Projeto Final de Metodologia de Investigação Científica: Proposta de Drenagem e Risco Hidrogeológico na Mina do Luele · UAN 2026 · Engen Prof. TERÊNCIO MONTEIRO

Projeto Final de Metodologia de Investigação Científica, do curso de Engenharia de Minas na Universidade Agostinho Neto (UAN), 2026. Docente: Prof. TERÊNCIO MONTEIRO.

Documento académico completo de Metodologia de Investigação Científica em Engenharia de Minas (UAN). Aborda a proposta de implementação de um sistema baseado nos critérios de desenho hidráulico de canais (EM 1110-2-1601, Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA) aplicado à gestão da drenagem e do risco hidrogeológico na atividade mineira. Inclui o estudo de caso desenvolvido para a Mina do Luele. Ideal para estudantes e investigadores da área de engenharia de minas, geotecnia e recursos hídricos.

Tipo

Projeto Final

Cadeira

Metodologia de Investigação Científica

Curso

Engenharia de Minas

Universidade

Universidade Agostinho Neto

Ano

2026

Docente

Prof. TERÊNCIO MONTEIRO

Ficheiro

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UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETOFACULDADE DE ENGENHARIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINASTRABALHO PRÁTICO Nº7 FINAL DE METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃOCIENTIFICA DO CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS PARA A OBTENÇÃO DENOTATEMA: PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE UMSISTEMA QUE APLICA OS CRITÉRIOS DE DESENHOHIDRÁULICO DE CANAIS (EM 1110-2-1601, CORPO DEENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOS EUA) À GESTÃO DADRENAGEM E DO RISCO HIDROGEOLÓGICO NAACTIVIDADE MINEIRAESTUDO DE CASO: MINA DO LUELEAUTOR: TERÊNCIO JOSÉ MONTEIROESTUDANTE Nº 202211342LUANDA, 2026Veteraano

UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETOFACULDADE DE ENGENHARIADEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINASTRABALHO PRÁTICO Nº7 FINAL DE METODOLOGIA DE INVESTIGAÇÃOCIENTIFICA DO CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS PARA A OBTENÇÃO DENOTATEMA: PROPOSTA DE IMPLEMENTAÇÃO DE UMSISTEMA QUE APLICA OS CRITÉRIOS DE DESENHOHIDRÁULICO DE CANAIS (EM 1110-2-1601, CORPO DEENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOS EUA) À GESTÃO DADRENAGEM E DO RISCO HIDROGEOLÓGICO NAACTIVIDADE MINEIRAESTUDO DE CASO: MINA DO LUELEAUTOR: TERÊNCIO JOSÉ MONTEIROESTUDANTE Nº 202211342Trabalho de Fim de Curso apresentado àFaculdade de Engenharia da UniversidadeAgostinho Neto, como parte dos requisitospara obtenção de nota de exame escrito ámic aplica em Engenharia de Minas.Orientador: MSc. Emmanuel SaturninoLUANDA, 2026Veteraano

DEDICATÓRIAAos meus pais, pelo apoio incondicional ao longo de toda a minhaformação académica.Ao Departamento de Engenharia de Minas da Universidade AgostinhoNeto, pela formação técnica e científica que tornou este trabalhopossível.iiVeteraano

AGRADECIMENTOSEm primeiro lugar, agradeço a Deus, pela força e pela saúde que me permitiram concluirmais esta etapa académica.Ao meu orientador, MSc. Emmanuel Saturnino, pela disponibilidade constante, pelas críticasconstrutivas e pelo acompanhamento rigoroso ao longo de todas as fases de desenvolvimentodeste Trabalho de Fim de Curso.Ao corpo docente do Departamento de Engenharia de Minas da Faculdade de Engenharia daUniversidade Agostinho Neto, em particular aos professores António Alexandre e Engª. EmaBaca Cachimbombo, pelo conhecimento transmitido ao longo do curso e pelas sugestões quecontribuíram para o amadurecimento deste trabalho.À minha família, pelo apoio, paciência e incentivo constantes durante todo o percursouniversitário.Aos colegas de curso do Departamento de Engenharia de Minas, pela partilha deconhecimento e pelo espírito de entreajuda ao longo destes anos de formação.iiiVeteraano

RESUMOA exploração de diamantes a céu aberto em Angola decorre, com frequência, abaixo do nívelfreático, o que torna a gestão da drenagem e do risco hidrogeológico um factor determinantepara a continuidade e a segurança das operações mineiras. A gestão inadequada da águasubterrânea constitui uma das causas mais recorrentes de paragem de produção, deinundação de cava e de incremento dos custos operacionais nas minas angolanas, como ocomprovam os episódios registados na mina de Catoca, na Lunda Sul.O presente trabalho tem como objectivo geral desenvolver o SIGH-DIAMOND, um sistemainteligente de gestão hidrogeológica que integra monitorização em tempo real, predição porInteligência Artificial e critérios de desenho hidráulico de canais, com vista a apoiar a gestãodo sistema de drenagem em minas de diamantes, tomando como estudo de caso a Mina doLuele, na província da Lunda Sul.O trabalho adoptou a metodologia Design Science (DS) e, como método, a Design ScienceResearch (DSR), segundo o ciclo de seis fases proposto por Peffers et al. (2007):identificação do problema, definição dos objectivos, desenvolvimento do artefacto,demonstração, avaliação e comunicação dos resultados. A fundamentação técnica do módulode dimensionamento hidráulico de canais de drenagem baseou-se nos critérios do manualEM 1110-2-1601 — Hydraulic Design of Flood Control Channels, do Corpo de Engenheirosdo Exército dos EUA, nomeadamente os elementos hidráulicos físicos da secção, ainclinação de taludes, a rugosidade do canal e a capacidade de escoamento, aplicados atravésda equação de Manning-Strickler.Palavras-chave: Drenagem mineira, Desenho hidráulico de canais, Gestão do riscohidrogeológico, Design Science Research.ivVeteraano

ABSTRACTOpen-pit diamond mining in Angola frequently takes place below the water table, makingthe management of drainage and hydrogeological risk a decisive factor for the continuityand safety of mining operations. Inadequate groundwater management is one of the mostrecurrent causes of production stoppage, pit flooding and increased operating costs inAngolan mines, as evidenced by the episodes recorded at the Catoca mine, in Lunda Sul.The general objective of this study is to develop SIGH-DIAMOND, an intelligenthydrogeological management system that integrates real-time monitoring, ArtificialIntelligence prediction and hydraulic channel design criteria, in order to support drainagesystem management in diamond mines, using the Luele Mine, in Lunda Sul province, as thecase study.The study adopted the Design Science (DS) methodology and, as a method, Design ScienceResearch (DSR), following the six-phase cycle proposed by Peffers et al. (2007): problemidentification, definition of objectives, artefact development, demonstration, evaluation andcommunication of results. The technical foundation of the drainage channel hydraulic sizingmodule was based on the criteria of manual EM 1110-2-1601 — Hydraulic Design of FloodControl Channels, of the U.S. Army Corps of Engineers, namely the physical hydraulicelements of the cross-section, side slope inclination, channel roughness and flow capacity,applied through the Manning-Strickler equation.Keywords: Mine drainage, Hydraulic channel design, Hydrogeological risk management,Design Science Research.vVeteraano

LISTA DE TABELASTabela 1.1: Fases da DSR aplicadas ao desenvolvimento do SIGH-DIAMOND............... 10Tabela 2.1: Fases de elaboração do trabalho....................................................................... 14Tabela 2.2: Material utilizado.............................................................................................. 15Tabela 3.1: Mapeamento entre as variáveis do módulo Canal de Drenagem e os critérios daEM 1110-2-1601.................................................................................................................. 19Tabela 3.2: Comparação qualitativa entre a gestão da drenagem sem e com o SIGH-DIAMOND.......................................................................................................................... 24viVeteraano

