Barragem de Rejeito

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ NATHALIA CHRISTINA DE SOUZA TAVARES PASSOS BARRAGEM DE REJEITO: AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS DE REJEITOS DE MINÉRIO DE FERRO UTILIZANDO ENSAIOS DE CAMPO – UM ESTUDO DE CASO CURITIBA 2009

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

NATHALIA CHRISTINA DE SOUZA TAVARES PASSOS

BARRAGEM DE REJEITO: AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS

DE REJEITOS DE MINÉRIO DE FERRO UTILIZANDO ENSAIOS DE CAMPO – UM

ESTUDO DE CASO

CURITIBA

2009

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NATHALIA CHRISTINA DE SOUZA TAVARES PASSOS

BARRAGEM DE REJEITO: AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS GEOTÉCNICOS

DE REJEITOS DE MINÉRIO DE FERRO UTILIZANDO ENSAIOS DE CAMPO – UM

ESTUDO DE CASO

Trabalho de conclusão de curso apresentado à

disciplina de Trabalho Final de Curso, como requisito

parcial à obtenção do grau de Engenheiro Civil, do

Curso de Engenharia Civil, do Departamento de

Construção Civil, do Setor de Tecnologia, da

Universidade Federal do Paraná.

Orientação: Profª. Dr. Eng. Andrea Sell Dyminski

Co-orientação: Prof. Dr. Eng. Alessander C. Morales

Kormann.

CURITIBA

2009

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“Não basta ter um sonho, é

preciso valor para torná-lo realidade.”

Page 4: Barragem de Rejeito

AGRADECIMENTOS

Nesta jornada em busca do aprimoramento profissional e pessoal sempre

contamos com o apoio de pessoas que, de uma forma ou de outra, contribuem com

esse processo. Por isso, nossas conquistas sempre são o resultado de um esforço

conjunto.

Primeiramente, a Deus pela vida, benção e proteção.

A Professora Doutora Andréa S. Dyminski, pela orientação, confiança, atenção,

carinho e exemplo de dedicação.

Ao Professor Doutor Alessander C. M. Kormann pela atenção e por

compartilhar seu grande conhecimento

Ao LAME – Laboratório de Materiais e Estruturas, unidade do LACTEC -

Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, pelo empréstimo de suas

instalações. Em especial à Roberta Bomfim Boszczowski e Luiz Alkimin de Lacerda

pela disponibilidade e profissionalismo em me ajudar.

A In Situ Geotecnia, por disponibilizar os dados necessários a este estudo.

A Ricardo Del Moro, Maiko Buzzi, Gustavo Loch e Rafael Oi, pela disposição

em ajudar nas dificuldades encontradas durante a execução deste trabalho.

A meus pais, Regina Helena de S. T. Passos e Jair Antonio S. A. Passos, por

todo o apoio recebido em todas as fases do meu desenvolvimento e responsáveis

pelo que sou hoje. E por todo investimento feito em minha formação acadêmica, sem

nunca negar esforços.

A minha avó, Erany de S. Tavares, por todo carinho e conselhos dispensados,

principalmente nas horas mais difíceis deste trabalho.

A minhas irmãs, Thereza Raquel e Martha Beatriz, por todo o amor que nos

une.

Page 5: Barragem de Rejeito

A meu namorado, Marcelo Buras, pelo amor, carinho, cuidado e apoio em todos

os momentos.

A Carina Pirolli e Celso Felipe Bora, amigos que adquiri durante o processo de

execução deste trabalho, por todos os momentos de alegrias e dificuldades

compartilhados.

A meus amigos, em especial, a Graciele Mayra Tanaka e Leonardo Chen que

sempre estiveram presentes em todos os momentos, sempre dispostos a me ajudar.

A todos que de alguma forma participaram da realização deste trabalho.

Page 6: Barragem de Rejeito

RESUMO

A extração e processamento de minério resultam na geração de elevadas

quantidades de resíduos, cuja disposição gera impacto e risco ambiental. O presente

estudo visa caracterizar os parâmetros geotécnicos do rejeito de minério de ferro

estocado numa barragem, situada no estado de Minas Gerais, utilizando resultados

de ensaios de campo como SPT, CPTu e Vane Test, realizados naquele sitio. A

avaliação estatística desses dados comprova a grande heterogeneidade do material,

de maneira que a avaliação do comportamento dos parâmetros geotécnicos devem

ser estudados. A análise conjunta dos ensaios de campo possibilitou à determinação

das equações, propostas na literatura, mais adequadas à determinação dos

parâmetros geotécnicos da barragem de rejeito em estudo. Este trabalho busca, em

um estudo de caso, correlacionar os diferentes dados obtidos por ensaios de campo

e obter os parâmetros geotécnicos mais adequados. Assim, ao considerar esses

parâmetros estudados no projeto de implantação e posteriores alteamentos da

barragem de rejeito, a estabilidade e segurança da estrutura podem ser melhor

definidas.

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 14

1.1. Importância e aplicabilidade do estudo ...................................................... 14

1.2. Objetivo do trabalho ................................................................................... 15

1.3. Organização do Trabalho ........................................................................... 15

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................... 17

2.1. Considerações iniciais ................................................................................ 17

2.2. Rejeitos de mineração ................................................................................ 17

2.3. Disposição dos rejeitos de mineração ........................................................ 18

2.4. Métodos construtivos de barragens de rejeito ............................................ 19

2.5. Estabilidade de barragens .......................................................................... 22

2.6. Característica de rejeitos de minério de ferro ............................................. 23

2.7. Sondagens a Percussão (SPT) .................................................................. 24

2.7.1. Procedimento de ensaio ...................................................................................................... 24 2.7.2. Interpretação do ensaio ....................................................................................................... 25 2.7.3. Vantagens ........................................................................................................................... 25 2.7.4. Desvantagens ...................................................................................................................... 25 2.7.5. Correções da medida NSPT ............................................................................................... 26 2.7.6. Compacidade relativa .......................................................................................................... 28 2.7.7. Ângulo de atrito interno (Φ) ................................................................................................. 29 2.7.8. Índice de densidade (Dr) e ângulo de atrito (Φ`) ............................................................... 29 2.7.9. Coesão não-drenada ........................................................................................................... 30

