Lista de Figuras

223 Figura 174 – Análise de estabilidade – Rejeito + 4% de bentonita – Estaca de 172 m – Nível da estaca com uso de aditivo – Superfície normal do lençol freático – Talude reto. 225 Figura 176 – Análise de estabilidade – Rejeito + 4% de bentonita – Estaca de 172 m – Nível da estaca com uso de aditivo – Superfície crítica do lençol freático – Talude reto. 226 Figura 177 – Análise de estabilidade – Rejeito + 4% de bentonita – Estaca de 172 m – Nível da estaca com uso de aditivo – Superfície crítica do lençol freático – Talude esquerdo.

237 Figura 188 – Análise de estabilidade – Rejeitos + 2% de cimento – Estaca de 172 m – Parede de estacas com aditivo – Nível crítico do lençol freático – Talude reto. 259 Figura 210 – Análise de estabilidade – Rejeitos + 6% agregado de aço – Estaca de 172 m – Parede de estacas com aditivo – Nível freático normal – Talude reto. 273 Figura 224 – Análise de estabilidade – Estaca de 172 m – Face da estaca com aditivo – Nível crítico do lençol freático – Talude reto.

Lista de Tabelas

121 Tabela 26 – Permeabilidade de rejeitos + 2% de cimento de acordo com os níveis de tensões de consolidação. 139 Tabela 36 – Permeabilidade do rejeito + 2% de cal de acordo com os níveis de tensões de consolidação. 147 Tabela 41 – Resistência à compressão simples das extremidades do ensaio de compactação do estéril + 2% de agregado de aço.

149 Tabela 42 - Pontos de resistência à compressão simples de estéril + 4% de agregado de aço. 150 Tabela 43 - Resistência à compressão simples de pontos de ensaio de compactação de resíduos + 6% de agregado de aço. 152 Tabela 44 - Resistência à compressão simples de pontos de ensaio de compactação de resíduos + 8% de agregado de aço.

Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações

R1 Grau de qualidade da rocha, neste caso o material desmorona com um golpe firme da boca do martelo de um geólogo. W5 Grau de alteração dos maciços rochosos, neste caso o maciço é totalmente rúptil com comportamento de solo. 𝑀𝑇𝐴𝑑𝑖𝑡 Massa total de aditivo (molhada) 𝑀𝑇𝐸𝑠𝑡 Massa total de estéril (molhada) 𝑀𝑇𝑅𝑒𝑗 Massa total de sucata (molhada) 𝑀𝑇𝑅𝑒𝑗 Massa total de sucata (molhado) 𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 Momentos de resistência.

Sumário

DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DAS ANÁLISES DE ESTABILIDADE

INTRODUÇÃO

Segundo Guimarães (2011), também são identificados ganhos com demandas de áreas, devido à necessidade de regiões menores para disposição de rejeitos em pilhas em relação às bacias de rejeitos. Ao contrário das barragens, as estruturas estaqueadas que requerem a disposição de rejeitos possuem controles semelhantes aos dos aterros convencionais. Assim, as pilhas são muito mais rigorosas em relação à disposição de rejeitos em lagoas, que geralmente é realizada colocando a polpa nos reservatórios.

Com isso, como alternativa às barragens, o dry stacking tornou-se um tipo de solução de disposição de rejeitos adotada por diversas mineradoras no Brasil. Dessa forma, identificou-se a criação de projetos para pilhas de resíduos filtrados e compactados cada vez maiores e mais robustas. Espera-se que sejam identificadas oportunidades de ganhos operacionais, com o aumento da umidade ótima da mistura, e de segurança geotécnica dessas pilhas de rejeitos compactados, com o aumento da resistência ao cisalhamento do material.

OBJETIVOS

OBJETIVO GERAL
OBJETIVOS ESPECÍFICOS

MINERAÇÃO DE FERRO
METODOLOGIAS DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS

BARRAGENS
ATERRO HIDRÁULICO – EMPILHAMENTO DRENADO
CICLONAGEM
DISPOSIÇÃO COMPARTILHADA E CO-DISPOSIÇÃO
ESPESSAMENTO
SUBAÉREA
PILHAS DE REJEITOS FILTRADOS E COMPACTADOS – EMPILHAMENTO A SECO (DRY STACKING)

ESTABILIZAÇÃO DE SOLOS

ESTABILIZAÇÃO FÍSICA
ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA

ESTABILIDADE DE TALUDES

ANÁLISE DETERMINÍSTICA POR EQUILÍBRIO LIMITE

NORMAS BRASILEIRAS REGULAMETADORAS 13028 E 13029

As barragens de rejeitos são estruturas destinadas a conter água e sólidos em suspensão provenientes do processo de beneficiamento mineral. Conforme apresentado por Carvalho (2017), o termo empilhamento a seco é utilizado para indicar o empilhamento a seco de resíduos filtrados e compactados. É importante ressaltar que conforme indicado por Villavicencio et al. 2016), a estabilidade das estruturas de rejeitos está diretamente ligada à compactação do material, o que pode reduzir significativamente seu potencial de densificação (comportamento contrativo).