LISTA DE FIGURASFigura 3.1: Artefacto SIGH-DIAMOND — dimensionamento de canal de drenagemtrapezoidal e avaliação automática de risco......................................................................... 18Figura 3.2: Painel de parâmetros de entrada do módulo Canal de Drenagem do SIGH-DIAMOND.......................................................................................................................... 20Figura 3.3: Resultado do dimensionamento hidráulico devolvido em tempo real pelomódulo Canal de Drenagem................................................................................................ 21Figura 3.4: Módulo Aquífero e Lençol Freático do SIGH-DIAMOND, com os modelos deThiem e Cooper-Jacob......................................................................................................... 22Figura 3.5: Módulo Escoamento em Tubagem do SIGH-DIAMOND, com os modelos deColebrook-White e Darcy-Weisbach................................................................................... 22Figura 3.6: Painel de monitorização em tempo real do SIGH-DIAMOND, com leituras dossensores da rede regional..................................................................................................... 23viiVeteraano

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÓNIMOSA – Área molhadaDS – Design Science (Ciência do Design)DSR – Design Science Research (Pesquisa Científica do Design)EM – Engineer Manual (Manual de Engenharia)FEUAN – Faculdade de Engenharia da Universidade Agostinho Netoh – Profundidade normal de escoamentoIA – Inteligência ArtificialIoT – Internet of Things (Internet das Coisas)K – Coeficiente de Stricklerm – Talude do canal (H:V)P – Perímetro molhadoQ – CaudalR – Raio hidráulicoSIG – Sistema de Informação GeográficaSIGH-DIAMOND – Sistema Inteligente de Gestão Hidrogeológica para Minas deDiamantesUAN – Universidade Agostinho NetoUSACE – United States Army Corps of Engineers (Corpo de Engenheiros do Exércitodos EUA)viiiVeteraano

ÍNDICEINTRODUÇÃO.................................................................................................................... 1Delimitação.................................................................................................................... 2Organização do Trabalho.............................................................................................. 2CAPÍTULO I: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA............................................................ 31.1 A Actividade Mineira a Céu Aberto e a Água Subterrânea.................................... 31.2 Nível Freático e Interferência Hidrogeológica na Exploração Mineira.................. 31.3 Drenagem em Minas a Céu Aberto......................................................................... 41.4 Hidrogeologia Aplicada à Mineração...................................................................... 51.5 Desenho Hidráulico de Canais Segundo a EM 1110-2-1601.................................. 61.6 A Equação de Manning-Strickler Aplicada ao Dimensionamento de Canais deDrenagem Mineira......................................................................................................... 81.7 Monitorização, IoT e Inteligência Artificial Aplicadas à Gestão Hidrogeológica.. 91.8 Sistemas de Informação Geográfica de Apoio à Decisão em Mineração................ 91.9 Metodologia de Investigação................................................................................... 9CAPÍTULO II: OPÇÕES METODOLÓGICAS............................................................ 122.1 Método de Investigação Utilizado......................................................................... 122.2 Fases de Elaboração do Trabalho.......................................................................... 142.3 Material Utilizado.................................................................................................. 152.4 Estudo de Caso...................................................................................................... 15CAPÍTULO III: DISCUSSÃO E RESULTADOS.......................................................... 173.1 Levantamento de Requisitos.................................................................................. 173.2 A Plataforma SIGH-DIAMOND........................................................................... 173.3 Fundamentação Técnica do Módulo Canal de Drenagem..................................... 183.4 Funcionalidades do Módulo Canal de Drenagem................................................. 193.5 Demonstração — Canal de Drenagem em Funcionamento.................................. 203.6 Outros Módulos da Plataforma.............................................................................. 213.7 Monitorização e Apoio à Decisão em Tempo Real............................................... 233.8 Avaliação do Artefacto Segundo o Ciclo da DSR................................................. 243.9 Benefícios Esperados............................................................................................. 24ixVeteraano

CONCLUSÕES.................................................................................................................. 26RECOMENDAÇÕES........................................................................................................ 27REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................. 28ANEXOS............................................................................................................................. 29xVeteraano

INTRODUÇÃOA actividade mineira constitui um dos pilares fundamentais da economia angolana, sendo osubsector diamantífero responsável por uma parcela significativa das receitas de exportaçãodo país. Contudo, a exploração de diamantes a céu aberto, sobretudo em depósitoskimberlíticos de grande profundidade, decorre com frequência abaixo do nível freático, oque expõe a cava a fenómenos de interferência hidrogeológica capazes de comprometer asegurança, a produtividade e a sustentabilidade económica da operação.A gestão inadequada da drenagem e do risco hidrogeológico é uma das causas maisrecorrentes de paragem de produção, de inundação parcial de cava e de incremento doscustos operacionais nas minas angolanas. O caso da mina de Catoca, na Lunda Sul, onde jáforam registados episódios de extravasamento associados à interceção de aquíferos e deresíduos para linhas de água (REUTERS, 2021), ilustra a dimensão real deste problema e anecessidade de instrumentos técnicos e tecnológicos que apoiem a decisão dos engenheirosde minas nesta matéria.O manual EM 1110-2-1601 — Hydraulic Design of Flood Control Channels, do Corpo deEngenheiros do Exército dos Estados Unidos da América, estabelece critérios técnicosconsolidados para o desenho hidráulico de canais, nomeadamente quanto aos elementoshidráulicos da secção transversal, à inclinação dos taludes, à rugosidade do canal e aodimensionamento do revestimento de protecção. Ainda que originalmente concebidos parao controlo de cheias em meio civil, estes princípios oferecem uma base técnica sólida eamplamente validada para o desenho da drenagem e para a monitorização hidrogeológicaem explorações mineiras a céu aberto (CORPO DE ENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOSEUA, 1991, actualização 1994).O presente trabalho tem como tema a “Proposta de implementação de um sistema que aplicaos critérios de desenho hidráulico de canais (EM 1110-2-1601, Corpo de Engenheiros doExército dos EUA) à gestão da drenagem e do risco hidrogeológico na actividade mineira”,com enfoque na Mina do Luele, na província da Lunda Sul, Angola.Este trabalho demonstra como a aplicação de critérios de desenho hidráulico consolidados,associada a um artefacto de software de apoio à decisão — o sistema SIGH-DIAMOND —1Veteraano

, pode contribuir para uma gestão mais previsível, segura e economicamente eficiente dadrenagem e do risco hidrogeológico em minas de diamantes.DelimitaçãoO presente trabalho delimita-se ao módulo de dimensionamento hidráulico de canais dedrenagem (Canal de Drenagem) da plataforma SIGH-DIAMOND, aplicando os critérios daEM 1110-2-1601 ao contexto da Mina do Luele, na Lunda Sul. Não são abordados, com omesmo nível de profundidade, os módulos de bombagem, de escoamento em tubagem e desondagem, apresentados apenas como módulos complementares da plataforma. Do ponto devista metodológico, o artefacto encontra-se validado até à fase de demonstração,correspondente a dois sprints de desenvolvimento, não incluindo ainda testes em ambientereal de mina.Organização do TrabalhoO presente trabalho está organizado em três capítulos, estruturados da seguinte forma:Capítulo I — fundamentação teórica — apresenta a revisão bibliográfica do trabalho,abordando a relação entre a actividade mineira a céu aberto e a água subterrânea, osfundamentos da hidrogeologia aplicada à mineração, os critérios de desenho hidráulico decanais estabelecidos pela EM 1110-2-1601 e a equação de Manning-Strickler. É aindaapresentada a metodologia de investigação adoptada, com destaque para a Design ScienceResearch (DSR).Capítulo II — Opções Metodológicas — descreve o método de investigação utilizado,identificando o Problema, a Causa, as Consequências, a Hipótese, os Objectivos e a Soluçãoproposta, segundo a estrutura da DSR. Neste capítulo são também apresentadas as fases deelaboração do trabalho, o material utilizado e o estudo de caso, com a caracterização da Minado Luele.Capítulo III — Discussão e Resultados — apresenta o artefacto desenvolvido, o sistemaSIGH-DIAMOND, com destaque para o módulo Canal de Drenagem e a sua fundamentaçãotécnica na EM 1110-2-1601, a demonstração do seu funcionamento, os demais módulos daplataforma e a avaliação do artefacto segundo o ciclo da DSR.2Veteraano

