A Área transversal do corpo de prova do ensaio de permeabilidade a carga constante A Constante da formulação do perfil de Melentév condicionada ao tipo de material
utilizado
A Parâmetro do modelo exponencial estendida
a’ Parâmetro efetivo de resistência da envoltória p versus q ABGE Associação Brasileira de Geologia de Engenharia ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Ag Agrupado
Al2 O3 Óxido de Alumínio
B Parâmetro do modelo exponencial estendida
C Caolinita
C Centígrados
C Coeficiente da formulação de Hazen para de terminação do coeficiente de permeabilidade
C Parâmetro do modelo exponencial estendida c’ Coesão efetiva
C0 Coeficiente da formulação de Terzaghi para de terminação do coeficiente de permeabilidade
C1 Coeficiente da formulação de Terzaghi, dependente do tamanho da partícula, para determinação do coeficiente de permeabilidade
Cal Calculado
CANLEX Canadian Liquefaction Experiment CaO Óxido de Cálcio
CBGB Comitê Brasileiro de Grandes Barragens CD Adensado drenado
CDsat Adensado drenado saturado CIS Cisalhamento direto
cm Centímetro
cm3 Centímetro cúbico
CSN Companhia Siderúrgica Nacional CU Adensado não drenado
CU Adensado não drenado com medida de poropressão CU Coeficiente de não uniformidade
Cu Coeficiente utilizado no ensaio de infiltração para determinação do coeficiente de permeabilidade
CU sat Adensado não drenado saturado Cv Coeficiente de variação
D Diâmetro da partícula d Espessura média do fluxo D10 Diâmetro efetivo
D60 Diâmetro correspondente 60% passando na abertura da malha da peneira considerada e obtidos da curva granulmétrica
D90 Diâmetro correspondente 90% passando na abertura da malha da peneira considerada e obtidos da curva granulmétrica
dir Direita
dpc Distância do ponto à crista e Índice de vazios
ec Índice de vazios após a consolidação
ecf Índice de vazios no estado fofo após a consolidação ecrit Índice de vazios crítico
ef Índice de vazios no estado fofo Ei Freqüência esperada
emax Índice de vazios máximo emin Índice de vazios mínimo
esq Esquerda
F Distribuição de Fisher
f Valores de parâmetros na ruptura f(x) Função densidade de freqüência FD Fator de densidade
Fe Ferro
FL Fator de segurança contra a liquefação FS Fator de segurança
FS i Fator de segurança fixado FS med Fator de segurança médio
FSOM Método probabilístico Primeira-Ordem Segundo-Momento g Aceleração da gravidade
G Goethita
g Grama
H Altura
H Comprimento do furo de sondagem referente ao ensaio de infiltração H Hipótese estatística h Hora H Horizontal h* Profundidade do fluxo H0 Hipótese nula H1 Hipótese alternativa hq Altura de queda i Gradiente hidráulico ID Índice de Densidade IR Índice de Dilatância k Coeficiente de permeabilidade k Número de classes
k max Coeficiente de permeabilidade máximo k med Coeficiente de permeabilidade médio k min Coeficiente de permeabilidade mínimo
kPa QuiloPascal
L Distância da base do furo de sondagem até o nível em que foi levantado o tubo de revestimento referente ao ensaio de infiltração
L Largura
lim Limite
m Metro
M Rejeito representativo da pilha do Monjolo
m Tamanho da amostra
M1 Momento 1
M10 Massa das partículas associadas a D10
M2 Momento 2
m3 Metro cúbico
M3 Momento 3
M4 Momento 4
M50 Massa das partículas associadas a D50 M60 Massa das partículas associadas a D60 M90 Massa das partículas associadas a D90
max Máximo
MBR Minerações Brasileiras Reunidas
med Médio min Mínimo min Minuto ml Mililitro mm Milímetro Mn Manganês
Mp Massa das partículas MPa MegaPascal
n Número de variáveis independentes
n Porosidade
n Tamanho da amostra
N Tamanho da população nmax Porosidade máxima nmed Porosidade média nmin Porosidade mínima
nx1,x2 Coeficiente de correlação
Oi Freqüência Observada
P Fósforo
p- Ponto de estimativa de mínimo da distribuição f(x) p’ Tensão octaédrica efetiva
p+ Ponto de estimativa de máximo da distribuição f(x) PEmax Ponto de estimativa de máximo
PEmin Ponto de estimativa de mínimo
Pi Concentrações
pi Probabilidade de ocorrência de cada caso Pluv Pluviometria
pr Probabilidade de ruptura Prob Probabilidade
PX Pilha do Xingu
Q Quick (Rápido)
q Vazão
R Coeficiente de correlação de Pearson
R Confiabilidade
r Raio do furo de sondagem
R Rapid (Rápido)
R2 Coeficiente de determinação
RM Rejeito representativo da pilha do Monjolo ROM Run of Mine
ru Percentual entre a poropressão u e a tensão geostática aplicada RX Rejeito representativo da pilha do Xingu
S Desvio padrão amostral
s Segundo