Na Figura 22, há um exemplo de análise de estabilidade de uma pilha de rejeitos filtrados e compactados usando o método de equilíbrio limite. Portanto, como boa prática para projetos de estacas de rejeitos filtrados e compactados, é utilizada a distribuição de análise de estabilidade com fatores mínimos de segurança (FSmin), conforme listado abaixo na Tabela 2. Assim, como boa prática de engenharia, observe que as condições apresentadas acima também são usados para análises de estabilidade pseudoestática em pilhas de rejeitos.

METODOLOGIA

DESCRIÇÃO DO PROJETO

ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO
ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DO REJEITO PURO
ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DAS MISTURAS
ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES (RCS)
ENSAIOS DE COMPRESSÃO TRIAXIAL CONSOLIDADO ISOTROPICAMENTE E NÃO DRENADO NA CONDIÇÃO
ENSAIOS DE PERMEABILIDADE

MODELAGEM COMPUTACIONAL
ESTUDO DE CASO

No ensaio de compactação, primeiro foram preparadas porções de rejeitos com massa úmida de 3,0 kg (𝑀𝑇𝑅𝑒𝑗). Com a adição de água para que o teor de umidade do material fosse atingido, as amostras foram homogeneizadas e deixadas em repouso por um período de 24 horas antes da realização dos ensaios de compactação pelo método de Proctor. Nos ensaios de compactação com misturas de rejeitos com outros aditivos, foram utilizados os percentuais de materiais descritos no capítulo 4.1 e as referências normativas da ABNT NBR 6457 (2016a) e NBR 7182 (2016f) para cada uma das amostras.

Tendo como referência o percentual de aditivo a ser utilizado na mistura (𝑇𝑀𝑖𝑠𝑡(%)), a massa seca do aditivo (𝑀𝑆𝐴𝑑𝑖𝑡) foi adicionada às porções de resíduos preparadas para o ensaio de compactação. Após realizar os cálculos do valor 𝑀𝑇𝐴𝑑𝑖𝑡, foram preparadas porções de aditivo para serem adicionadas às porções de resíduo puro para realização dos ensaios de compactação segundo o método Proctor. Após realizar os cálculos do valor de 𝑀𝑇𝐸𝑠𝑡 e 𝑀𝑇𝑅𝑒𝑗, foram preparadas porções de aditivo para serem misturadas com porções de resíduo puro e assim realizados os ensaios de compactação conforme NBR 7182 (ABNT, 2016f).

Depois de identificadas as variações que ocorrem nas curvas de compactação devido a cada uma das misturas realizadas nos resíduos, foram realizados ensaios simples de resistência à compressão no material puro e nas misturas com grau de compactação (GC) de 100%. Como este estudo envolve misturas de rejeitos com diferentes tipos de aditivos, para os quais não existem normas específicas para a realização de ensaios de RCS, a adoção da taxa de ensaio foi baseada na norma ABNT NBR que se refere a misturas solo-cimento. Como justificativa adicional, o fato de esta norma se referir a ensaios RCS em corpos de prova cilíndricos fundidos em cilindro Proctor, em energia normal e ruptura após sete dias de cura, é, portanto, semelhante aos utilizados no estudo.

ISOTROPICAMENTE CONSOLIDADO E NÃO DRENADO ISOTROPICAMENTE CONSOLIDADO E NÃO DRENADO NO ESTADO SATURADO. Para os ensaios triaxiais, foram utilizadas misturas e resíduos limpos com grau de compactação de 100% do valor normal de Proctor e tensões de consolidação de 100 kPa, 200 kPa, 400 kPa e 800 kPa. Os CPs foram adensados com base nos parâmetros do ensaio de densificação, tomando como referência os valores de umidade ótima e peso específico seco máximo do material a ser testado (resíduo puro e suas misturas).

O equipamento utilizado e o processo de moldagem dos CPs foram os mesmos utilizados nos ensaios de compressão triaxial citados anteriormente, conforme mostra a Figura 24.