2.8. Ensaio de piezocone (CPTu) ..................................................................... 31

2.8.1. Procedimento de ensaio ...................................................................................................... 31

2.8.2. Fatores que afetam as medições ao longo do perfil e correções ....................................... 32

2.8.3. Identificação de materiais presentes ao longo do perfil ...................................................... 33

2.8.4. Parâmetros geotécnicos de argilas ..................................................................................... 35

2.8.5. Parâmetros geotécnicos de areias ...................................................................................... 36

2.9. Ensaio de palheta ...................................................................................... 37

2.9.1. Resultados do ensaio .......................................................................................................... 38

2.9.2. Sensibilidade das argilas ..................................................................................................... 39

3. DADOS DA BARRAGEM EM ESTUDO ............................................................ 41

3.1. Investigação geotécnica ............................................................................. 43

3.2. Ilhas de investigação .................................................................................. 43

3.3. Perfil típico ................................................................................................. 43

4. ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTÉCNICOS . 45

4.1. Sondagens SPT ......................................................................................... 45

4.1.1. Correções da medida NSPT .................................................................................................. 45

4.1.2. Compacidade Relativa dos materiais granulares ................................................................ 48

4.1.3. Ângulo de atrito interno ....................................................................................................... 50

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4.1.4. Coesão não-drenada ........................................................................................................... 54

4.1.5. Nível d`água ........................................................................................................................ 55

4.2. Ensaios de piezocone ................................................................................ 55

4.2.1. Estratigrafia ......................................................................................................................... 55

4.2.2. Análise da variabilidade dos resultados de CPTu ............................................................... 57

4.2.3. Resistência não-drenada .................................................................................................... 58

4.2.4. Razão de sobreadensamento (OCR) .................................................................................. 61

4.2.5. Compacidade relativa (Cr) .................................................................................................. 61

4.2.6. Ângulo de atrito (Φ`) ............................................................................................................ 62

4.2.7. Nível d’água ......................................................................................................................... 64

4.3. Ensaios de palheta ..................................................................................... 65

4.3.1. Resistência ao cisalhamento não-drenada ......................................................................... 65

4.3.2. Coesão não drenada ........................................................................................................... 66

4.3.3. Sensibilidade das argilas ..................................................................................................... 67

4.3.4. Razão de sobreadensamento (OCR) .................................................................................. 67

5. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS RESULTADOS DOS ENSAIOS GEOTÉCNICOS DE CAMPO ............................................................................................................. 68

5.1. Análise dos comportamentos obtidos por ensaios de SPT e CPTu ........... 68

5.2. Análise das compacidades relativas .......................................................... 69

5.3. Análise de ângulo de atrito interno ............................................................. 71

5.4. Análise da coesão não drenada ................................................................. 71

5.5. Análise da razão de sobreadensamento .................................................... 72

5.6. Análise do nível d`água .............................................................................. 72

5.7. Sondagens SPT ......................................................................................... 72

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............. 74

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 76

Anexo I - Planta da barragem de rejeito

Anexo II - Seção 02 da barragem de rejeitos estudada

Anexo III - Definição do nível d`água definido por sondagens SPT e ensaios CPTu

Anexo V - Laudos de sondagens SPT

Anexo VI - Laudos de Ensaios de CPTu

Anexo VII - Laudos de Ensaios de Vane Test

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ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1. Relação entre a extração de minério e rejeito produzido. ......................... 18

Tabela 2. Tabela dos estados de compacidade e consistência. ............................... 25

Tabela 3 Tabela de sensibilidade das argilas (Skempton & Northey, 1952). ............ 39

Tabela 4 Descrição Dos ensaios presentes nas ilhas de investigação. .................... 43

Tabela 5. Compacidade relativa de uma camada da sondagem SPT-05. ................ 49

Tabela 6. Compacidade relativa de uma camada da sondagem SPT-06. ................ 49

Tabela 7. Estimativa de ângulo de atrito em termos tensão efetiva - SPT-05. .......... 51

Tabela 8. Estimativa de ângulo de atrito em termos tensão efetiva - SPT-06. .......... 51

Tabela 9. Estimativa de ângulo de atrito em termos de compacidade relativa - SPT-

05. ............................................................................................................................. 51

Tabela 10. Estimativa de ângulo de atrito em termos de compacidade relativa - SPT-

06. ............................................................................................................................. 52

Tabela 11. Estimativa de ângulo de atrito em termos de NSPT - SPT-05. ................. 52

Tabela 12. Estimativa de ângulo de atrito em termos de NSPT - SPT-06. .................. 53

Tabela 13. Resultados de coesão não-drenada do SPT-05. ..................................... 54

Tabela 14. Resultados de coesão não-drenada do SPT-06. ..................................... 54

Tabela 15 Estratigrafia quanto a poro-pressões do CPTu-02. .................................. 56

Tabela 16. Resultados estatísticos de OCR para CPTu-02. ..................................... 61

Tabela 17. Resultados estatísticos de compacidade relativa das camadas do CPTu-

02. ............................................................................................................................. 62

Tabela 18. Resultados estatísticos de ângulo de atrito por De Mello (1971), com

base na compacidade relativa, do CPTu-02.............................................................. 63

Tabela 19. Resultados estatísticos de ângulo de atrito por Kulhawy e Mayne (1990)

das camadas do CPTu-02. ........................................................................................ 64

Tabela 20. Resultados de resistência ao cisalhamento não drenada,indeformado e

amolgado, obtidos pelo ensaio de palheta, do VT-02. .............................................. 65

Tabela 21. Resultados de fator de capacidade de carga, obtidos pelo ensaio de

palheta, do VT-02. ..................................................................................................... 65

Tabela 22. Resultados de coesão não drenada, obtidos pelo ensaio de palheta, do

VT-02. ....................................................................................................................... 66

Tabela 23. Tabela de sensibilidade dos materiais não drenantes. ............................ 67

Tabela 24 Razão de sobreadensamento da camada não drenantes. ....................... 67

Page 10: Barragem de Rejeito

Tabela 25. Descrição tátil visual dos materiais presentes na sondagem SPT-06. .... 68

Tabela 26. Descrição do comportamento drenante das camadas presentes no CPTu-

02. ............................................................................................................................. 68

Tabela 27. Resultados estatísticos de compacidade relativa do SPT-06. ................. 70

Tabela 28. Resultados estatísticos de compacidade relativa das camadas do CPTu-

02. ............................................................................................................................. 71

Page 11: Barragem de Rejeito

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1. NSPT corrigido – SPT-05. ........................................................................... 46

Gráfico 2. NSPT – corrigido SPT-06. ........................................................................... 47

Gráfico 3. NSPT corrigido – SPT-07. ........................................................................... 47

Gráfico 4. Determinação do Su, com base em valores de Nk adotados. ................... 59

Gráfico 5. Determinação do Su estimado e Su real. ................................................. 60

Gráfico 6. Determinação do Su real para uma camada não drenante do VT-02. ...... 66

Page 12: Barragem de Rejeito

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Método construtivo de montante (Fonte: VICK, 1983 por LOZANO, 2006).

