a posição de cada placa magnética, baseada na quantidade de passos do motor utilizado. Para a transmissão, esta posição é determinada em milímetros em função dessa quantidade de passos. Para validar e calibrar o sistema de medição automatizado foi desenvolvido um cenário de ensaio em laboratório, constituído de um suporte, para fixação do tubo guia, placas magnéticas e fita métrica. A calibração do sistema de medição automatizado consiste no comparativo com o MMR. Primeiramente é posicionada uma placa magnética em uma altura definida, e verifica-se visualmente, na fita métrica localizada no interior do tubo guia qual a posição da placa, este valor é tido como valor verdadeiro. Os valores das medidas obtidas pelos dois sistemas de medições são comparados com o valor verdadeiro e são analisados parâmetros como exatidão, precisão e erro de cada sistema de medição por meio da estatística descritiva. Posteriormente, os sistemas de medições são avaliados para observar qual apresenta maior eficiência. Para calibrar o sistema de medição automatizado, foi utilizado um modelo de regressão linear simples, obtendo o comprimento da linha (posição) em função da quantidade de voltas (número de passos). Após a transmissão da posição da placa magnética é utilizado este modelo para o tratamento dos dados. As medidas obtidas pelo sistema de medição automatizado ocorreram em tempo reduzido, apresentando exatidão e precisão, com um erro absoluto de 19,40 mm. Desta forma, constata-se que o sistema de medição desenvolvido é uma boa alternativa de medição, pois pouco demanda a presença do operador em campo, permite a realização das leituras em tempos bem definidos, gerando dados confiáveis e, consequentemente, melhores interpretações. / Landfill monitoring can be considered as one of the main components of the Municipal Solid Waste (MSW) management planning. As long as it assists the design, implementation, operation, control and closure phases of landfills. Understanding the mechanical and biodegradable behavior of landfill waste mass is fundamental to take preventive or corrective actions inherent to structural and environmental issues. Settlements are one of the best parameters that defines the behavior of these sanitary landfills. On of that parameter is the vertical displacement that occur at different velocities, time and magnitude, due to their own weight, applied loads and, mainly, due to biodegradation processes. Despite the importance of monitoring, most of the measurement systems used in landfills are adapted from classical geotechnical engineering, not taking into account the peculiarities of this scope. The objective of this work was is to develop an automated measurement system to monitor surface and in-depth settlements of landfills. This system relies on wireless and remote data transmission, allowing better access to data. The development of the automated measurement system is based on a conventional methodology used in geotechnical engineering field. The implementation of the measurement system presented in this research involves the correlation of knowledge in geotechnical engineering, electronics, computer science, mechanics and telecommunications. That confluence of knowledge allows the development of a remote monitoring equipment, using electronic and electromechanical devices that favored the automation of the system and the transmission of data. The automated measuring system consists of a secondary system, a main system and a plate for settlement measuring, besides the guide tube and magnetic plates distributed in the waste mass at different depths. Its operation consists of automated measurements, in pre-established dates and times, detecting the position of each magnetic plate based on the amount of steps performed by a stepper motor. In order to validate and calibrate the system, a laboratory prototype was developed, consisting of a support for fixing the guide tube, magnetic plates and measuring tape. Initially, the analysis of the two measurement systems consists in positioning a magnetic plate at a determined height, and verify through the measure tape located inside the guide tube which position is the plate, this position is adopted as true value. The values of the measurements obtained by the measurement systems are compared with the true value. Parameters such as accuracy, precision and error of each measuring system are analyzed by descriptive statistics. Subsequently, the measurement systems are evaluated to determine its efficiency for each system. In order to calibrate the automated measurement system, a simple linear regression model was used, obtaining the line length (position) as a function of the number of turns (number of steps). This model is used for the treatment of the data after the transmission of the magnetic plate position. The measurements obtained by the automated measurement system occurred in reduced time, presenting accuracy and precision, with an absolute error of 19.40 mm. It was verified that the developed system is a good alternative of measurement, since it does not require the presence of an operator in situ, and it allows performing the readings in pre-defined time, generating reliable data and suitable interpretations.

