Liderança de Idéia: Medição do Atributo de Coerência – Uma Nova Abordagem para Detectar Falhas Iminentes de Taludes

Rachmat Hamid Musa, Gerente Geotécnico Regional da GroundProbe – Ásia

Rahardian Dwitya, Engenheiro Geotécnico Sênior da GroundProbe

Detectar uma falha iminente é imensamente importante no monitoramento da estabilidade de taludes, especialmente na mineração a céu aberto, onde perigos potenciais podem impactar significativamente a segurança e a produção. O método atual bem aceito para detectar uma falha iminente é monitorar o comportamento do talude e fazer previsões com base na interpretação da deformação progressiva do declive. No entanto, uma nova abordagem, que usa o atributo de coerência produzido pelo radar em terra para o talude, ajuda a garantir a detecção de falha iminente, oferece suporte aos métodos de detecção existentes e fornece resultados mais precisos.

Interferometria de Radar Para o Monitoramento de Taludes

A interferometria, um método para extrair informações do “fenômeno de interferência” das ondas eletromagnéticas, há muito foi incorporada ao radar em terra para o talude. A metodologia de radar em terra para o talude combina o conceito de medição de deformação por minuto pelo método de interferometria com a natureza flexível de sua implantação em terra.

A interpretação do comportamento de deformação no radar em terra para o talude fornece informações sutis para fins de monitoramento de estabilidade de taludes. Uma extensa pesquisa sobre a rocha de parede de sites identificou que antes que ocorra uma ruptura de massa rochosa, pequenos movimentos precursores da parede de rocha aparecerão por longos períodos de tempo. Observar o comportamento de deformação que precede o evento de falha pode dar uma ideia sobre a detecção e previsão de falhas no futuro.

Amplitude, Alcance e o Valor de Coerência

A medição de coerência no radar em terra para o talude está inerentemente relacionada à amplitude e ao alcance. A amplitude significa a força de um sinal retornado de um objeto sendo observado e o alcance significa a distância entre o radar e o objeto observado.

O valor de coerência do radar em terra para o talude revela a consistência de amplitude e alcance. A escala de valor de coerência vai de um máximo de um a um mínimo de zero.

O valor de coerência igual a um significa que a superfície da área monitorada está intacta e inalterada. Qualquer perturbação será expressa pela queda no valor de coerência abaixo de 1. A coerência implica a função de correlação cruzada complexa normalizada das medições de amplitude e alcance. Se a comparação entre a amplitude e a distância da parede ou o objeto ao radar em terra para o talude em varreduras sucessivas exibir diferença, o sistema do radar produzirá um valor de coerência baixo. Uma mudança no valor de coerência dirá se a superfície do talude está mudando ou não; e pode indicar uma falha iminente.

Detecção de Falha Iminente Usando o Valor de Coerência – O Método de Deslocamento de Coerência

Para entender o papel do valor de coerência na detecção de falhas, é importante reconhecer a natureza da mudança do valor de coerência quando a parede está se aproximando de um evento de falha. Detectar falhas simplesmente observando quedas no valor de coerência de cada pixel do radar será ineficaz, pois uma queda significativa na coerência não acontece de forma progressiva. Embora os eventos de falha geralmente coincidam com uma queda no valor de coerência de, por exemplo, acima de 0,95 para abaixo de 0,2, essa deflação pode acontecer em média após apenas duas a três varreduras de radar e, em muitos casos, deixar tempo insuficiente para mitigar uma falha iminente. Em vez de atribuir um determinado parâmetro com base na deflação do valor de coerência, o método a ser transmitido se beneficiará da sensibilidade da leitura de coerência conduzida por radar de declive baseado em solo.

O método de detecção de falha iminente usando a coerência é melhor explicado pela criação de imagens de coerência onde o valor de coerência de cada pixel é representado por gradiente de cor, dependendo do parâmetro do limite definido. Por padrão, um valor de coerência alto será representado por uma cor mais clara, enquanto um valor baixo será representado por uma cor mais escura. Com base neste método, uma falha iminente pode ser visivelmente detectada pela observação desse fenômeno de mudança de coerência, conhecido como método de mudança de coerência.

Estudo de Caso 1 – Mineração de Carvão com Rocha Macia

SO estudo de caso 1 demonstra uma sequência de falhas em uma mina de carvão onde a parede do talude tem rocha macia. A deformação progressiva, exibida em um cluster de 120 pixels, estava claramente emergindo desde o início do período de varredura do radar. Este caso mostra uma gradação clara de mudança de imagem de coerência desde o início da varredura do radar. A mudança de tom da imagem de coerência de claro para escuro aconteceu de forma bastante aleatória, presumivelmente porque o mecanismo de falha pertence ao mecanismo de falha por fluência (Figuras 1 e 2).