.................................................................................................................................. 20

Figura 2. Método de jusante com drenagem (Fonte: NIEBLE 1976 por LOZANO,

2006). ........................................................................................................................ 21

Figura 3. Método da linha de centro (Fonte: NIEBLE, 1976 por LOZANO, 2006). .... 22

Figura 4 Áreas na ponteira do cone (Fonte: SCHNAID, 2000). ................................. 32

Figura 5. Carta de classificação de solo utilizando piezocone (Fonte: ROBERTSON,

1986 por SCHNAID, 2000). ....................................................................................... 34

Figura 6 Seção 2 da barragem de rejeito em estudo. (Fonte: Victorino, 2007). ........ 42

Figura 7. Determinação do perfil de pressão hidrostática e geração de poro pressão

em solos drenados. (Fonte: Insitu, 2006) .................................................................. 57

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14

1. INTRODUÇÃO

1.1. Importância e aplicabilidade do estudo

A atividade mineradora constitui-se numa importante atividade econômica do

Brasil e do mundo. Historicamente, a mineração foi responsável por parte da

ocupação territorial do país e hoje tem importância considerável nas riquezas do

mesmo.

Apesar dos benefícios gerados pela mineração, é inegável que o

armazenamento e a disposição dos rejeitos oriundos dessa atividade constituem-se

num grande desafio ambiental e geotécnico.

O primeiro dos desafios consiste nos impactos ambientais gerados, pois os

volumes de rejeitos produzidos durante o processo são enormes. Uma alternativa à

disposição desordenada desses rejeitos no ambiente é a sua disposição em

barragens de contenção. Além disso, os rejeitos apresentam elevado risco de

impacto ambiental em caso de acidentes, o que implica em grande controle na

construção e na operação para evitá-los.

O segundo desafio, o geotécnico, se dá devido aos rejeitos possuírem grande

variabilidade de características mineralógicas, físicas e químicas, fato que confere

distinção em relação aos geo-materiais de disposição natural. Além disso, são

estruturas de contenção muito grandes e sujeitas à ruptura.

Desta maneira, o controle e o projeto adequados são fundamentais à

segurança das barragens, do ambiente ao entorno e às populações vizinhas a estas

grandes obras.

A obtenção de parâmetros geotécnicos de camadas de solo, tais como ângulo

de atrito interno e resistência não drenada, usando resultados de ensaios de campo

é prática corriqueira nos escritórios de projeto. Porém, dependendo da correlação

usada para o cálculo destes parâmetros os resultados podem ser fortemente

afetados, o que influenciará muito o dimensionamento da estrutura em questão.

Além disso, por se tratar de materiais antrópicos com características de alta

variabilidade, esta variabilidade deve ser considerada nos projetos, em especial

adotando-se a abordagem probabilística no projeto. Para tal, é necessário se avaliar

estatisticamente esta variabilidade de parâmetros geotécnicos. Como a execução de

Page 14: Barragem de Rejeito

15

uma grande quantidade de ensaios de laboratório é quase sempre inviável, o uso de

resultados de ensaios de campo para tal análise pode ser adotada. Porém,

novamente haverá a influência da correlação escolhida na distribuição estatística do

parâmetro geotécnico calculado.

1.2. Objetivo do trabalho

Este trabalho atentou-se ao estudo dos diferentes métodos de caracterização

geotécnica de materiais constituintes de barragens de rejeito de mineração, visando

à avaliação de correlações disponíveis na literatura para o caso das barragens de

rejeitos de minério de ferro.

Em especial, o estudo se aplica a um estudo de caso de disposição de

resíduos da mineração em uma barragem de rejeito de minério de ferro em operação

no estado de Minas Gerais e que foi alteada em 2007.

1.3. Organização do Trabalho

A estrutura de apresentação deste trabalho consiste nos capítulos descritos a

seguir.

A Introdução é apresentada no Capítulo 1 e mostra a importância e a

aplicabilidade do estudo, e a organização geral do presente trabalho.

A Revisão bibliográfica dos temas abordados é apresentada no Capítulo 2.

No Capítulo 3, descrevem-se as características da barragem em estudo, bem

como os dados utilizados e a metodologia usada nas análises.

No Capítulo 4, apresenta-se a análise e a interpretação dos resultados dos

ensaios geotécnicos, bem como os estudos efetuados a obtenção dos parâmetros

geotécnicos.

A análise comparativa entre os resultados dos ensaios de campo é

apresentada no Capítulo 5.

O Capítulo 6 reúne as considerações finais deste trabalho. Adicionalmente

são propostas sugestões para pesquisas futuras.

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16

Ao final deste trabalho são apresentadas as referências bibliográficas

consultadas e citadas neste texto.

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17

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Considerações iniciais

Este capítulo apresentará as informações que direcionaram o

desenvolvimento desse estudo, no âmbito das barragens de rejeitos e suas

características geotécnicas. As questões ambientais que envolvem as barragens de

rejeitos, tal como sua construção, operação e desativação não serão abordadas por

não integrarem o escopo desta pesquisa.

O presente estudo está focado em avaliar os diferentes métodos propostos na

literatura para a determinação de parâmetros geotécnicos, por meio de correlações

com ensaios de campo.

A parte final deste capítulo é destinada às técnicas de ensaios de campo,

utilizadas na investigação geotécnica da barragem em estudo, apresentando as

características e particularidades dos mesmos.