[pt] O surgimento da instrumentação geotécnica se deu entre os anos de 1930 e 1940 e inicialmente observa-se a utilização de instrumentos mecânicos e hidraúlicos para essa finalidade. Entretanto nos últimos anos tem se acentuado a utilização de equipamentos baseados em princípios elétricos tais como os extensômetros elétricos resistivos e os eletroníveis que podem ser acoplados a eficientes sistemas de aquisição de dados. Há portanto a necessidade de intensificação de esforços na utilização de técnicas mais precisas e abrangentes de monitoramento do comportamento real de obras geotécnicas, tendo em vista o distanciamento que hoje se constata entre o refinamento, sofisticação e versatilidade dos métodos computacionais e numéricos em relação à qualidade, e até mesmo representatividade das informações oriundas de programas observacionais na engenharia geotécnica. A finalidade deste trabalho é verificar a aplicabilidade dos eletroníveis nos programas de instrumentação geotécnica e desenvolver procedimentos específicos de montagem, calibração, instalação e interpretação. Essa técnica de instrumentação, apesar de consagrada internacionalmente é ainda de utilização restrita no nosso país. E finalmente apresenta-se o tratamento de dados realizado com as informações obtidas no programa de instrumentação das barragens de Xingó e Tianshegqiao (TSQ-1). / [en] Geotechnical instrumentation development, has begin 1930 and 1940 and initialy we can observe the use of hydhraulic and mechanic instruments to this purpose. Meanwhile in the last years it can be observed the increase of the use these equipaments based on electrical principle like resistance extensometers and electrolevels that can be coupled to efficient system data aquisition. So there is need of the use of techique more precise and comprehensive for monitoring actual behaviour of geotechincal work so the big distance that there is between refinement, sofistication and versatility of computacional and numeric methods in relationship quality and representative information from observation programs in the geotechincal engineering, can be shortened. The main purpose of this research is to verify the aplication of electrolvel gauges in geothecnical instrumentation program and to develop specific procedure of assembly, calibration, installation and interpretation. This instrumentation technique in spite of being internationally established is still of restricted use in our country. Results obtained in two large concrete face rockfill dams (Xingo and TSQ-1) are presented. / [es] El surgimento de la instrumentación geotécnica se dió entre los años 1930 y 1940 e inicialmente se observa la utilización de instrumentos mecánicos y hidraúlicos con tal finalidad. En los últimos años se ha acentuado la utilización de equipos basados en principios eléctricos tales como los extensómetros eléctricos resistivos y los electroníveles que pueden ser acoplados a eficientes sistemas de adquisición de datos. Ha por tanto necesidad de intensificar esfuerzos en la utilización de técnicas más precisas y abarcadoras para el monitoramiento del comportamiento real de obras geotécnicas; llevando en cuenta el distanciamiento que hoy se constata entre el refinamiento, sofistificación y versatilidad de los métodos computacionales y numéricos en relación a la calidad, e incluso representatividad de las informaciones oriundas de programas observacionales en la ingeniería geotécnica. La finalidad de este trabajo es verificar la aplicabilidad de los electroníveles en los programas de instrumentación geotécnica y desarrollar procedimientos específicos de montaje, calibración, instalación e interpretación. Esta técnica de instrumentación, a pesar de consagrada internacionalmente, tienen uso restringido en nuestro país. Finalmente se presenta el tratamiento de datos realizado con las informaciones obtenidas en el programa de instrumentación de las Barragens de Xingó y Tianshegqiao (TSQ-1).