CAPÍTULO I: FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA1.1 A Actividade Mineira a Céu Aberto e a Água SubterrâneaA mina a céu aberto é o método mais utilizado para a exploração de depósitos mineraislocalizados próximos da superfície, sendo amplamente aplicado em minas de grande portedevido à sua simplicidade operacional, maior segurança e menor custo relativamente à minasubterrânea. À medida que a lavra avança em profundidade, é frequente que a cava intersecteo nível freático ou aquíferos confinados, situação particularmente comum nas exploraçõeskimberlíticas angolanas, onde as chaminés diamantíferas atingem profundidadesconsideráveis relativamente ao nível do lençol de água.A interferência entre a cava e a água subterrânea manifesta-se de diversas formas: afluênciade água para o interior da escavação, elevação da poropressão nos taludes com consequenteredução do factor de segurança geotécnico, e, em casos extremos, inundação parcial ou totalda cava. A gestão desta interferência exige, por um lado, o conhecimento hidrogeológico domaciço e, por outro, sistemas de drenagem correctamente dimensionados, capazes de captar,conduzir e escoar os caudais afluentes com segurança.1.2 Nível Freático e Interferência Hidrogeológica na Exploração MineiraO nível freático corresponde à superfície que delimita a zona saturada da zona não saturadade um aquífero livre, sendo a sua posição variável no tempo e no espaço, em função darecarga, da descarga e das solicitações antrópicas, entre as quais se destaca o bombeamentoassociado à lavra mineira. Quando a exploração avança abaixo desta superfície, a mina passaa comportar-se como um ponto de descarga artificial do aquífero, obrigando à extracçãocontínua de água para manter a cava em condições operacionais.A ausência de um sistema que integre, em tempo real, os dados geológicos, hidrogeológicose de campo relativos ao comportamento da água subterrânea compromete a previsibilidadedo avanço da lavra. Nas minas angolanas, onde a monitorização hidrogeológica é, comfrequência, realizada de forma manual e fragmentada, este défice de integração constituiuma das principais causas de perfurações inadvertidas de aquíferos e de episódios deinundação parcial da cava, como o registado na Mina de Catoca (REUTERS, 2021).3Veteraano

1.3 Drenagem em Minas a Céu AbertoOs sistemas de drenagem em minas a céu aberto têm como função captar, conduzir e escoar,com segurança, os caudais provenientes da precipitação, do escoamento superficial e daafluência subterrânea, evitando a acumulação de água no interior da cava e a consequenteinstabilidade dos taludes.1.3.1 Drenagem SuperficialA drenagem superficial é assegurada por um conjunto de canais periféricos e de bermas,dimensionados para conduzir as águas pluviais e de escoamento até pontos de descargacontrolados, evitando a sua infiltração nos taludes e o consequente aumento da poropressão.O correcto dimensionamento hidráulico destes canais — nomeadamente da secçãotransversal, da inclinação dos taludes do canal, da rugosidade do revestimento e do declivelongitudinal — é determinante para garantir a capacidade de escoamento face aos caudaisde projecto e para prevenir a erosão e a instabilidade das próprias estruturas de drenagem.1.3.2 Rebaixamento do Nível FreáticoQuando a lavra avança abaixo do nível freático, a drenagem superficial deve sercomplementada por sistemas de rebaixamento do lençol freático, através de poços debombagem, drenos horizontais ou galerias de drenagem, que permitem reduzir a cargahidráulica junto aos taludes da cava. O dimensionamento destes sistemas dependedirectamente do conhecimento das propriedades hidrogeológicas do aquífero,nomeadamente da sua transmissividade e do seu coeficiente de armazenamento, obtidasatravés de ensaios de bombagem.1.4 Hidrogeologia Aplicada à MineraçãoA caracterização hidrogeológica de uma área mineira assenta na identificação dos aquíferospresentes — confinados ou livres —, na determinação das suas propriedades hidráulicas ena avaliação do seu comportamento face ao bombeamento induzido pela lavra.1.4.1 Ensaios de Bombagem e Solução de Thiem4Veteraano

Os ensaios de bombagem constituem o método mais utilizado para a determinação datransmissividade e do coeficiente de armazenamento de um aquífero, através dobombeamento de um poço de produção e da medição do rebaixamento correspondente empiezómetros de observação. As primeiras e mais simples equações de escoamento em poçosforam desenvolvidas para ensaios de longa duração, em que o rebaixamento deixa de variare o caudal bombeado se aproxima da recarga natural da formação — situação designada porregime permanente (THIEM, 1906, citado por HYDRO NOVA, 2018).Na solução de Thiem para aquíferos confinados em regime permanente, a transmissividadedo aquífero é obtida a partir do caudal bombeado e da diferença de rebaixamento entre doispiezómetros — ou entre um piezómetro e o próprio poço de produção —, em função darazão entre as respectivas distâncias radiais ao poço. Esta formulação pressupõe um aquíferode extensão areal considerável, homogéneo, isotrópico e de espessura uniforme, condiçõesque devem ser verificadas antes da sua aplicação (HYDRO NOVA, 2018).1.4.2 Regime Transitório e Método de Cooper-JacobPara ensaios de menor duração, em que o regime permanente ainda não foi atingido, aplicam-se soluções em regime transitório, desenvolvidas a partir da equação de Theis (1935). Ométodo de Cooper-Jacob constitui uma simplificação prática desta solução para tempos debombagem suficientemente longos, permitindo estimar a transmissividade e o coeficiente dearmazenamento a partir do declive de uma recta ajustada à relação entre o rebaixamento e ologaritmo do tempo, num gráfico semi-logarítmico. Este método é particularmente útil emcontexto mineiro, onde a rapidez da avaliação hidrogeológica condiciona directamente oplaneamento da lavra.1.5 Desenho Hidráulico de Canais Segundo a EM 1110-2-1601O manual EM 1110-2-1601 — Hydraulic Design of Flood Control Channels, publicado peloCorpo de Engenheiros do Exército dos Estados Unidos da América em 1 de Julho de 1991,com actualização em 30 de Junho de 1994, sistematiza os critérios técnicos para odimensionamento hidráulico de canais de controlo de cheias, incluindo a teoria deescoamento em canal aberto, os critérios de estabilidade de secções e o dimensionamento derevestimentos de protecção (riprap). Embora concebido para aplicações de engenharia civil,5Veteraano