2.2. Rejeitos de mineração

Freqüentemente, o mineral não pode ser comercializado tal como se

apresenta na natureza, sendo necessários diversos processos de tratamento da

rocha que o contém. Paralelamente ao beneficiamento do minério, ocorre,

inevitavelmente, a produção de materiais de descarte conhecidos como resíduos

estéreis e rejeitos.

De acordo com Lozano (2006) e Abraão (1979), os resíduos estéreis são

materiais sem nenhum valor econômico produzidos durante o decapeamento da

jazida, dispostos geralmente em pilhas e/ou utilizados como material de empréstimo

para construção de barreiras de contenção. Ainda de acordo com Lozano (2006) e

Abraão (1979), os rejeitos são resultantes do processo de beneficiamento físico do

minério e também eventual tratamento químico. Assim como os resíduos estéreis, os

rejeitos não possuem valor econômico, porém diferem dos rejeitos, pois estes

últimos possuem grande quantidade de água.

Na Tabela 1, proposta por Abraão (1987), apresenta-se algumas relações de

minério e rejeito gerado durante o processo de mineração.

Page 17: Barragem de Rejeito

18

Tabela 1. Relação entre a extração de minério e rejeito produzido.

Minério Rejeito

Ferro 2 1

Carvão 1 3

Fosfato 1 5

Cobre 1 30

Ouro 1 10000

Fonte: Abraão, 1987.

Segundo Lozano (2006), o tratamento e armazenamento dos resíduos sólidos

devem ser de grande significância para as empresas, pois os mesmos são os

principais impactantes ao meio ambiente das atividades mineradoras.

2.3. Disposição dos rejeitos de mineração

As empresas do setor de mineração vêm procurando novas alternativas para

a disposição dos rejeitos de forma mais econômica e segura. Isso porque, os

rejeitos, apesar de não possuírem valor econômico, são produzidos em grande

escala, o que torna imprescindível a utilização de processos sistemáticos de

disposição.

Vale ressaltar que a análise de risco dos critérios econômicos e a segurança

da barragem devem ser feitos com muita cautela.

Vale ressaltar que a segurança é o critério que deve ser priorizado em

detrimento a economia. Não é racional economizar em segurança visto que qualquer

acidente em estruturas como esta pode destruir a empresa operadora e proprietária.

Isso porque a ruptura de estruturas, como as barragens de rejeito, além de

gerarem impactos a população ao entorno, ao meio ambiente, a perda de vidas

inerente aos acidentes deste tipo, podem ainda prejudicar e falir as empresas

proprietárias e operadoras, visto as multas, indenizações, etc.

A disposição do rejeito pode ser feita a céu aberto, de forma subterrânea, ou

subaquática. Segundo Lozano (2006), a disposição a céu aberto é a forma de

Page 18: Barragem de Rejeito

19

disposição mais utilizada entre as três e pode ser feita em pilhas controladas ou por

meio de estruturas de contenção.

Segundo Motta (2008), os métodos de disposição configuram-se como fator

atípico ao comportamento geotécnico das barragens de rejeito, em relação às

barragens de terra convencionais. Isso se deve às muitas variáveis que controlam o

processo de descarga dos rejeitos, bem como às diferentes regiões de deposição

que apresentam distintas características granulométricas, mineralógicas e

estruturais.

O processo de transporte dos rejeitos mais viável e econômico é por via

hidráulica. Esses rejeitos podem ser depositados através de técnica de aterros

hidráulicos, que são aterros construídos pela técnica de hidromecanização. (CRUZ,

1996).

2.4. Métodos construtivos de barragens de rejeito

Segundo Assis (1995), barragens de rejeito são estruturas de contenção que

retêm lama e líquido e devem constituir uma estrutura estável, juntamente com sua

fundação. Devem reter inteiramente o rejeito em seu reservatório e permitir o

controle adequado de toda a água percolante, para com isso garantir requisitos de

controle da poluição, segurança, economia e capacidade limite de armazenamento.

De acordo com Victorino (2007), as barragens de rejeito podem ser

construídas com terra ou enrocamento, compactadas (material de empréstimo) ou

com o próprio rejeito da usina de beneficiamento. Normalmente é construído um

dique inicial, o qual deve ter uma capacidade de retenção de rejeitos para dois ou

três anos de operação, e posteriormente, servirá como embasamento para os

alteamentos sucessivos. Esse método construtivo torna-se atraente e viável, pois

distribui ao longo do tempo os custos envolvidos no alteamento e dá flexibilidade de

operação à mineradora.

Segundo Abraão (1987), os alteamentos podem assumir diferentes

configurações, porém geralmente são utilizados três principais métodos construtivos

de alteamento sucessivos descritos abaixo:

a) Método de montante: é o mais antigo e mais empregado. Aproveita os

rejeitos depositados como parte da estrutura. A mesma é iniciada a partir de um

Page 19: Barragem de Rejeito

20

dique ou barragem piloto e posteriormente o rejeito é lançado à montante da crista,

ao longo do seu perímetro, formando uma praia. As partículas mais grossas e

pesadas do rejeito sedimentam e se alojam nas zonas perto do dique, enquanto as

mais leves e menores são transportadas para as zonas internas da praia. O

processo de alteamento da barragem é feito sucessivamente em todo o perímetro da

bacia e esse processo é repetido até a elevação final da barragem, deslocando o

eixo da crista sempre para montante.

Os alteamentos podem ser feitos com o próprio rejeito desde que esses

contenham 40 a 50 % de areia e com alta porcentagem de sólidos pesados para que

ocorra a segregação granulométrica do rejeito (VICK, 1983 – apud LOZANO, 2006).

O esquema do processo construtivo de montante é apresentado na Figura 1.

Figura 1. Método construtivo de montante (Fonte: VICK, 1983 por LOZANO, 2006).

Segundo Chammas (1989), as principais vantagens do método de montante

são: o baixo custo; necessidade de pouco material para alteamento; rapidez nos

alteamentos e facilidade de operação. As desvantagens são: baixa segurança,

susceptibilidade a liquefação; possuir altura limitada; possibilidade de ocorrência de

“piping” 1 entre dois diques.

b) Método de jusante: consiste no alteamento para jusante a partir do dique

inicial. O eixo da crista vai se movendo a jusante conforme a construção de novos

diques. A construção pode ser feita com material de empréstimo ou com o próprio

rejeito, porém somente com sua parte grossa, que pode ser separada por ciclones.