S Slow (Lento)
S.A. Sociedade Anônima S2
p Estimativa da variância SAMITRI S.A. Mineração da Trindade
Sat Saturado
Sc Concentração de sólidos da polpa Si O2 Óxido de Silício (sílica)
Ssu Regime permanente de resistência ao cisalhamento não drenado
T Talco
t Temperatura
T Estatística de Student
T Equação Teórica
Tab Tabelado
TCD Triaxial adensado drenado TCU Triaxial adensado não drenado
tg Tangente
TiO2 Óxido de Titânio
TTE Trajetória de tensões efetivas
u Poropressão
ult Último
UnB Universidade de Brasília UU Não adensado não drenado
UU Não adensado não drenado com medida de poropressão V Velocidade média do fluxo
V Vertical
V Volume
Vesfera Volume da esfera
Vibr/Comp Vibração e compactação
w Umidade
X Rejeito representativo da pilha do Xingu
x- Valor da variável x no ponto de estimativa de mínimo da distribuição f(x) X Variável aleatória independente
x+ Valor da variável x no ponto de estimativa de máximo da distribuição f(x) X+M Dados da pilha do Xingu somados com dados da pilha do Monjolo
X+M Média dos dados da pilha do Xingu somados com dados da pilha do Monjolo y- Valor da variável y no ponto de estimativa de mínimo da distribuição f(x) Y Variável aleatória dependente
y+ Valor da variável y no ponto de estimativa de máximo da distribuição f(x) z Variável normal reduzida
∆ Variação
∆n Desvio padrão da porosidade
∆us Poropressão induzida na amostra durante o regime permanente de deformação
∆V / V0 Deformação Volumétrica
∆σa Incremento de tensão axial
Σ Somatório
α Nível de significância
α’ Parâmetro efetivo de resistência da envoltória p versus q
β0 Intercepto do modelo de regressão linear
β1 Parâmetro do modelo de regressão linear que especifica a associação linear entre a variável dependente e a independente
χ2 Estatística de teste Qui-quadrado
χ2
TQQ Valor do Qui-quadrado obtido através da tabela de distrib uição do Qui-quadrado
δ Deslocamento
ε Deformação
ε Erro aleatório
εlim Deformação limite
εf Deformação na ruptura
φ’ Ângulo de atrito efetivo
φ’- Ângulo de atrito efetivo médio menos o desvio padrão
φ’+ Ângulo de atrito efetivo médio mais o desvio padrão
φ’max Ângulo de atrito efetivo máximo
φ’med Ângulo de atrito efetivo médio
φ’min - Ângulo de atrito efetivo mínimo
φ’cv Ângulo de atrito efetivo a volume constante
φs Ângulo de atrito do regime permanente (em termos de tensão efetiva)
φ’u Ângulo de atrito entre as partículas
µ Média populacional
µ Viscosidade do fluxo
ν Graus de liberdade
νx Coeficiente de assimetria
ρ Massa específica do fluxo
ρ Massa específica in situ
ρd Massa específica seca
ρd med Massa específica seca média
ρd min Massa específica seca mínima
ρs Massa específica dos grãos
σ Desvio padrão populacional
σ Tensão normal
σ2 Variância
σ1 Tensão normal principal maior
σ’1 Tensão efetiva normal principal maior
σ ’1s Tensão efetiva principal maior no começo do cisalhamento (após a consolidação)
σ3 Tensão normal principal menor
σ’3 Tensão efetiva normal principal menor
σ ’3s Tensão efetiva principal menor no começo do cisalhamento (após a consolidação) (σ1 - σ3) Tensão desviadora
(σ1 - σ3)f Tensão desviadora de pico
(σ1 / σ3) Razão entre as tensões principais máximas
σc Tensão de confinamento
τ Tensão de cisalhamento
τd Tensão de cisalhamento necessária para manter o equilíbrio estático
CAPÍTULO
1
1 - INTRODUÇÃO
1.1 - JUSTIFICATIVA E OBJETIVOS
A mineração é um dos segmentos da economia que muito contribui para o desenvolvimento de um país, pois além de gerar riquezas, muitas vezes viabiliza tecnologias que promovem uma melhor qualidade de vida. Assim, as atividades decorrentes desse segmento podem ser consideradas fatores determinantes na formação e progresso de diversas regiões brasileiras. Nesse sentido, pode ser citado o estado de Minas Gerais, que teve seu desenvolvimento calcado na mineração, tanto na época do Brasil Colônia, com a exploração do ouro e diamantes, como posteriormente, com a mineração de ferro, fosfato, nióbio, manganês, ouro e outros minerais. Entretanto, não se pode omitir o impacto que as atividades de mineração exercem sobre o meio ambiente. Esse fato nunca foi desconhecido. Porém a preservação do meio ambiente hoje é muito mais do que uma consciência ecológica, é uma realidade que vem sendo integrada ao cotidiano de todos os setores da sociedade. Nesse contexto as atividades mineiras, cada vez mais, precisam se aliar a soluções tecnológicas que visam minimizar esses impactos ambientais.
