Como mencionado anteriormente, os rejeitos são resíduos resultantes de processos de beneficiamento a que são submetidos os minérios. Sua granulometria pode variar de areia até argila. Geralmente são descartados das usinas de concentração na forma de polpa, uma mistura de sólidos e água sendo contidos por um barramento. A condutividade hidráulica média dos rejeitos pode variar de 10-2cm/s para os rejeitos arenosos até 10-9cm/s para rejeitos argilosos finos e bem consolidados. A condutividade hidráulica de rejeitos produzidos em um processo de beneficiamento pode ser analisada a partir de duas considerações básicas:
• valor mínimo da condutividade hidráulica aceitável para o rejeito que está sendo
utilizado na construção da barragem;
• influência do índice de vazios, distribuição granulométrica e porcentagem de finos
sobre o valor da condutividade hidráulica dos rejeitos.
MITTAL & MORGESTERN (1975) ressaltam que a condutividade hidráulica média para rejeitos arenosos pode ser estimada com base no valor do diâmetro efetivo do material obtido através de análise granulométrica utilizando a formulação proposta por Hazen: 2 10 D . C K= (2.1) onde: K – condutividade hidráulica (cm/s); D10 – diâmetro efetivo (em milímetros);
C – coeficiente que varia entre 90 e 120.
BLIGHT (1994) também relata que a condutividade hidráulica dos rejeitos arenosos pode ser avaliada em função da sua distribuição granulométrica. Assim, pode-se determinar o valor da sua condutividade hidráulica através da equação de SHERARD (1984): 2 15 D . 35 , 0 K= (2.2) onde: K – condutividade hidráulica (cm/s); D15 – diâmetro a 15% (mm).
VICK (1983) apresenta uma concepção geral baseada em um modelo estudado por KEALY E BUSCH (1971) segundo a qual o processo de segregação hidráulica convencional (por tamanho) apresenta efeito direto na distribuição granulométrica e nas
condições de fluxo gerando três zonas distintas na praia de deposição como apresentado na Figura 2.9. Assim, o efeito da segregação hidráulica cria uma zona de alta permeabilidade relacionada ao material mais grosseiro próxima ao ponto de descarga, uma zona de baixa permeabilidade relacionada ao material mais fino e situada distante do ponto de lançamento e uma zona intermediária entre estes dois pontos. VICK (1983) ressalta ainda que a largura relativa de cada faixa na praia de deposição depende do processo de segregação ocorrido, da porcentagem de partículas grossas e finas presentes nos rejeitos e da localização da lagoa de decantação em relação ao ponto de lançamento.
Figura 2.9 – Modelo teórico de variação da condutividade hidráulica em um depósito de rejeitos (Modificado – VICK, 1983).
A utilização de aterros hidráulicos alteados pelo método de montante tende a ser limitada por condições específicas e incorporam um certo número de desvantagens. Fatores como a posição da linha freática, capacidade de armazenamento de água e susceptibilidade a liquefação exercem influência marcante no projeto destas estruturas. A determinação da posição da linha freática torna-se um elemento critico para a análise de estabilidade do talude de jusante da barragem. Este posicionamento pode ser condicionado a três fatores: o primeiro é a localização do lago de decantação em relação à crista da barragem, o segundo é o efeito da variação da permeabilidade no maciço e o terceiro é efeito das condições de permeabilidade da fundação da barragem.
Analisando a Figura 2.10(a) observa-se que a proximidade do lago de decantação da crista da barragem produz uma elevação da linha freática, que por sua vez resulta em um aumento do nível de poropressões no talude de jusante ocasionando uma redução da segurança podendo conduzir a uma possível ruptura (VICK, 1983). Outro condicionante
de extrema importância para a determinação da posição da linha freática é o gradiente de permeabilidade no maciço. Esta variação é resultado da segregação granulométrica gerada pelo lançamento e deposição dos rejeitos na praia, que por sua vez é função da distribuição granulométrica dos rejeitos, do teor de sólidos e das condições de lançamento. Na Figura 2.10(b) a proximidade da linha freática ao talude jusante é função direta da segregação ocorrida no maciço. Assim, uma alta segregação ao longo da praia representa um aumento nas condições de drenabilidade da pilha. A Figura 2.10(c) demonstra que as condições de contorno, particularmente a permeabilidade da fundação e as condições de permeabilidade do dique de partida também exercem uma grande influência sobre a localização da superfície freática. Assim, para uma fundação relativamente permeável a posição da linha freática em relação ao talude pode ser considerada favorável à segurança do talude de jusante.
Figura 2.10 – Fatores que influenciam a posição da linha freática em barragens alteadas pelo método de Montante (Modificado – VICK, 1983).
BLIGTH (1994) também relata que a segregação granulométrica ocorrida na praia promove um arraste das partículas finas para locais mais distantes do ponto de lançamento dos rejeitos. Este fenômeno pode ser caracterizado por uma relação empírica entre a condutividade hidráulica e distribuição granulométrica das partículas presentes no rejeito. Deste modo, baseado na relação entre a distribuição granulométrica do rejeito em função da segregação hidráulica, BLIGTH (1994) sugere que a permeabilidade se distribui de acordo com a relação:
(
bx)
a
K = .exp − . (2.2)
onde:
K – condutividade hidráulica numa praia de rejeitos;
a e b – são características da praia de rejeito e x é a distância em relação ao ponto de lançamento do rejeito.
Na Figura 2.11 um conjunto de valores de condutividade hidráulica obtidos em laboratório através de ensaios de carga constante em rejeitos de diamante ilustra a formulação apresentada por BLIGHT (1994). Através da Figura 2.11 pode-se visualizar uma pequena redução do valor da condutividade hidráulica em função da distância do ponto de lançamento.
Figura 2.11 – Variação da permeabilidade em função da distância do ponto de lançamento na praia (Modificado – BLIGTH, 1994).
A Figura 2.12 apresenta um modelo típico de linha freática determinada em função da segregação hidráulica gerada pela distribuição granulométrica do rejeito na praia. BLIGTH (1994) relata que para o caso em que o valor da condutividade hidráulica varia linearmente ao longo do maciço a linha freática torna-se função direta de outras variáveis. No caso em que a condutividade hidráulica varia em função da distribuição granulométrica do aterro a posição da linha freática torna-se função direta da segregação granulométrica do rejeito na praia.
Figura 2.12 – Efeito da variação da permeabilidade sobre a posição da linha freática em aterros hidráulicos (Modificado – BLIGTH, 1994).
Neste contexto, verifica-se a importância da análise dos parâmetros geotécnicos vinculados ao comportamento das barragens de rejeitos visando uma melhoria da qualidade destas estruturas. Desta forma, a avaliação da variação da condutividade hidráulica nas barragens de rejeitos em vista das inúmeras variáveis que podem afetar o seu comportamento torna-se fundamental. O conhecimento dos efeitos das variáveis hidráulicas no processo de formação do depósito poderia otimizar o processo construtivo garantindo a qualidade e a segurança dos aterros hidráulicos.
CAPÍTULO 3
3 – HIDRÁULICA SATURADA DE SOLOS GRANULARES