O material é lançado no talude de jusante e devidamente compactado. Os diques

1 Piping: fenômeno de erosão interna.

Page 20: Barragem de Rejeito

21

iniciais, assim como os que o sucedem, podem ser impermeabilizados e possuir

drenagem interna.

Segundo Chammas (1989), as vantagens do método de jusante são: a

resistência a efeitos dinâmicos; por escalonar a construção sem interferir na

segurança; facilitar a drenagem, possuir baixa susceptibilidade de liquefação e

simplicidade na operação. As desvantagens são: o alto custo devido ao grande área

ocupada pelo maciço; grande quantidade de rejeito nas primeiras etapas de

construção; necessidade de emprego de ciclones.

O esquema do processo construtivo de jusante é apresentado na Figura 2.

Esse método também pode ser realizado com algumas variantes, não abordadas

neste estudo.

Figura 2. Método de jusante com drenagem (Fonte: NIEBLE 1976 por LOZANO, 2006).

c) Método de linha de centro: seu comportamento estrutural se assemelha

com ao do método de jusante. Constrói-se um dique de partida e o rejeito é lançado

perifericamente da crista do dique, formando uma praia. Os alteamentos

subseqüentes são construídos, lançando aterro sobre o limite da praia de rejeitos e

no talude de jusante do maciço de partida, nunca movendo o eixo da crista de

partida. O material de aterro pode ser de empréstimo, decape da mina ou estéril.

Segundo Chammas (1989), as vantagens do método de linha de centro são: a

facilidade construtiva; existência de um eixo constante; possuir custos compatíveis.

A principal desvantagem é a possibilidade de escorregamentos potenciais.

O método da linha de centro é um método intermediário que tenta minimizar

as desvantagens entre o método de montante e o de jusante. A Figura 3 apresenta o

esquema do método construtivo da linha de centro.

Page 21: Barragem de Rejeito

22

Figura 3. Método da linha de centro (Fonte: NIEBLE, 1976 por LOZANO, 2006).

Segundo Espósito (2000), ao relacionarem-se todos os métodos observa-se

que, em todos, é possível minimizar cada uma das suas desvantagens e riscos

relacionados aos métodos construtivos.

2.5. Estabilidade de barragens

Uma barragem é considerada segura caso seu desempenho satisfaça as

exigências de comportamento necessárias para evitar acidentes estruturais,

econômicos, ambientais e sociais.

Segundo o Manual de segurança e inspeção de barragens, uma barragem de

rejeito requer um alto grau de segurança, quando classificada em relação a perdas

materiais e ambientais. Assim, referente às análises de estabilidade interna e

externa do maciço, faz-se necessário um Fator de Segurança2 mínimo de 1,5.

De acordo com Victorino (2007), os projetos geotécnicos de barragens devem

passar pela análise de estabilidade de seus taludes, sendo para isso necessário o

conhecimento dos parâmetros geotécnicos de resistência que podem ser

determinados através de ensaios de campo e laboratório do material de rejeito e da

fundação.

A falta de conhecimento e controle dos aspectos geotécnicos ligados aos

materiais envolvidos na construção das barragens de rejeito pode desencadear

processos de instabilização de taludes RIBEIRO (1995) apud VICTORINO (2007).

Page 22: Barragem de Rejeito

23

Além disso, verifica-se, em estudos sobre segurança de barragens de rejeito nos

Estados Unidos, que os gastos com estudos preliminares, que garantam a

segurança das estruturas, são muito menores do que os custos de um eventual

acidente MELLO (1981) apud LOZANO (2006).

2.6. Característica de rejeitos de minério de ferro

Segundo Motta (2008), o processo de tratamento de minério de ferro produz

dois tipos de rejeitos, um com tendência granular e outro de tendência mais fina,

conhecido como lama. O material granular é usado como material para construção

dos alteamentos com a finalidade de conter a lama.

Também, segundo Motta (2008), em função do tipo de minério e do próprio

processo de beneficiamento adotado, os rejeitos apresentam as características

mineralógicas, geotécnicas e físico-químicas variáveis. Estes materiais apresentam

partículas de granulometria dispersa, variando de areia a colóide, tendo a fração de

areia características irregulares devido aos processos de britagem e moagem.

O uso do rejeito como material de construção de barragens exige análises

dos parâmetros geotécnicos. A prática das mineradoras tem mostrado que o uso de

rejeitos granulares como material de construção nos alteamentos gera bons

resultados, quando sua utilização é controlada geotecnicamente. Isso significa que

quando existe um controle eficaz, o uso desses rejeitos granulares na formação do

próprio barramento da barragem de rejeito tende, cada vez mais, a se incorporar à

tecnologia de construção dessas estruturas (ESPÓSITO, 2000).

Dessa maneira, os parâmetros geotécnicos, vinculados ao comportamento

das barragens de rejeito, devem ser cuidadosamente analisados, visto que variam

conforme os processos de disposição.

Essa pesquisa foca na avaliação do comportamento dos rejeitos em condição

drenada ou não drenada. Segundo Motta (2008), o comportamento não drenado é o

considerado em projetos de barragens de rejeito. Caso este fato não seja verificado,

as premissas de projeto poderão ser alteradas, principalmente no que se refere às

características de resistência, levando a um aprimoramento dos projetos atuais, com

eventual economia e aumento de área de disposição.

2 Fator de Segurança: Valor pelo quais os parâmetros de resistência devem ser reduzidos para que o talude atinja a condição de equilíbrio limite (NBR 11682 de 2006).

Page 23: Barragem de Rejeito

24

2.7. Sondagens a Percussão (SPT)

Apesar das grandes evoluções que ocorreram nos ensaios de campo in situ, o

SPT, Standard Penetration Test, é, até hoje, o ensaio de campo mais utilizado na

prática da engenharia de fundações em toda América Latina, EUA, Canadá, Reino

Unido, Japão, Austrália, Índia, Espanha, Portugal, África do Sul, Israel e outros

países. (DÉCOURT, 2002)

O SPT constitui-se em uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma

sondagem de simples reconhecimento. Além disso, permite uma indicação de

densidade em solos granulares e aplicados à identificação da consistência de solos

coesivos e mesmo rochas brandas.