O significado do ato de minerar, tanto a céu aberto quanto de forma subterrânea, já é capaz de dar a dimensão do quanto as atividades desse setor interferem nos ecossistemas. Uma política empresarial integrada às tendências gerenciais modernas reconhece o dano ambiental, porém não se omite na proposição de soluções minimizadoras. As empresas mineradoras, via de
regra, possuem seus Planos Diretores de Meio Ambiente. Dessa forma, os procedimentos adotados contemplam muito mais do que estratégias de máxima extração de minério dentro de critérios de segurança. O fórum de discussões está muito além disso. As empresas mineradoras têm consciência de que custos adicionais na recuperação das áreas degradadas, de forma a obter um equilíbrio auto-sustentável, são custos de investimento.
Um outro aspecto focalizado é o armazenamento dos resíduos oriundos de todos os processos da mina. No próprio decapeamento da jazida são encontrados materiais sem valor comercial, denominados estéreis. A deposição desses materiais, na maioria das vezes, tem sido realizada através da utilização de pilhas de estéreis. Essas pilhas, quando projetadas e executadas à luz dos conceitos geotécnicos, se constituem em projetos otimizados, que conseguem se incorporar ao meio ambiente, compondo a paisagem. Existem também os rejeitos, conseqüência inevitável dos processos de tratamento a que são submetidos os minérios, gerados, paralelamente, ao produto de interesse. A disposição desses rejeitos afeta de forma qualitativa e quantitativa o meio ambiente. Ilustrando este fato podem ser citadas razões médias entre o produto final e a geração de rejeito de alguns minérios: ferro 2/1, carvão 1/3, fosfato 1/5, cobre 1/30 e ouro 1/10000 (Abrão, 1987). Tendo em vista a quantidade de rejeito gerado, torna-se imprescindível a utilização de processos sistemáticos de disposição. Dentre os diversos métodos de deposição tem-se verificado uma preferência das mineradoras brasileiras pela deposição do rejeito em superfície, através de barragens de rejeito. Essas barragens podem ser construídas em etapas, com alteamentos sucessivos e ao longo do tempo, sendo que em muitos casos o próprio rejeito, quando granular, se constitui como material de construção, utilizado em alteamentos sucessivos. Tem-se verificado, também, que muitas barragens que utilizam o rejeito granular como estrutura de barramento são construídas utilizando a técnica de aterro hidráulico, sendo o método construtivo de montante o preferível. Esse método, apesar de ser considerado o mais econômico e de maior facilidade de execução, é reconhecido também como o mais crítico quanto à segurança. Contudo, se o desempenho de tais barragens tiver acompanhamento, baseado numa metodologia de controle geotécnico durante sua construção, poder-se-á minimizar os fatores que transmitem insegurança quanto à sua utilização.
Dessa forma, a proposta de uma metodologia probabilística e observacional aplicada no controle da qualidade de construção de barragens de rejeitos granulares construídas pela
técnica de aterro hidráulico pode ser interpretada como uma efetiva contribuição geotécnica no sentido de viabilizar a utilização dessas estruturas. Inserida nesse contexto, encontra-se essa tese, que tem por objetivo apresentar os trabalhos que foram desenvolvidos visando aferir e aperfeiçoar a metodologia probabilística e observacional aplicada no controle da qualidade de construção de barragens de rejeitos granulares construídas pela técnica de aterro hidráulico. Esses estudos vêm dar continuidade à dissertação de mestrado de Espósito (1995). Nessa dissertação foi proposta uma metodologia de controle de qualidade de construção dessas barragens. Essa metodologia faz parte de uma linha de pesquisa relativa à disposição de rejeitos do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da Universidade de Brasília (UnB), que vem sendo desenvolvida nos últimos sete anos contando, inclusive, com parcerias de cooperação bem sucedidas entre a UnB e reconhecidas empresas do setor de mineração, como a S. A. Mineração Trindade (SAMITRI).