este corpo de critérios é directamente transponível para o desenho de canais de drenagemem minas a céu aberto, dada a semelhança dos fenómenos hidráulicos envolvidos.1.5.1 Elementos Hidráulicos Físicos da SecçãoSegundo o Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (1991), os elementos físicoshidráulicos considerados no desenho de canais compreendem o declive do fundo (So), a áreada secção transversal molhada (A), o perímetro molhado (P) e a rugosidade equivalente dafronteira (k). O raio hidráulico (R), utilizado nas fórmulas de resistência ao escoamento,corresponde à razão entre a área molhada e o perímetro molhado (R = A/P). O declive dofundo do canal é condicionado, essencialmente, pela topografia do terreno ao longo dotraçado previsto.1.5.2 Tipos de Secção TransversalA secção transversal adequada para um dado troço de canal é aquela que oferece capacidadehidráulica suficiente ao menor custo de construção e manutenção. Em áreas comdisponibilidade de espaço, a secção trapezoidal é, em regra, a mais económica, sendotambém a mais utilizada em canais de drenagem escavados em terreno natural; em locais deespaço limitado, como acessos e bermas de mina, as secções rectangular ou quadrada,geralmente revestidas a betão ou material equivalente, tornam-se mais vantajosas (CORPODE ENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOS EUA, 1991). É precisamente este conjunto detrês tipologias — trapezoidal, rectangular e quadrada — que o módulo Canal de Drenagemdo SIGH-DIAMOND disponibiliza ao utilizador, permitindo alternar entre elas consoanteas condições do terreno.1.5.3 Inclinação dos Taludes do CanalA estabilidade dos taludes de um canal de drenagem e do respectivo revestimento deprotecção é directamente afectada pela sua inclinação. De acordo com o Corpo deEngenheiros do Exército dos EUA (1991), os taludes não devem, em regra, ser maisíngremes do que 1V:1,5H, excepto em casos especiais devidamente justificados do ponto devista económico e geotécnico. A inclinação do talude, habitualmente representada peloparâmetro m (H:V), é um dos dados de entrada fundamentais no dimensionamento desecções trapezoidais.6Veteraano

1.5.4 Rugosidade do CanalA rugosidade da fronteira do canal condiciona directamente a velocidade e a capacidade deescoamento, sendo habitualmente expressa pelo coeficiente de Manning (n) ou pelo seuinverso aproximado, o coeficiente de Strickler (K), de acordo com a relação K ≈ 1/n. Osfactores de rugosidade, forma, alinhamento e declive do canal devem ser considerados emconjunto na determinação da secção mais adequada, uma vez que influenciam directamenteas forças de arrastamento e as velocidades junto à fronteira do canal, das quais dependetambém o dimensionamento do revestimento de protecção (CORPO DE ENGENHEIROSDO EXÉRCITO DOS EUA, 1991, Capítulo 3). Para canais revestidos a betão, valores de Kpróximos de 80 m¹ᐟ ³/s são usuais, ao passo que canais em terra natural ou com revestimentode enrocamento apresentam coeficientes de Strickler sensivelmente inferiores.1.5.5 Folga de Segurança (Freeboard)A folga de segurança de um canal corresponde à distância vertical entre a superfície livre deágua correspondente ao caudal de projecto e o topo da parede ou do talude do canal. Estafolga destina-se a assegurar que o grau de protecção pretendido não seja comprometido porfactores não contabilizados no dimensionamento, tais como fenómenos hidrológicoserráticos, assentamentos do aterro, acumulação de sedimentos e detritos, ou o crescimentode vegetação aquática (CORPO DE ENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOS EUA, 1991).A verificação da folga deve ser feita por cálculo ou por ensaio em modelo físico, de modo aconfirmar o caudal adicional que pode ainda ser contido dentro dessa margem.1.5.6 Capacidade de Escoamento e Critérios de EstabilidadeA verificação da capacidade de um canal consiste na comparação entre o caudal de projecto(Q) e a capacidade máxima de escoamento da secção, calculada a partir dos parâmetrosgeométricos e do coeficiente de rugosidade adoptado. Sempre que o caudal afluente seaproxima ou ultrapassa a capacidade máxima da secção, deve ser emitido um alerta de riscode transbordo, sendo necessário rever a geometria do canal ou o seu revestimento. Esteprincípio de comparação entre caudal de projecto e capacidade constitui a base do alertaautomático de utilização implementado no módulo Canal de Drenagem do SIGH-DIAMOND.7Veteraano

1.6 A Equação de Manning-Strickler Aplicada ao Dimensionamento de Canais deDrenagem MineiraA equação de Manning-Strickler é a formulação mais utilizada para o cálculo do caudalescoado em regime uniforme em canais abertos, relacionando o caudal (Q) com a áreamolhada (A), o raio hidráulico (R), o declive do fundo do canal (i) e o coeficiente derugosidade de Strickler (K), segundo a expressão:Q = K · A · R^(2/3) · i^(1/2)Nesta expressão, K representa o coeficiente de Strickler, associado à rugosidade da fronteirado canal; A e R são, respectivamente, a área molhada e o raio hidráulico da secção,calculados directamente a partir da geometria transversal adoptada — trapezoidal,rectangular ou quadrada —; e i corresponde à declividade longitudinal do fundo do canal.Para um caudal de projecto conhecido, a profundidade normal de escoamento h resulta daresolução desta equação em função da altura, a qual, para secções trapezoidais, não admitesolução analítica directa, exigindo a aplicação de métodos numéricos, como o método dabissecção, tal como implementado no módulo Canal de Drenagem do SIGH-DIAMOND.A aplicação desta equação ao contexto da drenagem mineira mantém integralmente a baseteórica consolidada pela EM 1110-2-1601 para o desenho hidráulico de canais de controlode cheias, adaptando-a às condições operacionais específicas de uma mina a céu aberto,nomeadamente à necessidade de resposta em tempo real perante a variação dos caudaisafluentes e à integração com os restantes sistemas de monitorização hidrogeológica daexploração.1.7 Monitorização, Internet das Coisas e Inteligência Artificial Aplicadas à GestãoHidrogeológicaA gestão moderna do risco hidrogeológico em minas tem beneficiado da integração de redesde sensores de Internet das Coisas (IoT), capazes de recolher, de forma contínua eautomática, dados relativos ao nível freático, à precipitação e ao caudal escoado nos canaisde drenagem. A associação destes dados a modelos de predição baseados em InteligênciaArtificial permite antecipar cenários de risco — como a aproximação de um caudal afluenteà capacidade máxima de um canal, ou a subida anómala do nível freático numa determinada8Veteraano

zona da mina — com uma antecedência que a monitorização manual dificilmenteproporcionaria.Esta abordagem não substitui, contudo, a decisão do engenheiro responsável: o modelo depredição funciona como instrumento de apoio, sinalizando leituras inconsistentes ouanómalas para validação humana, mantendo o operador com o controlo final sobre aconfirmação do risco, a classificação de um alarme como falso positivo, ou o adiamento deuma decisão até à obtenção de mais informação.1.8 Sistemas de Informação Geográfica de Apoio à Decisão em MineraçãoOs Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são sistemas de informação construídosespecialmente para armazenar, analisar e manipular dados geográficos, permitindo aintegração de dados espaciais e não espaciais numa mesma base de dados e servindo deinstrumento valioso de apoio à tomada de decisão, através da produção e apresentação deinformação sob a forma gráfica. No contexto da gestão hidrogeológica mineira, acomponente SIG permite localizar geograficamente a rede de sensores de monitorização,visualizar a distribuição espacial do risco hidrogeológico ao longo da concessão mineira ecruzar esta informação com os dados geológicos e de campanhas de sondagem, constituindouma componente central da arquitectura do sistema SIGH-DIAMOND.1.9 Metodologia de Investigação1.9.1 Metodologia X MétodoA metodologia é o conjunto de métodos ao dispor do investigador, sistematizados etrabalhados desde a escolha do tema até às conclusões, recomendações e soluções para oproblema pesquisado. O método, por seu turno, é o caminho pelo qual se chega a umdeterminado resultado, ainda que esse caminho não tenha sido fixado de antemão de modoreflectido e deliberado (HEGENBERG, 1976). No âmbito deste trabalho, adoptou-se aDesign Science (DS) como metodologia de investigação e a Design Science Research (DSR)como método.1.9.2 Design Science e Design Science Research9Veteraano