RESULTADOS E DISCUSSÕES 1. ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO

REJEITO PURO

ENSAIO DE COMPACTAÇÃO
ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO SIMPLES (RCS)
ENSAIO DE PERMEABILIDADE

MISTURAS DE REJEITO E BENTONITA 1. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DO REJEITO + 2% DE BENTONITA
RCS DE REJEITO + 4% DE BENTONITA
RCS DE REJEITO + 8% DE BENTONITA
ENSAIO DE COMPRESSÃO TRIAXIAL

MISTURAS DE REJEITO E CIMENTO 1. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DO REJEITO + 2% DE CIMENTO
RCS DE REJEITO + 8% DE CIMENTO

MISTURAS DE REJEITO E CAL 1. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DO REJEITO + 2% DE CAL
RCS DE REJEITO + 6% DE CAL

MISTURAS DE REJEITO E AGREGADO SIDERÚRGICO 1. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DO REJEITO + 2% DE AGREGADO SIDERÚRGICO
RCS DE REJEITO + 4% DE AGREGADO SIDERÚRGICO

MISTURAS DE REJEITO E ESTÉRIL 1. ENSAIO DE COMPACTAÇÃO

COMPACTAÇÃO DE 90% DE REJEITO COM 10% DE ESTÉRIL Na Figura 130, é apresentada a curva de compactação de 90% de rejeito aditivado com
RCS DE 70% REJEITO + 30% DE ESTÉRIL

COMPARATIVOS DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS
ANÁLISES DE ESTABILIDADE

Na Figura 36, encontram-se as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compactação de resíduos puros. Na Figura 52 encontram-se as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compressão de rejeitos + 2% de bentonita. Na Figura 54, encontram-se as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compressão de rejeitos + 4% de bentonita.

Na Figura 56 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação dos resíduos + 6% de bentonita. Na Figura 58 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação dos resíduos + 8% de bentonita. Na Figura 73 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação dos resíduos + 2% de cimento.

Na Figura 75, encontram-se as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compressão de rejeitos + 4% de cimento. A Figura 77 apresenta as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compressão de rejeitos + 6% de cimento. A Figura 79 apresenta as curvas tensão-deformação para todas as amostras do ensaio de compressão de rejeitos + 8% de cimento.

Na figura 94, encontram-se as curvas tensão-deformação de todos os corpos de prova do ensaio de compactação de estéril + 2% de cal. Na figura 96, encontram-se as curvas tensão-deformação de todos os corpos de prova do ensaio de compactação de estéril + 4% de cal. Na figura 98, encontram-se as curvas tensão-deformação de todos os corpos de prova do ensaio de compactação de estéril + 6% de cal.

Na Figura 100 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação do rejeito + 8% de cal. Na Figura 133 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação do rejeito + 2% de agregado de aço. Na Figura 117 encontram-se as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação do estéril + 4% de agregado de aço.

A Figura 119 mostra as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação dos resíduos + 6% de agregado de aço. A Figura 121 mostra as curvas tensão-deformação de todas as amostras do ensaio de compactação dos resíduos + 8% de agregado de aço.

CONCLUSÃO

Nas análises de estabilidade, verificou-se que apenas a mistura de rejeitos com 4% de bentonita não aumentou o FS. Este fato foi observado nas misturas de rejeitos com 4% de bentonita, rejeitos com 2% de cimento e rejeitos com 2% de cal, principalmente devido ao aumento significativo da coesão efetiva. Dentre as misturas estudadas, a que apresentou maiores ganhos em FS foi o rejeito com 2% de cal, o que possibilitou também a otimização dos ângulos gerais da face dos taludes, o aumento da altura da estaca e, consequentemente, o aumento da capacidade volumétrica da estrutura.

Verifica-se assim que do ponto de vista da segurança geotécnica da estrutura, a utilização de rejeitos com 2% de cal apresenta as maiores vantagens, mas a operacionalização da atividade de mistura pode aumentar os custos devido à necessidade de aquisição de cal. e homogeneizar a mistura. Assim, o aproveitamento de 80% do rejeito com 20% do estéril (codisposição) torna-se benéfico, pois indica custos menores do que a cal. Este item é de grande importância para que a estrutura de estacas não seja caracterizada como estaca drenada (Resolução ANM nº 95/2022) e por isso está formulada na Política Nacional de Barragens;

Desenvolver testes de rejeitos e misturas de, entre outros, consolidação odométrica, CID triaxial, para que sejam desenvolvidas análises de estabilidade tensão-deformação de modelos construtivos; Avaliação do comportamento geotécnico de barragens de rejeitos de minério de ferro por meio de ensaios de piezocone. Estudo comparativo de duas técnicas de lavra em barragem de rejeitos do ponto de vista geotécnico.

NBR 13028: Mineração - Desenvolvimento e Apresentação de Projetos de Barragens para Disposição de Rejeitos, Retenção de Sedimentos e Reservas Hídricas. Lei 12.334: Institui a Política Nacional de Segurança de Barragens (PNDS) e institui o Sistema Nacional de Informações sobre Segurança de Barragens (NDIS). Resolução Nº 13: Define medidas regulamentares destinadas a garantir a estabilidade de barragens de mineração, especialmente as construídas ou erguidas pelo chamado método “a montante” ou por método declarado como desconhecido, e dá outras providências, até o mês de agosto de 2019.

Resolução nº 95: Consolida as Leis Normativas que Dispõem sobre a Segurança de Barragens de Mineração, de 02 de fevereiro de 2022.