Dentro desse espírito de cooperação, o objetivo fundamental dessa tese é incorporar ao empirismo que acompanha a deposição desses rejeitos, procedimentos de controle construtivo a serem realizados à luz de princípios geotécnicos, contribuindo nos processos de tomadas de decisões que visem maximizar a segurança e minimizar os custos.
1.2 - ESCOPO DA TESE
Essa tese apresenta-se dividida em oito capítulos e sete apêndices. No Capítulo 1 são apresentados os objetivos e as justificativas do trabalho proposto, como também o escopo geral.
No Capítulo 2 encontra-se a revisão bibliográfica sobre conceitos relativos a rejeitos, barragens de rejeitos, aterros hidráulicos, comportamento de resistência ao cisalhamento de meios granulares, liquefação dos meios granulares, comportamento geotécnico de rejeitos granulares depositados hidraulicamente e um breve relato sobre o estado da prática da deposição de rejeitos das mineradoras brasileiras.
No Capítulo 3 é relatada detalhadamente a metodologia probabilística e observacional aplicada a barragens de rejeitos granulares construídas por aterro hidráulico.
No Capítulo 4 são apresentados os casos -estudo utilizados nessa tese, pilha do Xingu e pilha do Monjolo, e todos os procedimentos utilizados para a caracterização do rejeito dessa pilhas, ou seja, ensaios geotécnicos de campo, de laboratório e estudos complementares como microscopia ótica e difratometria de raio X. São apresentados resultados dos ensaios comportamentais para verificação da resistência ao cisalhamento, tais como cisalhamento direto, compressão triaxial adensado drenado, compressão triaxial adensado não drenado sendo também verificada a permeabilidade através de ensaios de infiltração (permeabilidade in situ), e de laboratório, com utilização de permeâmetros a carga constante.
No Capítulo 5 são analisados os dados apresentados no Capítulo 4. Essas análises foram realizadas na tentativa de obter padrões de segregação hidráulica, através do estabelecimento de possíveis relações entre o teor de ferro e a massa específica dos grãos, a distância do ponto à crista e diversos parâmetros, tais como porosidade, massa específica dos grãos, massas das partículas, coeficiente de não uniformidade, razão D90/D10 e porcentagem de finos. São também relatadas análises considerando o coeficiente de variação e os materiais representativos das pilhas do Xingu e do Monjolo.
No Capítulo 6 são relatadas as análises estatísticas dos dados. Inicia-se esse capítulo evidenciando a importância da ferramenta estatística na análise do comportamento de parâmetros geotécnicos que possuem alto grau de variabilidade. São citados os procedimentos utilizados na amostragem aleatória realizada. Apresentam-se também testes de aderência dos dados amostrais (porosidade) a uma distribuição normal. Dando prosseguimento aos estudos estatísticos, são apresentadas análises de regressão e correlação dos modelos linear, representado pela relação entre a massa específica dos grãos e o teor de ferro; potência linearizada, representado pela relação entre o coeficiente de permeabilidade e a porosidade e não linear, representado pela relação entre o ângulo de atrito efetivo e a porosidade. São apresentadas, também, tentativas iniciais no sentido de avaliar o comportamento dos módulos de deformabilidade secante a 50% da tensão de pico, através de correlações com as tensões confinantes e com as porosidades. No final do Capítulo 6 são relatados também testes de hipótese, em que se buscou verificar a igualdade das médias populacionais dos ângulos de atrito efetivos, no sentido de investigar se as análises, descritas no Capítulo 7, poderiam ser realizadas utilizando-se parâmetros obtidos através de ensaios de cisalhamento direto e/ou de compressão triaxial adensado drenado.
No Capítulo 7 são apresentadas as análises probabilísticas da estabilidade, considerando o acoplamento do Método Observacional. Dentro dessas análises se encontra apresentada também uma otimização do talude da pilha do Xingu. Finaliza-se a aplicação da metodologia com uma avaliação probabilística do potencial de liquefação de ambas as pilhas, Xingu e Monjolo.
No Capítulo 8 encontram-se apresentadas as conclusões dessa tese, incluindo também sugestões para pesquisas futuras.
No Apêndice A são apresentados os sistemas de deposição de rejeitos utilizados pelas mineradoras brasileiras. O Apêndice B reúne os dados relativos à caracterização do rejeito. No Apêndice C podem ser vistas pranchas com o acervo fotográfico da microscopia ótica. O Apêndice D apresenta características comportamentais do rejeito, através dos resultados dos ensaios de laboratório de resistência ao cisalhamento. No Apêndice E encontram-se os parâmetros utilizados nas análises dos dados do Capítulo 5. Já os dados utilizados no tratamento estatístico do Capítulo 6 podem ser encontrados no Apêndice F. Finalmente o Apêndice G apresenta os resultados das análises de estabilidade de taludes relatadas no Capítulo 7.
CAPÍTULO