A Design Science (DS) é a ciência que se ocupa do projecto de novos sistemas e da soluçãode problemas reais, tendo natureza prescritiva e de projecção, preocupando-se não apenascom a compreensão do problema, mas também com as suas possíveis soluções (BARBOSA;BAX, 2017; DRESCH; LACERDA; MIGUEL, 2015). A Design Science Research (DSR) éo método de investigação utilizado no âmbito da metodologia Design Science, constituindoum paradigma de pesquisa que exige a criação de um artefacto inovador — um sistema, ummodelo, um método ou um constructo — capaz de resolver um problema real(RODRIGUES, 2018).A escolha da DSR como método de investigação para o presente trabalho justifica-se pelofacto de o resultado central pretendido não ser apenas a análise teórica de um problema, massim a criação e a avaliação formal de um artefacto de software — o sistema SIGH-DIAMOND —, critério que distingue a DSR de outras abordagens metodológicas, como aMetodologia de Investigação Científica (MIC) ou a Metodologia de Investigação Empírica(MIE).1.9.3 Fases da DSR Segundo Peffers et al. (2007)A DSR, segundo Peffers et al. (2007), desenvolve-se a partir de seis fases procedurais,sugeridas, mas passíveis de adaptação em função da necessidade concreta do projecto:consciencialização do problema, definição dos objectivos da solução, desenvolvimento doartefacto, demonstração, avaliação e comunicação dos resultados. A Tabela 1.1 sintetizaestas seis fases e a forma como cada uma foi aplicada no âmbito do desenvolvimento dosistema SIGH-DIAMOND.Tabela 1.1: Fases da DSR aplicadas ao desenvolvimento do SIGH-DIAMONDFase Descrição Aplicação no SIGH-DIAMOND1. Consciencialização do Identificação e justificação do problema Gestão hídrica deficiente na prospecção eproblema de investigação. na lavra mineira.Requisitos funcionais do módulo Canal deEstabelecimento dos objectivos que o2. Definição dos objectivos Drenagem e da plataforma SIGH-artefacto deve alcançar.DIAMOND.Integração de IoT, motor de predição por3. Desenvolvimento do Criação do artefacto, definindo a suaIA, componente SIG e arquitectura full-artefacto funcionalidade e arquitectura.stack.10Veteraano

Aplicação do artefacto para resolver o Simulador interactivo do módulo Canal4. Demonstração problema, por simulação ou estudo de de Drenagem, aplicado ao caso da Minacaso. do Luele.Análise do desempenho do artefacto face Validação técnica e metodológica do5. Avaliaçãoaos objectivos propostos. artefacto, versão 5.0, em curso.Comunicação académica junto do6. Comunicação dos Divulgação do problema, da solução e dosDepartamento de Engenharia de Minas eresultados resultados obtidos.do sector mineiro.Fonte: Adaptado de Peffers et al. (2007).11Veteraano

CAPÍTULOII: OPÇÕES METODOLÓGICAS2.1 Método de Investigação UtilizadoO presente estudo adoptou o método Design Science Research (DSR) como abordagemmetodológica principal. A escolha pela DSR justifica-se pelo facto de o trabalho não selimitar à análise teórica do problema, mas propor o desenvolvimento de um artefacto desoftware — o sistema SIGH-DIAMOND — como solução prática e aplicável ao problemaidentificado.ProblemaDificuldade na gestão hidráulica eficiente de um sistema de drenagem e no controlo do nívelfreático nas minas primárias de diamantes.CausaFalta de um sistema integrado de monitorização e desenho hidráulico que aplique, de formasistemática, critérios técnicos consolidados (como os da EM 1110-2-1601) e que integre, emtempo real, os dados hidrogeológicos de campo relativos ao comportamento da águasubterrânea.Consequências(i) Do ponto de vista operacional, perfurações inadvertidas de aquíferos e episódiosde inundação parcial da cava, como o registado na Mina de Catoca (REUTERS,2021);(ii) Do ponto de vista geotécnico, erosão e instabilidade de taludes e de canais dedrenagem subdimensionados;(iii) Do ponto de vista financeiro, custos operacionais elevados associados àdessecação da cava, ao bombeamento de emergência e à paragem não planeadade equipamentos.Questão de partida: Como mitigar de maneira mais eficiente a falta de uma gestãohidráulica sistemática e controlar em simultâneo o nível freático nas minas primáriasde diamantes?12Veteraano

HipóteseA aplicação sistemática dos critérios de desenho hidráulico de canais estabelecidos pela EM1110-2-1601, integrada num artefacto de software que combina monitorização em temporeal, predição por Inteligência Artificial e um componente de Sistema de Informação,permite melhorar a gestão da drenagem e do risco hidrogeológico em minas de diamantes.Objectivo GeralDesenvolver o SIGH-DIAMOND — um sistema inteligente de gestão hidrogeológica queintegre monitorização em tempo real, predição por Inteligência Artificial e critérios dedesenho hidráulico — para apoiar a gestão do sistema de drenagem em minas de diamantes.Objectivos Específicos• Aplicar os critérios da EM 1110-2-1601 ao desenho dos canais de drenagem da mina;• Desenvolver um motor de predição do nível freático baseado em InteligênciaArtificial;• Integrar uma rede de sensores IoT (Internet das Coisas) para monitorizaçãohidrogeológica contínua;• Estruturar uma base de dados geoespacial — Sistema de Informação Geográfica(SIG) — para visualização e consulta;• Testar e validar o artefacto através da metodologia Design Science Research (DSR).JustificativaA escolha do tema justifica-se pela recorrência, na indústria mineira angolana, de episódiosde interferência hidrogeológica com impacto directo na produção, na segurança e nos custosoperacionais, associada à ausência generalizada de instrumentos que apliquem, de formasistemática e integrada, critérios técnicos consolidados de desenho hidráulico à gestão dadrenagem mineira. A existência de um manual técnico amplamente validadointernacionalmente — a EM 1110-2-1601 — sem aplicação sistemática nas minas angolanasreforça a pertinência de um artefacto que aproxime este corpo de conhecimento da realidadeoperacional do sector.13Veteraano

DelimitaçãoO presente trabalho delimita-se à aplicação dos critérios de desenho hidráulico de canais dedrenagem da EM 1110-2-1601 no âmbito de um artefacto de apoio à decisão, tomando comoestudo de caso a Mina do Luele, na Lunda Sul.LimitaçõesEste estudo não inclui, com o mesmo nível de profundidade, a validação em ambiente realde mina dos módulos complementares da plataforma (Aquífero, Escoamento em Tubagem,Bombagem e Sondagem), devido à indisponibilidade de dados operacionais específicos daMina do Luele à data de realização deste trabalho. O levantamento de requisitos foi realizadode forma bibliográfica, com base na literatura técnica consultada, dada a limitação de acessoa informação detalhada sobre os processos actualmente adoptados pelas equipas de geologiae hidrogeologia das minas angolanas.SoluçãoDesenvolvimento do sistema SIGH-DIAMOND.X, com destaque para o módulo Canal deDrenagem, fundamentado nos critérios da EM 1110-2-1601, como artefacto de apoio àgestão da drenagem e do risco hidrogeológico em minas primárias de de diamantes.2.2 Fases de Elaboração do TrabalhoA Tabela 2.1 apresenta as fases seguidas na elaboração do presente trabalho, desde olevantamento bibliográfico até à comunicação dos resultados.Tabela 2.1: Fases de elaboração do trabalhoFase DescriçãoRevisão da literatura sobre drenagem mineira, hidrogeologia e EMLevantamento bibliográfico1110-2-1601.Definição do problema, causa eEstruturação do problema segundo a lógica da DSR.consequênciasDefinição dos requisitos funcionais do Especificação das funcionalidades do módulo Canal de Drenagem e dosartefacto módulos complementares.Fundamentação técnica do módulo Mapeamento dos critérios da EM 1110-2-1601 para as variáveis dohidráulico artefacto.14Veteraano