Apesar dos avanços nas tecnologias dos ensaios, estes ainda não dispensam

a realização deste tipo de sondagem, muito usada para o simples reconhecimento

do perfil geotécnico. No intuito de agregar conhecimento local anteriormente

adquirido com informações baseadas em SPT, surgiram, em todo mundo,

correlações entre os resultados obtidos com os novos ensaios e os resultados SPT.

2.7.1. Procedimento de ensaio

Segundo a NBR 6484/2001, nas sondagens SPT utiliza-se um amostrador do

tipo Terzaghi-Peck, com diâmetro interno de 34,9 mm e diâmetro externo de 50,8

mm. Para efetuar a cravação do amostrador, um martelo de 65 kg é elevado a uma

altura de 75 cm acima do topo da cabeça de bater, e em seguida deixado cair

livremente. É então anotado o número de golpes necessários à cravação de cada

150 mm do amostrador, perfazendo um comprimento total cravado de 450 mm. Este

procedimento é realizado a cada metro de profundidade ao longo do furo de

sondagem.

O principal resultado do ensaio SPT é o índice de resistência à penetração

(NSPT), que consiste no somatório correspondente aos últimos 300 mm do

amostrador. Nos casos em que não ocorre a penetração dos 450 mm do amostrador

padrão, os resultados são apresentados sob a forma de frações ordinárias.

Page 24: Barragem de Rejeito

25

2.7.2. Interpretação do ensaio

A NBR 6484/2001 propõe o uso de uma tabela (Tabela 2) para correlação do

NSPT com os estados de compacidade, no caso de areias, e consistência, no caso

das argilas. No entanto, a norma não menciona quaisquer correções no valor de N.

Tabela 2. Tabela dos estados de compacidade e consistência.

Solo Índice de resistência a penetração

- N

Designação

Areias e siltes arenosos

≤ 4 Fofa (o)

5 a 8 Pouco compacta (o)

9 a 18 Medianamente compacta (o)

19 a 40 Compacta (o)

> 40 Muito compacta (o)

Argilas e siltes argilosos ≤ 2 Muito mole

3 a 5 Mole

6 a 10 Média (o)

11 a 19 Rija (o)

> 19 Dura (o)

Fonte: NBR-6484 (ABNT, 2001).

2.7.3. Vantagens

Além da simplicidade do equipamento e do baixo custo, dois outros aspectos

relevantes deste ensaio são: a possibilidade de obtenção de uma amostra amolgada

dos primeiros 45 cm de cada metro e a identificação da cota do nível d`água no

período da sondagem.

2.7.4. Desvantagens

Segundo Schnaid (2000), as principais desvantagens deste método são em

torno da diversidade de procedimentos utilizados para execução do ensaio e a

pouca racionalidade de alguns métodos de uso e interpretação dos ensaios.

Page 25: Barragem de Rejeito

26

2.7.5. Correções da medida NSPT

A simplicidade do ensaio o torna realmente atraente, mas há alguns fatores

importantes que merecem discussão mais detalhada, principalmente quanto à

padronização do ensaio de modo que os resultados obtidos com diferentes

equipamentos em diferentes partes do mundo possam ser comparados e

interpretados (CORDEIRO, 2004).

2.7.5.1. Correção de Terzaghi e Peck (1948)

Terzaghi e Peck (1948) propuseram a redução de N, quando esta for maior do

que 15. Segundo eles, quando ocorre ruptura em uma areia compacta ou em uma

argila sobreadensada saturadas, há uma tendência de dilatação que pode causar

uma poro-pressão negativa. Se a taxa de geração for maior que a taxa de

dissipação das poro-pressões, a sucção induzida aumenta a resistência ao

cisalhamento. No caso de areias finas saturadas compactas, a tendência de

dilatação que ocorre, quando cisalhadas pelo amostrador do SPT, pode causar uma

poro-pressão negativa e aumentar a resistência ao cisalhamento.

Ncorrigido= 15 + (N-15) /2 Equação 1

2.7.5.2. Correção quanto à energia do ensaio

Apesar da tentativa de padronização do ensaio em todo o mundo, as

diferenças de procedimento e equipamentos tornam possível que um mesmo solo

apresente valores de índice de resistência distintos. Isso se deve,

fundamentalmente, a significativa diferença entre o valor de energia teórica

empregada na cravação e a energia verdadeiramente transmitida às hastes.

O valor de N obtido deve ser corrigido pela equação 2.

N60 = Ehi * Ni / E60 Equação 2

Page 26: Barragem de Rejeito

27

Um ensaio realizado no Brasil, segundo a Norma Brasileira, com acionamento

manual do martelo, possui uma energia teórica de queda livre de 66%. Portanto, o

valor a ser utilizado como energia aplicada, na equação 2 de 0,66 (SCHNAID, 2000).

A prática internacional sugere normalizar o número de golpes com base no

padrão americano de N60.

2.7.5.3. Correção quanto à tensão efetiva de confinamento

Segundo Cordeiro (2004), o ensaio de SPT é essencialmente um ensaio de

cisalhamento. De forma especial em areias, tal resistência é função da tensão de

confinamento e, mesmo intuitivamente, pode ser esperado que a resistência cresça

com o acréscimo de tensão efetiva de ensaio. Considerando um solo homogêneo,

quanto maior a profundidade de ensaio, maior será a resistência ao cisalhamento e,

por conseqüência, maior será o valor obtido de N. Assim estará mais compacto o

solo que se encontrar mais superficialmente, por ser capaz de desenvolver a mesma

resistência com tensão efetiva de ensaio menor.

Desta maneira, para estimar a compacidade relativa do solo por meio do

valor de N, é necessário corrigi-lo quanto à tensão de confinamento.

Inicialmente, foi constatado por Gibbs e Holtz (1957), amplamente estudado

desde então, Liao e Whitman (1986) propuseram que o fator de correção Cn pode

ser definido como a razão entre o valor de NSPT normalizado para uma tensão efetiva

σ`v(ref) de 98,1 KPa e o valor N obtido pela tensão efetiva vertical de ensaio σ`v .