Considerando os conceitos de predição, ocorrência e monitoramento de movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas, enfatiza-se que a tese está voltada para o aspecto do monitoramento fundamentalmente. Estabelece-se uma metodologia técnica para a análise e interpretação de dados históricos gerados pelas medidas de instrumentação geotécnica, fundamentada em critérios geomecânicos e da estatística clássica. Analisam-se diferentes variáveis que participam ou definem o mecanismo: movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas. Como resultado de toda esta análise determinam-se correlações entre as variáveis pesquisadas e a partir dai se estabelecem modelos funcionais entre elas, que definem o comportamento do movimento do maciço na construção da escavação subterrânea. A metodologia proposta é validada usando trabalhos realizados em três túneis de características diferentes. Os resultados desta tese de doutorado são extrapolados para sua aplicação à mineração subterrânea, como também a outros ramos da indústria extrativa, considerando que estes resultados foram obtidos a partir da construção de túneis urbanos de grande porte. / This thesis studies prediction, occurrence and monitoring of movements in rock and soil masses in underground excavations, it is emphasized that the study bases fundamentally on monitoring. A technical methodology is proposed for analysis and interpretation of time series from geotechnical instrumentation measurements, based on geomechanical criteria and classic statistics. The most important variables that define the mechanism are analyzed: movements in underground excavations in rock and soil masses. The results of the analysis are correlations between variables and functional models of variables that characterize rock or soil mass movement in underground excavations construction. The proposed methodology is validated with data from three tunnels with different characteristics. The results of this study are applied to underground mining and to other areas of the extractive industry, since these results came from construction of large urbane tunnels.

Considerando os conceitos de predição, ocorrência e monitoramento de movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas, enfatiza-se que a tese está voltada para o aspecto do monitoramento fundamentalmente. Estabelece-se uma metodologia técnica para a análise e interpretação de dados históricos gerados pelas medidas de instrumentação geotécnica, fundamentada em critérios geomecânicos e da estatística clássica. Analisam-se diferentes variáveis que participam ou definem o mecanismo: movimento de maciços rochosos e terrosos submetidos a escavações subterrâneas. Como resultado de toda esta análise determinam-se correlações entre as variáveis pesquisadas e a partir dai se estabelecem modelos funcionais entre elas, que definem o comportamento do movimento do maciço na construção da escavação subterrânea. A metodologia proposta é validada usando trabalhos realizados em três túneis de características diferentes. Os resultados desta tese de doutorado são extrapolados para sua aplicação à mineração subterrânea, como também a outros ramos da indústria extrativa, considerando que estes resultados foram obtidos a partir da construção de túneis urbanos de grande porte. / This thesis studies prediction, occurrence and monitoring of movements in rock and soil masses in underground excavations, it is emphasized that the study bases fundamentally on monitoring. A technical methodology is proposed for analysis and interpretation of time series from geotechnical instrumentation measurements, based on geomechanical criteria and classic statistics. The most important variables that define the mechanism are analyzed: movements in underground excavations in rock and soil masses. The results of the analysis are correlations between variables and functional models of variables that characterize rock or soil mass movement in underground excavations construction. The proposed methodology is validated with data from three tunnels with different characteristics. The results of this study are applied to underground mining and to other areas of the extractive industry, since these results came from construction of large urbane tunnels.

[pt] um depósito de solos muito moles da Barra da Tijuca (Baixada de Jacarepaguá), que pertence a uma planície costeira do Rio de Janeiro (RJ). O perfil de solos muito moles de fundação possuía até 17 m de espessura, caracterizados pelo Nspt igual a 0. O aterro foi construído em etapas e os recalques foram acelerados com a instalação de drenos verticais pré-fabricados na fundação. A construção do aterro durou cerca de 1,5 ano e foi monitorada por meio de instrumentação geotécnica. Campanhas de ensaios de campo e laboratório foram realizadas para determinação das características geotécnicas dos solos. Dez amostras foram coletadas em dois furos verticais de duas localidades virgens do depósito. Para evitar o amolgamento, cada etapa do processo de amostragem, desde a coleta até a moldagem dos corpos de prova, foi conduzida tomando-se cuidados especiais. Os corpos de prova foram moldados nas condições indeformada (horizontal e vertical) e completamente amolgada. Os procedimentos de moldagem dos corpos de prova foram associados à excelente qualidade