Implementação do motor de cálculo hidráulico (Manning-Strickler) e daDesenvolvimento do artefacto (Sprint 1)interface do módulo Canal de Drenagem.Implementação dos módulos complementares: Aquífero, EscoamentoDesenvolvimento do artefacto (Sprint 2)em Tubagem, Bombagem e Sondagem.Aplicação do estudo de caso Contextualização do artefacto na Mina do Luele, Lunda Sul.Simulação do funcionamento do módulo Canal de Drenagem comDemonstração do artefactoparâmetros representativos.Análise dos resultados obtidos e elaboração do presente Trabalho deAvaliação e comunicação dos resultadosFim de Curso.Fonte: Autor.2.3 Material UtilizadoA Tabela 2.2 apresenta o material bibliográfico, técnico e informático utilizado naelaboração deste trabalho e no desenvolvimento do artefacto SIGH-DIAMOND.Tabela 2.2: Material utilizadoMaterial Origem FuncionalidadeCorpo de Engenheiros do Exército dos Base técnica para o desenhoEM 1110-2-1601 (manual técnico)EUA hidráulico de canais de drenagem.Fundamentação da hidrogeologiaHandbook for Drilling, Operating and Hydro Nova / M3E / Banco Mundialaplicada e dos ensaios deMaintaining Wells (2018)bombagem (Thiem, Cooper-Jacob).Desenvolvimento e teste doComputador portátil —artefacto SIGH-DIAMOND.Implementação da plataforma, doAmbiente de desenvolvimento full-stack— motor de cálculo hidráulico e do(frontend, backend e base de dados)componente SIG.Sociedade Mineira do Luele; imprensaDados públicos sobre a Mina do Luele Caracterização do estudo de caso.especializada do sector mineiroRegisto de incidente hidrogeológico na Fundamentação empírica doReuters (2021)Mina de Catoca problema de investigação.Fonte: Autor.2.4 Estudo de CasoApresentação do EmpreendimentoA Mina do Luele localiza-se na comuna do Luaxe, província da Lunda Sul, a cerca de 35 kmda cidade do Saurimo, constituindo o maior projecto diamantífero de Angola, com umadimensão estimada em duas a três vezes superior à da Mina de Catoca. A exploração éassegurada pela Sociedade Mineira do Luele, cujo consórcio accionista integra a Catoca,15Veteraano

com 50,5% do capital, a Endiama, com 25%, a Falcon, com 19,5%, a Reform, com 4%, e oInstituto Geológico de Angola, com 1%.Dimensão da ExploraçãoA Mina do Luele desenvolve-se numa cava a céu aberto com profundidade planeada de até600 metros, numa área de concessão de aproximadamente 105 hectares. As reservasestimadas rondam os 620,8 milhões de quilates, correspondendo a cerca de 85% das reservasdiamantíferas conhecidas de Angola, o que confere ao projecto uma relevância estratégicasingular para o subsector mineiro nacional.Relevância HidrogeológicaA profundidade planeada da cava do Luele, consideravelmente superior à da Mina de Catoca,amplia significativamente a exposição da lavra a aquíferos em profundidade, decorrente danatureza do maciço kimberlítico e das formações encaixantes. Esta característica reforça anecessidade de um sistema de drenagem robusto e de uma gestão hidrogeológica sistemática,constituindo a Mina do Luele um caso de aplicação natural e particularmente exigente parao sistema SIGH-DIAMOND.16Veteraano

CAPÍTULO III: DISCUSSÃO E RESULTADOS3.1 Levantamento de RequisitosO levantamento de requisitos teve como objectivo identificar as funcionalidades que oartefacto deveria disponibilizar para responder ao problema da gestão da drenagem e do riscohidrogeológico em minas de diamantes. Devido à limitação de acesso a informaçãodetalhada sobre os processos actualmente adoptados pelas equipas de geologia ehidrogeologia das minas angolanas, o levantamento foi realizado de forma bibliográfica,com base nos critérios técnicos da EM 1110-2-1601, na literatura de hidrogeologia aplicadaà mineração e no conhecimento do problema operacional exposto no Capítulo II.Deste levantamento resultaram os requisitos funcionais que fundamentam a arquitectura daplataforma SIGH-DIAMOND: um motor de cálculo hidráulico fundamentado na equaçãode Manning-Strickler; um módulo de caracterização de aquíferos, baseado nas soluções deThiem e de Cooper-Jacob; módulos complementares de escoamento em tubagem, desistemas de bombagem e de gestão de campanhas de sondagem geológica; uma rede desensores IoT para monitorização contínua; um motor de predição do nível freático porInteligência Artificial; e um componente de Sistema de Informação Geográfica paravisualização espacial do risco.3.2 A Plataforma SIGH-DIAMONDO SIGH-DIAMOND — Sistema Inteligente de Gestão Hidrogeológica para Minas deDiamantes — é o artefacto desenvolvido no âmbito deste trabalho, segundo o ciclo da DesignScience Research descrito no Capítulo I. A plataforma organiza-se em módulos funcionais,acessíveis através de um painel de navegação comum, dos quais se destaca o módulo Canalde Drenagem, objecto central deste trabalho, complementado pelos módulos Aquífero eLençol Freático, Escoamento em Tubagem, Sistema de Bombagem, Sondagem —Campanha Geológica e Risco, este último responsável pela consolidação e visualização dorisco hidrogeológico.A Figura 3.1 apresenta o artefacto em funcionamento, evidenciando a secção transversaldimensionada de um canal de drenagem trapezoidal, os respectivos indicadores hidráulicose a classificação automática do risco associado à utilização do canal.17Veteraano

Figura 3.1: Artefacto SIGH-DIAMOND — dimensionamento de canal de drenagemtrapezoidal e avaliação automática de risco.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Canal de Drenagem, 2026).3.3 Fundamentação Técnica do Módulo Canal de DrenagemO módulo Canal de Drenagem implementa directamente a equação de Manning-Stricklerpara o dimensionamento hidráulico de canais de drenagem, utilizando a mesma base teóricaconsolidada pela EM 1110-2-1601, devolvendo em tempo real a profundidade normal e acapacidade do canal. A Tabela 3.1 sintetiza o mapeamento entre as variáveis de entrada e desaída do módulo e os critérios técnicos correspondentes do manual EM 1110-2-1601.Tabela 3.1: Mapeamento entre as variáveis do módulo Canal de Drenagem e oscritérios da EM 1110-2-1601Variável do módulo Critério da EM 1110-2-1601 DescriçãoÁrea molhada A, perímetro Cap. 2 — Elementos Hidráulicos Calculados directamente a partir damolhado P, raio hidráulico R Físicos geometria da secção transversal adoptada.18Veteraano