Sendo σ`v em KPa:

Cn = (98,1/ σ`v )0,5 Equação 3

Outros pesquisadores propuseram diferentes equações para a obtenção de

Cn . Segundo Skempton (1986), sendo σ`v em KPa:

Cn = 200/ (100 + σ`v ) Equação 4

De acordo com, PECK ET al. (1974) apud SKEMPTON (1986), sendo σ`v

maior que 25 KPa:

Page 27: Barragem de Rejeito

28

Cn = 0,77*log (20 / σ`v ) Equação 5

2.7.6. Compacidade relativa

A compacidade relativa (Cr) das areias pode ser estimada por meio do índice

de resistência, uma vez que trata de um fenômeno de cisalhamento e quanto mais

densa ou compacta for a areia, maior será a resistência a penetração do

amostrador-padrão.

A Tabela 2 apresentada anteriormente fornece apenas uma classificação

qualitativa do solo e é normalmente empregada pelas empresas de sondagem em

seus laboratórios (POLIDO; CASTELLO, 1999 apud CORDEIRO, 2004).

Fortes críticas foram feitas por De Mello (1971) a respeito das correlações

entre Cr e N. Uma possível explicação é o fato de que as formulações propostas na

literatura não consideram variáveis importantes como RSA, compressibilidade,

angularidade e coeficiente de uniformidade do material.

Para efeito de comparação, são apresentadas correlações entre Cr e N

considerando a tensão efetiva vertical também podem ser encontradas na literatura.

Segundo Gibbs e Holtz (1957), sendo σ`v em kPa:

N / Cr² = 16 + 0,23 * σ`v Equação 6

Segundo Yoshida ET al. (1988), sendo σ`v em kPa:

Cr = 25* ( σ`v )-0,12 * N60

0,46 Equação 7

Segundo Skempton (1986):

N60 / Cr² = 27 + 0,28 * σ`v Equação 8

Onde:

Cr = índice de densidade (expresso em decimais)

σ`v0 = tensão vertical efetiva (kN/m²).

Page 28: Barragem de Rejeito

29

2.7.7. Ângulo de atrito interno (Φ)

O ângulo de atrito interno é o principal parâmetro de resistência dos solos

granulares, uma vez que esses solos não possuem coesão real, e sua envoltória de

resistência possa ser definida como uma reta passando pela origem. (CORDEIRO,

2004).

A relação entre Φ e N sofre grande influencia da tensão de confinamento,

fator que deve ser levado em consideração na estimativa de Φ por meio de ensaios

de SPT.

Segundo Cordeiro (2004), os conceitos de Φ e de compacidade relativa,

embora fisicamente distintos, estão de certa forma ligados, de modo que o ângulo de

atrito para um dado solo será tanto maior quanto maior for sua compacidade relativa

e vice-versa. A obtenção de Φ por meio de correlações com a compacidade relativa

é questionável e não indicada.

Décourt (1989) ratificou a opinião de De Mello (1971), na qual o autor sugere

que o parâmetro de interesse (Φ) deve ser obtido por correlação direta com os

ensaios de campo (N), evitando-se fazê-lo por parâmetros intermediários, como a

compacidade relativa.

Kulhawy e Mayne (1990) propuseram uma correlação que considera a tensão

efetiva vertical. A mesma não é valida para pequenas profundidades (até 1,0m ou

2,0m). A correlação proposta se apresenta no seguinte formato (σ`v em KPa):

Φ = tan -1 [ N / (12,2 + 0,2* σ`v) ] 0,34 Equação 9

2.7.8. Índice de densidade (Dr) e ângulo de atrito (Φ`)

A obtenção do ângulo de atrito utilizando os dados fornecidos pelo SPT, parte

do princípio de que como o ensaio fornece um valor de resistência (N), pode-se

estabelecer uma correlação entre tal valor e o índice de densidade (Dr) ou ângulo de

atrito (Φ).

Page 29: Barragem de Rejeito

30

Desta forma, De Mello (1971) sugeriu a equação 10 para converter as

estimativas de índice de densidade em ângulo de atrito, não aplicando o valor de

resistência à penetração diretamente no cálculo de Φ`.

tan Φ` = 0,712 / (1,49 – Dr) Equação 10

Meyehof (1957) citado por Tonus (2009) propõe:

Φ` = 28 + 15 * Dr Equação 11

Bowles (1996) propõe uma correlação direta entre o ângulo de atrito e N70:

Φ` = 0,45* N70 + 20 Equação 12

N70= (NSPT * Energia aplicada)/0,70 Equação 13

Abaixo, são apresentadas mais duas correlações entre o ângulo de atrito e o

NSPT citadas em Tonus (2009).

Godoy (1983):

Φ` = 0,4* NSPT + 28° Equação 14

Teixeira (1996):

Φ` = (20* NSPT )0,5 + 15° Equação 15

2.7.9. Coesão não-drenada

Teixeira e Godoy (1996) apud Tonus (2009) sugerem a seguinte correlação

para a estimativa do valor da coesão não drenada (cu) com o índice de resistência à

penetração (NSPT):

cu = 10* NSPT Equação 16

Page 30: Barragem de Rejeito

31

2.8. Ensaio de piezocone (CPTu)

Nos últimos anos, o ensaio de penetração de cone (Cone Penetration Test –

CPTu) vem se consolidando internacionalmente como uma das mais importantes

ferramentas de investigação geotécnica.

No Brasil, os ensaios de piezocone são empregados desde 1950 e seu

princípio é simples. O CPTu é um ensaio de simples execução e alta produtividade,

de mínima interferência humana e onde os resultados são fornecidos continuamente

e com excelente repetitividade ao longo de todo o perfil.

Além disso, oferecem um boa estimativa dos parâmetros geotécnicos do

subsolo, avaliação estratigráfica com relação ao tipo de solo, espessura e

continuidade de camadas bem como a definição do nível d`água.

O ensaio (CPTu) consiste na cravação de uma ponteira cônica (ângulo de

vértice de 60°) e área transversal de 10 cm2 com velocidade constante no terreno.

Os ensaios, no Brasil, são realizados de acordo com a norma da ABNT NBR

12069/ 1991: Ensaio de penetração de cone “in situ” (CPT).

2.8.1. Procedimento de ensaio

Nos ensaios, a ponteira é cravada com uma velocidade de penetração

constante, aproximadamente igual a 2 cm/s. À medida que se procede a introdução

das hastes no solo, efetua-se a cada 2 cm de profundidade a aquisição contínua e

automática, sem interferência do operador.

