Análise de percolação em uma pilha de rejeito filtrado

Abstract

Diante dos recentes acidentes em barragens de mineração, a gestão de rejeitos nos empreendimentos minerários tem gerado demanda pela avaliação da viabilidade de novas metodologias e alternativas de disposição. Dentre as alternativas que englobam o desaguamento do rejeito para posterior disposição em pilhas, a filtragem tem sido amplamente estudada. Entretanto, não se tem ampla experiência na disposição destes materiais em climas úmidos como o presente no Brasil, o que gera questionamentos quanto à viabilidade e segurança deste método. O presente estudo visa elaborar uma análise de percolação tridimensional de uma estrutura de empilhamento de rejeito filtrado e, com isso, avaliar o comportamento do nível freático em seu interior considerando-se diferentes graus de compactação do material disposto. Além disso, o estudo realiza uma comparação entre metodologias para o dimensionamento do sistema de drenagem interna de pilhas. Para tanto, foi realizada a modelagem da fundação, da pilha e de seu sistema de drenagem interno Posteriormente foi realizada a calibração do modelo, para definição da malha a ser utilizada e das condições de contorno. Na análise foi considerado o modelo de solos não saturados de van Genuchten (1980), com parâmetros obtidos através de ensaios de laboratório. De posse dos resultados, pode-se concluir que o valor do coeficiente de escoamento superficial adotado no dimensionamento do sistema de drenagem por métodos analíticos possui grande influência em seu resultado, entretanto, nas análises por modelos numéricos, sua influência é negligenciável. No estudo de caso houve apenas saturação superficial da pilha no período chuvoso, o que pode não ser crítico em uma situação final de pilha, entretanto, durante o período construtivo esse fenômeno pode gerar bolsões de saturação em seu interior. Por fim, a variação do grau de compactação do rejeito não resultou em influências significativas no resultado das análises, entretanto, com um maior grau de compactação espera-se um maior coeficiente de escoamento superficial, diminuindo assim o efeito da saturação superficial na pilha. Palavras-chave: Análise de percolação. Modelo tridimensional. Rejeito filtrado. Minério de ferro. Drenagem interna.

Given the recent accidents in tailings dams, tailings management in mining projects has generated demand for the assessment of the feasibility of new methodologies and disposal alternatives. Among the alternatives that encompass the dewatering of the tailings for later disposal in dry stacks, filtration has been widely studied. However, there is not extensive experience in the disposal of these materials in wet climates such as the present in Brazil, which raises questions about the feasibility and security of this method. The present study aims to elaborate a three-dimensional seepage analysis of a dry stack pile and, with that, to evaluate the behavior of the pore pressures in its interior considering different degrees of tailings compaction. In addition, the study makes a comparison between design methodologies for the internal drainage system of piles. For that, the foundation, dry stack and its internal drainage system were modeled, and then the model was calibrated to define the mesh to be used and its boundary conditions. In the analysis, was considered van Genuchten (1980) model for unsaturated soils, with parameters obtained through laboratory tests. In possession of the results, it can be concluded that the surface runoff coefficient adopted in the design of the drainage system by analytical methods has a great influence on its result, however, in the analysis by numerical models, its influence is negligible. In the case study, there was only surface saturation of the pile in the rainy season, which may not be critical in a final stack situation, however, during the construction period this phenomenon can generate pockets of saturation inside it. Finally, the variation in the degree of compaction of the tailings did not result in significant influences on the results of the analyses, however, with a higher degree of compaction, a higher coefficient of surface runoff is expected, thus reducing the effect of surface saturation in the pile. Keywords: Seepage analysis. Three-dimensional model. Filtered tailings. Iron ore. Internal drainage system.