Inclinação do talude, definida em função doTalude m (H:V) §3-3 — Side Slope Inclination tipo de secção — trapezoidal, rectangular ouquadrada.Rugosidade do canal (equivalente ao inversoCoeficiente de Strickler K §3-4 — Channel Roughness do coeficiente n de Manning); por exemplo,K ≈ 80 m¹ᐟ ³/spara betão.Comparação entre o caudal de projecto e aCaudal de projecto Q eCap. 4-5 — Design Aspects capacidade máxima do canal, com alertacapacidade máximaautomático de risco de transbordo.Fonte: Autor, adaptado de Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA (1991, actualização 1994).3.4 Funcionalidades do Módulo Canal de DrenagemO módulo Canal de Drenagem disponibiliza as seguintes funcionalidades principais:• Selector de secção — alternância entre secção trapezoidal, rectangular e quadrada,ajustando automaticamente o talude m;• Parâmetros de entrada — largura de fundo B, talude m, coeficiente de Strickler K,declive i, caudal de projecto Q e altura construída do canal;• Profundidade normal h — resolução numérica, por bissecção, da equação deManning-Strickler para o caudal de projecto;• Diagrama dinâmico — representação gráfica, em tempo real, da secção transversaldo canal, à escala dos parâmetros inseridos;• Indicadores hidráulicos — área molhada, perímetro molhado, raio hidráulico ecapacidade máxima do canal;• Alerta de utilização — classificação automática do risco (dentro da capacidade,atenção ou transbordo), a partir da razão entre o caudal de projecto e a capacidademáxima do canal.3.5 Demonstração — Canal de Drenagem em FuncionamentoA demonstração do artefacto foi realizada com parâmetros representativos de um canal dedrenagem trapezoidal de uma mina a céu aberto: largura de fundo B = 3 m, talude m = 1,5(H:V), coeficiente de Strickler K = 80 m¹ᐟ ³/s—valor típico de canais revestidos a betão—, declive longitudinal i = 0,0005 m/m, caudal de projecto Q = 10 m³/s e altura construída de1,8 m. A Figura 3.2 apresenta o painel de introdução destes parâmetros no módulo Canal deDrenagem.19Veteraano

Figura 3.2: Painel de parâmetros de entrada do módulo Canal de Drenagem doSIGH-DIAMOND.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Canal de Drenagem, 2026).A partir destes parâmetros, o motor de cálculo do artefacto resolve numericamente a equaçãode Manning-Strickler e devolve, de forma instantânea, a profundidade normal doescoamento e os restantes indicadores hidráulicos da secção, tal como ilustrado na Figura3.3.20Veteraano

Figura 3.3: Resultado do dimensionamento hidráulico devolvido em tempo real pelomódulo Canal de Drenagem.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Canal de Drenagem, 2026).Para os parâmetros indicados, o artefacto devolveu uma profundidade normal h = 0,946 m,uma área molhada A = 4,18 m², um perímetro molhado P = 6,41 m e um raio hidráulico R =0,652 m, resultando numa capacidade máxima do canal, para a altura construída de 1,8 m,de aproximadamente 19,33 m³/s. A relação entre o caudal de projecto e a capacidade máximado canal situou-se em cerca de 29%, pelo que o artefacto classificou automaticamente asecção como dentro da capacidade, não sendo emitido qualquer alerta de risco de transbordo.Este resultado demonstra, de forma prática, a aplicação directa dos critérios dedimensionamento da EM 1110-2-1601 a um cenário realista de drenagem mineira.3.6 Outros Módulos da PlataformaPara além do módulo Canal de Drenagem, a plataforma SIGH-DIAMOND integra outrosmódulos complementares, apresentados neste trabalho com um nível de profundidadeinferior, em conformidade com a delimitação estabelecida no Capítulo II.3.6.1 Aquífero e Lençol FreáticoO módulo Aquífero e Lençol Freático implementa a solução de Thiem, para regimepermanente em aquíferos confinados ou não confinados, e o método de Cooper-Jacob, para21Veteraano

regime transitório, permitindo estimar a transmissividade e a condutividade hidráulica doaquífero a partir de parâmetros de campo, tais como a condutividade hidráulica estimada, onível estático e o nível registado no furo, tal como descrito na secção 1.4 deste trabalho.Figura 3.4: Módulo Aquífero e Lençol Freático do SIGH-DIAMOND, com os modelosde Thiem e Cooper-Jacob.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Aquífero, 2026).3.6.2 Escoamento em TubagemO módulo Escoamento em Tubagem aplica as formulações de Colebrook-White e de Darcy-Weisbach para a determinação da velocidade de escoamento, do número de Reynolds e dofactor de atrito em condutas de bombagem e de rebaixamento do nível freático, a partir deparâmetros como o diâmetro, o comprimento e a rugosidade da tubagem.22Veteraano

Figura 3.5: Módulo Escoamento em Tubagem do SIGH-DIAMOND, com os modelosde Colebrook-White e Darcy-Weisbach.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Tubagem, 2026).3.6.3 Sistema de Bombagem e Sondagem — Campanha GeológicaO módulo Sistema de Bombagem determina o ponto de funcionamento de uma bomba faceà curva característica do sistema, em configuração única, em paralelo ou em série, apoiandoo dimensionamento dos sistemas de rebaixamento associados à drenagem profunda da cava.O módulo Sondagem — Campanha Geológica organiza o cadastro de furos, a litologia, osensaios realizados e a coluna estratigráfica da campanha de sondagem, identificadainternamente como campanha SDX-002, assegurando a ligação entre os dados geológicosde base e os módulos hidráulicos e hidrogeológicos da plataforma.3.7 Monitorização e Apoio à Decisão em Tempo RealA componente de monitorização do SIGH-DIAMOND consolida as leituras da rede desensores instalados na região diamantífera da Lunda Sul, classificando automaticamente orisco hidrogeológico em baixo, médio ou alto, com indicação do nível de confiança daclassificação e da causa dominante identificada. Sempre que uma leitura se reveleinconsistente com o padrão esperado, o sistema sinaliza-a para validação do operador, quepode confirmar o risco, assinalar um falso alarme ou adiar a decisão até à obtenção de maisinformação, preservando o princípio de que a decisão final permanece sob controlo humano.23Veteraano

Figura 3.6: Painel de monitorização em tempo real do SIGH-DIAMOND, comleituras dos sensores da rede regional.Fonte: Autor (SIGH-DIAMOND, módulo Risco, 2026).3.8 Avaliação do Artefacto Segundo o Ciclo da DSREm conformidade com a quinta fase do ciclo de Peffers et al. (2007), o artefacto SIGH-DIAMOND foi avaliado quanto à correcção do seu motor de cálculo hidráulico, verificando-se que os resultados devolvidos pelo módulo Canal de Drenagem, para os parâmetros deteste apresentados na secção 3.5, são consistentes com os valores obtidos por resoluçãoindependente da equação de Manning-Strickler. A avaliação encontra-se, no entanto,limitada à fase de demonstração, não tendo ainda sido conduzida em ambiente real de mina,conforme assinalado na delimitação deste trabalho, pelo que o nível de evidência da soluçãose encontra classificado como em estudo.3.9 Benefícios EsperadosA comparação qualitativa entre a situação actual da gestão da drenagem mineira, tal comocaracterizada no Capítulo II, e a situação proposta com a adopção do SIGH-DIAMOND,evidencia ganhos relevantes em diferentes dimensões da gestão do risco hidrogeológico,sintetizados na Tabela 3.2.24Veteraano

Tabela 3.2: Comparação qualitativa entre a gestão da drenagem sem e com o SIGH-DIAMONDAspecto da gestão da drenagem Situação sem o SIGH-DIAMOND Situação com o SIGH-DIAMONDAplicação de critérios de desenho Empírica, dependente da experiência Sistemática, baseada nos critérioshidráulico individual do técnico. consolidados da EM 1110-2-1601.Automático, em tempo real, porManual, sujeito a erro e a demora noCálculo da capacidade do canal resolução numérica da equação derecálculo perante alterações.Manning-Strickler.Contínua, através de rede de sensoresMonitorização do nível freático Pontual e fragmentada entre sectores.IoT integrada.Reactiva, após ocorrência de sinais Preditiva, através de modelo deAntecipação de risco de inundaçãoevidentes. Inteligência Artificial.Visão espacial do risco Limitada a registos pontuais e não Integrada num componente dehidrogeológico georreferenciados. Sistema de Informação Geográfica.Reduzida, dependente de registos Completa, com registo de alertas,Rastreabilidade das decisõesdispersos. leituras e validações do operador.Fonte: Autor.De um modo geral, o artefacto desenvolvido permite integrar, num único ambiente, os dadosgeológicos, hidrogeológicos e de sensores IoT; antecipar riscos de inundação da cava atravésda predição por Inteligência Artificial; aplicar de forma sistemática os critérios técnicosconsolidados da EM 1110-2-1601 ao desenho dos canais de drenagem; reduzir o tempo deresposta a anomalias no nível freático; diminuir os custos associados à dessecação e aparagens não planeadas; e apoiar decisões estratégicas com dados seguros, auditáveis eintegrados.25Veteraano