da maioria dos corpos de prova moldados e por isso foram descritos detalhadamente. Todas as conclusões do trabalho levaram em consideração apenas os resultados dos ensaios realizados com corpos de prova considerados de excelente qualidade. Os ensaios de campo foram realizados em furos adjacentes aos furos onde foram coletadas as amostras indeformadas e na mesma região em que foram instalados grupos de instrumentos geotécnicos. A análise dos resultados dos ensaios de campo e laboratório e dos registros da instrumentação revela a existência de dois horizontes de solos muito moles que exibem características distintas e são separados por uma lente de areia contínua. O solo do horizonte superior (até 5 m de profundidade), que provavelmente foi formado após um período geológico de descarregamento do horizonte inferior, é caracterizado pelas condições de baixas tensões efetivas. O solo do horizonte inferior também está sob baixas tensões efetivas, contudo com uma tensão de préadensamento caracterizada pela diferença sp - sv0 25 kPa (constante com a profundidade), a qual pode ser associada ao mecanismo de carregamento e descarregamento mecânico. Uma correlação entre OCR (obtidas em ensaios de adensamento) e a razão Su/s’v0 (obtidas de ensaios de palheta e CPTu) foi atualizada para os solos do depósito. A alta compressibilidade dos solos foi confirmada pelos dados da instrumentação do aterro que mostraram recalques superficiais da ordem de 50 por cento da espessura do aterro (4,5 m). Os valores de Ca/Cc para os solos do depósito foram superiores aos valores característicos da maioria dos solos que se tem registro. Relações práticas para descrever a permeabilidade dos solos foram atualizadas. Os coeficientes de adensamento dos solos foram determinados por diversas formas e os resultados dos mesmos, apesar de apresentarem grande variabilidade (até dez vezes), não mostraram tendência quando os valores de campo (ensaios e dados de instrumentação) e laboratório foram comparados. O amolgamento dos corpos de prova afetou as características de permeabilidade e compressibilidade (primária e secundária) dos solos de ambos horizontes, mas os efeitos do mesmo foram mais severos nos solos do horizonte inferior. Uma previsão numérica, na qual se adotou um modelo para solo mole com fluência e foram considerados os parâmetros de laboratório, superestimaram levemente os recalques do aterro com o tempo. / [en] This work presents a settlement analysis of an embankment built on a very soft soil deposit in Barra da Tijuca (Baixada de Jacarepaguá), which is located in Rio de Janeiro’s coast. The geotechnical profile shows a very soft soil with thickness reaching 17 m, with Nspt equal 0. The embankment was built in stages and its settlements were accelerated with prefabricated drains. The construction lasted about 1,5 year and was monitored by means geotechnical instrumentation. Field and laboratory test programs were carried out to define the geotechnical characteristics of the soil. Ten samples were collected from two vertical boreholes before any loading was applied to the soil. To avoid disturbance, each stage of sample process, from sampling to specimen preparation, was conducted with special procedures. Tests have been carried out both in undisturbed (vertical and horizontal directions) and completely disturbed conditions. The specimen preparation procedures are described in detail. Conclusions considered only the results of tests conducted on specimens with excellent quality. The in-situ tests were performed in vertical boreholes next to boreholes where the undisturbed samples were collected and in the same location in which geotechnical instruments group were installed. The analysis of the field and laboratory tests and instrumentation data revealed the existence of two very soft soil layers exhibiting distinct characteristics which are separated by a continuous sand lens. The upper soil layer (from surface down to about 5 m depth), that was probably formed after an unloading geological period of the underlying layer, is characterized by low effective in situ stresses. The underlying soil is also under low in-situ effective stresses, but with a preconsolidation pressure characterized by the difference s’p - s’v0 25 kPa (constant with depth). A correlation between OCR (from consolidation tests) and Su/sv0 ratio (from vane and CPTU tests) for similar soils has been updated. The high compressibility of soils was confirmed by the embankment instrumentation data. Ca/Cc values, higher than usual for most known soils, were found. Practical relationships have been updated to describe the permeability of the deposit. Soil consolidation coefficients were estimated in different ways and values, even though have showed large difference (up to ten times), did not showed tendency when laboratory or field (tests and instrumentation data) values were compared. Disturbance affected the permeability and compressibility (primary and secondary) characteristic of the soils of both layers, but its effects were more severe in the underlying layer. A numerical prediction, in which a creep-soft-soil model was used and parameters obtained from the laboratory tests were considered, lightly overestimated the embankment settlements with time.

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