Figura 1: Imagem de mudança de coerência do radar em terra

Figura 2: Gráfico de mudança de coerência do caso de estudo 1 de radar em terra para o talude

Para aumentar a capacidade de detectar a falha iminente utilizando o método de mudança de coerência, aplica-se um sistema de alarme com várias configurações. A análise retroativa do alarme do estudo de caso 1 mostra uma quantidade razoável de tempo de aviso nas configurações de limite de coerência. A análise posterior revelou que a configuração recomendada de alarme utiliza o valor de 0,995 como limite de coerência e, nesta configuração, mais de 25, 50 e 75% do total de pixels mostraram comportamento de deformação progressiva. Os tempos de alerta variaram de 0,8; 4,7 e 8,3 horas, e foram considerados amplos para a realização de medidas de mitigação.

Estudo de Caso 2 – Deformação Rápida

O caso de estudo 2 descreve um exemplo de falha por fluência onde a taxa de deformação é muito rápida para o radar em terra rastrear. Apesar disso, o evento de falha neste caso ainda é facilmente detectado por coerência: a imagem de coerência torna-se progressivamente mais escura com o tempo. No entanto, usar o método de deformação progressiva por si só tira uma conclusão incorreta sobre quando a falha ocorrerá. À medida que a ambigüidade acontece, o gráfico de deformação do radar em terra para o talude torna-se menos confiável, pois já perdeu o controle da deformação na parede, o que pode sugerir que a falha já ocorreu. Ao usar a análise de coerência, fica claro que o processo de deformação ainda está em desenvolvimento, mesmo após a ambigüidade. O gráfico de mudança de coerência deste caso descreve uma progressão visível de alta coerência para baixa coerência (Figura 3).

Figura 3: Gráfico de mudança de coerência do radar em terra

A análise retroativa do alarme mostra que a mudança de coerência não representou uma sequência de falha completa do início ao fim, pois o início da varredura do radar para este caso já está na metade da deformação progressiva. Usar 25% do total de pixels produz os mesmos resultados em três limites de coerência. Este resultado também sugere que a natureza do mecanismo de falha pertence ao tipo fluência, portanto, a mudança de coerência tende a demorar mais tempo antes de atingir a porcentagem total de deflação de pixel de coerência. O resultado da análise retroativa do alarme sugere que o melhor limite de coerência possível a ser aplicado é 0,990: o que gera tempos de aviso às 16, 40 e 63 horas antes da falha.

Estudo de Caso 3 – Falha de Mineração com Rocha Dura Típica

O caso de estudo 3 ocorre em uma área de mineração com um sistema típico de rocha dura, que afetará como a mudança de coerência se desenvolverá. Falhas em sistemas de rocha dura, como as encontradas em minas de ouro e diamante, são normalmente precedidas por deformação progressiva de curto prazo. Neste exemplo, a mudança da imagem de coerência de claro para escuro internamente significa uma falha por influência de uma estrutura geológica. O gráfico de mudança de coerência exemplificou uma curva de progressão da porcentagem de pixel que possuía um valor de coerência abaixo do limite conforme o tempo de varredura do radar avançava (Figura 4).

Figura 4: Gráfico de mudança de coerência do radar em terra

Este caso é um exemplo de sistema de rocha dura onde a mudança de coerência tende a progredir de maneira mais rápida do que no caso de um sistema de rocha macia. Portanto, para este caso, é introduzida uma configuração de alarme diferente, com a quantidade de pixels para o alarme disparar em 15, 25 e 50% do total de pixels, que enfrenta deformação progressiva. O resultado da análise posterior do alarme sugere que o melhor limite de coerência possível a ser aplicado é 0,999, o que resultará em tempos de aviso de 0,7; 2,5 e 2,7 horas antes da falha.

Resumo: Aplicação, Limitações e Conclusão

Mediante a aplicação do método de mudança de coerência junto com um sistema de alarme, a detecção de uma falha iminente pode ser bastante aprimorada. Como mostram os casos de estudo, as notificações de alerta variaram de 0,7 horas a mais de 12 horas, proporcionando tempo suficiente para uma série de medidas de mitigação a serem implementadas.

No entanto, este novo método para detectar falhas iminentes depende inerentemente de outros métodos convencionais, incluindo a detecção de falhas observando seu comportamento de deformação progressiva. O fator mais crítico é a compreensão da pessoa que está analisando os dados do radar, e que pode reconhecer as limitações de coerência. Apesar de suas limitações, a detecção com o método de mudança de coerência pode fornecer uma enorme ajuda aos programas de estabilidade de taludes da indústria de mineração que utilizam um radar em terra como sua ferramenta de monitoramento.

Mais Informações

Este artigo é um resumo do artigo “New approach to detect imminent slope failure by utilising coherence attribute measurement on ground-based slope radar”, de RH Musa, R Dwitya e FA Cahyo. O artigo foi apresentado no 2020 International Symposium on Slope Stability in Open Pit Mining and Civil Engineering em 12 de maio de 2020.