CONCLUSÕESO presente trabalho teve como objectivo geral desenvolver o SIGH-DIAMOND, um sistemainteligente de gestão hidrogeológica que integra monitorização em tempo real, predição porInteligência Artificial e critérios de desenho hidráulico de canais, com vista a apoiar a gestãoda drenagem e do risco hidrogeológico em minas de diamantes, tomando como estudo decaso a Mina do Luele.Para tal, foram aplicados os critérios técnicos consolidados do manual EM 1110-2-1601 —Hydraulic Design of Flood Control Channels, do Corpo de Engenheiros do Exército dosEstados Unidos da América, nomeadamente os elementos hidráulicos físicos da secçãotransversal, a inclinação dos taludes, a rugosidade do canal e a capacidade de escoamento,traduzidos, através da equação de Manning-Strickler, num motor de cálculo capaz dedimensionar, em tempo real, canais de drenagem de secção trapezoidal, rectangular ouquadrada.O trabalho foi conduzido segundo a metodologia Design Science (DS) e o método DesignScience Research (DSR), seguindo o ciclo de seis fases de Peffers et al. (2007), desde aconsciencialização do problema até à comunicação dos resultados. A demonstração doartefacto, realizada com parâmetros representativos de um canal de drenagem mineiro,confirmou a correcção do motor de cálculo hidráulico e a utilidade prática do alertaautomático de risco de transbordo, evidenciando a viabilidade técnica da solução proposta.Considerando a dimensão e a relevância hidrogeológica da Mina do Luele, o maior projectodiamantífero de Angola, o artefacto desenvolvido constitui uma ferramenta estratégica deapoio à decisão para a gestão da drenagem e do risco hidrogeológico, contribuindo para umaexploração mais previsível, segura e economicamente eficiente. O nível de evidência dasolução encontra-se, ainda assim, classificado como em estudo, dado o artefacto se encontrarvalidado apenas até à fase de demonstração, não tendo sido ainda testado em ambiente realde mina, provando, contudo, ser de grande utilidade para futuras gerações de engenheiros deminas.26Veteraano

RECOMENDAÇÕESÀ Sociedade Mineira do Luele e ao sector mineiro em geral:• Recomenda-se a adopção do módulo Canal de Drenagem do SIGH-DIAMONDcomo instrumento técnico de apoio ao dimensionamento e à verificação dacapacidade dos canais de drenagem, em particular nas fases de planeamento de novasfrentes de lavra;• Recomenda-se a instalação progressiva de uma rede de sensores IoT paramonitorização contínua do nível freático, de modo a alimentar e a validar, com dadosreais, o motor de predição por Inteligência Artificial do artefacto;• Recomenda-se a realização de campanhas de ensaios de bombagem, segundo osmétodos de Thiem e de Cooper-Jacob, para caracterização hidrogeológica sistemáticada área de concessão da Mina do Luele, alimentando o módulo Aquífero e LençolFreático com dados de campo reais.Ao Departamento de Engenharia de Minas da Faculdade de Engenharia da UAN:• Recomenda-se a continuidade do desenvolvimento do artefacto em trabalhos futuros,com validação em ambiente real de mina, incluindo os módulos de bombagem, deescoamento em tubagem e de sondagem, apresentados neste trabalho apenas comomódulos complementares;• Recomenda-se a ampliação da rede de sensores e do histórico de dados, de modo areforçar o modelo preditivo de Inteligência Artificial;• Recomenda-se que o Departamento continue a promover trabalhos científicosvoltados à aplicação de critérios técnicos internacionalmente consolidados, como osda EM 1110-2-1601, a problemas reais da actividade mineira angolana, incentivandoestudos práticos que contribuam directamente para a resolução de problemas dosector extractivo nacional.27Veteraano

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICASBARBOSA, C. C.; BAX, M. P. Design Science Research: uma abordagem metodológicapara pesquisa aplicada em Ciência da Informação. 2017.CORPO DE ENGENHEIROS DO EXÉRCITO DOS EUA. EM 1110-2-1601 — HydraulicDesign of Flood Control Channels.Washington, D.C.: Department of the Army, U.S. ArmyCorps of Engineers, 1ª ed., 1 de Julho de 1991, actualização (Change 1) de 30 de Junho de1994.DRESCH, A.; LACERDA, D. P.; MIGUEL, P. A. C. Design Science Research: método depesquisa para avanço da ciência e tecnologia. Porto Alegre: Bookman, 2015.HEGENBERG, L. Etapas da investigação científica. São Paulo: EPU/EDUSP, 1976.HYDRO NOVA; M3E; QUATERNARY FOR GEOLOGICAL SERVICES. Handbook forDrilling, Operating and Maintaining Wells—Water Resource Management at Arbaat Dam,Arbaat and Moj Well Fields. Preparado para o Banco Mundial (World Bank Group),Setembro de 2018.PEFFERS, K.; TUUNANEN, T.; ROTHENBERGER, M. A.; CHATTERJEE, S. A DesignScience Research Methodology for Information Systems Research. Journal of ManagementInformation Systems, v. 24, n. 3, p. 45-77, 2007.REUTERS. Waste from Angola's Catoca diamond mine leaked into waterways last month.23 de Agosto de 2021. https://www.mining.com/web/waste-from-angolas-catoca-diamond-mine-leaked-into-waterways-last-month/ [23 de Agosto de 2021].RODRIGUES, W. Design Science Research aplicada ao desenvolvimento de artefactos desoftware em Engenharia. 2018.SOCIEDADE MINEIRA DO LUELE. Informação institucional sobre o projecto deexploração diamantífera do Luele, Lunda Sul, Angola. 2025.THIEM, G. Hydrologische Methoden. Leipzig: J. M. Gebhardt, 1906.UNIVERSIDADE AGOSTINHO NETO. FACULDADE DE ENGENHARIA. Normas deEstrutura do Trabalho de Fim de Curso do Departamento de Engenharia de Minas. Luanda:FEUAN, s.d.28Veteraano

ANEXO A — Algoritmo de Cálculo da Profundidade Normal (Método daBissecção)Descreve-se, de seguida, o procedimento numérico adoptado no motor de cálculo do móduloCanal de Drenagem do SIGH-DIAMOND para a determinação da profundidade normal h,variável para a qual a equação de Manning-Strickler não admite, em secções trapezoidais,resolução analítica directa.1. Definir a função f(h) = K · A(h) · R(h)^(2/3) · i^(1/2) − Q, onde A(h) e R(h) são,respectivamente, a área molhada e o raio hidráulico da secção em função da altura de águah, e Q é o caudal de projecto.2. Estabelecer um intervalo inicial [h_min, h_max], garantindo que f(h_min) e f(h_max) têmsinais opostos.3. Calcular o ponto médio h_m = (h_min + h_max) / 2 e avaliar f(h_m).4. Se f(h_m) tiver o mesmo sinal de f(h_min), substituir h_min por h_m; caso contrário,substituir h_max por h_m.5. Repetir os passos 3 e 4 até que a diferença |h_max − h_min| seja inferior à tolerânciadefinida, obtendo-se a profundidade normal h correspondente ao caudal de projecto.Este procedimento é executado pelo artefacto de forma instantânea, sempre que o utilizadoraltera qualquer um dos parâmetros de entrada do módulo Canal de Drenagem, garantindo aactualização em tempo real dos indicadores hidráulicos apresentados na interface.29Veteraano