As grandezas medidas são a resistência à penetração da ponta (qc), atrito

lateral (fs), e a medida de poro-pressão, utilizando-se um elemento poroso de bronze

sinterizado, localizado na base do piezocone (posição u2).

Essas grandezas são medidas através de instrumentação de precisão,

devidamente calibradas e instalada na extremidade do conjunto, sendo os dados

transmitidos à superfície por um sistema de ondas acústicas.

Page 31: Barragem de Rejeito

32

2.8.2. Fatores que afetam as medições ao longo do perfil e correções

Segundo Victorino (2007), o efeito da poro-pressão no valor de qc foi

identificado pela primeira vez quando o cone foi usado para pesquisas em águas

profundas, observando-se que o valor de qc não foi igual à pressão da água. Com

isso, Campanella (1982) propôs a equação 17 para correção da resistência de ponta

qc em função da poro-pressão medida na base do cone e as áreas do cone

apresentada na Figura 4.

qt = qc + (1-a).u2 Equação 17

Sendo:

qt = a resistência de ponta corrigida;

a = relação de áreas do cone (An/At).

Figura 4 Áreas na ponteira do cone (Fonte: SCHNAID, 2000).

Ainda, segundo Victorino (2007), a verticalidade do piezocone é um aspecto

importante a ser considerado. O equipamento deve estar o mais próximo à vertical,

não devendo variar mais que 2°. Para tal quase todos os equipamentos modernos

existe um inclinômetro acoplado ao equipamento que permite medir a verticalidade

do cone.

Para se obter boas leituras de poro-pressão durante o ensaio com piezocone,

o filtro, o tubo entre o filtro e o transdutor e a cavidade do transdutor devem estar

totalmente saturados com água destilada, óleo de silicone ou óleo de glicerina. Essa

saturação é obtida através da aplicação de vácuo em laboratório.

Page 32: Barragem de Rejeito

33

2.8.3. Identificação de materiais presentes ao longo do perfil

As aplicações de engenharia dos ensaios de piezocone podem ser para

classificação e estratigrafia dos solos obtenção de parâmetros geotécnicos e

aplicação direta ao projeto de fundações.

Uma observação conjunta das medidas de resistência de ponta, atrito lateral e

poro-pressões geradas durante a cravação permitem identificar camadas de subsolo

(SCHNAID, 2000).

A razão de atrito (Rf = fs / qc) é o primeiro parâmetro derivado do ensaio e

normalmente utilizado para a classificação dos solos. Esta classificação pode ser

obtida através de procedimentos gráficos que relacionam diretamente qc versus Rf .

Além disso, com os dados de poro-pressão é possível obter um segundo

parâmetro de classificação dos solos denominado Bq.

No presente trabalho, utiliza-se para a classificação dos solos o ábaco

apresentado na Figura 5, proposto por Robertson e outros (1986) que, segundo

Schnaid (2000), inclui a prática brasileira.

Page 33: Barragem de Rejeito

34

Figura 5. Carta de classificação de solo utilizando piezocone (Fonte: ROBERTSON, 1986 por

SCHNAID, 2000).

Page 34: Barragem de Rejeito

35

Para obter a classificação estratigráfica do solo, por meio desse ábaco,

devem-se conhecer os valores de qt e de Fr, onde σv0 é a tensão vertical in situ; σ’v0

é a tensão vertical efetiva in situ; u0 é a poro pressão hidrostática in situ e u2 é a poro

pressão medida na base do cone.

2.8.4. Parâmetros geotécnicos de argilas

A seguir, são apresentadas as correlações normalmente aplicadas ao ensaio

de CPTu para obtenção da resistência não-drenada, razão de sobre adensamento.

2.8.4.1. Resistência não-drenada (Su)

Segundo Dos Santos (2003), o ensaio de CPTu mede a resistência oferecida

pelo terreno à penetração do cone, dessa forma, os resultados podem ser aplicados

na previsão da resistência ao cisalhamento dos solo.

O cálculo da resistência não-drenada (Su) pode ser realizada pela aplicação

de um fator de capacidade de carga Nk ,segundo a equação 18 citada por Schnaid

(2000):

Su = (qc - σ`v0 ) / Nk Equação 18

Os valores do fator de capacidade de carga Nk podem ser adotados, com

base na literatura, de forma a estimar a resistência não-drenada. Entretanto,

aconselha-se determinar localmente o valor de Su, por meio de um ensaio de palheta

e, posteriormente, a determinação do Nk localmente.

2.8.4.2. Razão de sobreadensamento (OCR)

A razão de sobreadensamento pode ser obtida a partir da estimativa prévia de

Su. Para a determinação do OCR, Jamiolkowski ET al. (1985) apresentaram uma

relação entre este parâmetro e o Su que pode indicar as características geotécnicas

do local, sendo:

Page 35: Barragem de Rejeito

36

OCR = [Su / (0,23 * σ`v0 ) ] 1,25 Equação 19

Também, podem-se citar as equações empíricas abaixo, propostas por Chen

& Mayne (1996) e citado por Schnaid (2000).

OCR = 0,305 [(qt - σv )/ σ`v0 ] Equação 20

OCR = 0,53 [(qt - u2 )/ σ`v0 ] Equação 21

2.8.5. Parâmetros geotécnicos de areias

Este item trata da obtenção dos principais parâmetros de resistência e

deformabilidade em solos de comportamento drenado.

2.8.5.1. Compacidade relativa (Cr)

Assim, como no caso do SPT, a obtenção da compacidade relativa, por meio

do ensaio de piezocone, tem sido alvo de crítica e continua a apresentar

considerável dispersão dos resultados. (CORDEIRO, 2004).

Além disso, estudos têm mostrado que o comportamento dos solos

granulares é muito complexo para ser representado apenas pela compacidade

relativa. (LUNNE ET al., 1989). Mesmo assim, a compacidade relativa continua

sendo amplamente empregada na prática de engenharia para descrever o estado

das areias.

A previsão do índice de densidade ou também conhecido como

compacidade relativa Cr pode ser correlacionada com a resistência de ponta qc

medida no ensaio de piezocone. Posteriormente, pode-se converter o valor de Cr em

ângulo de atrito.

No cálculo da compacidade relativa, os valores de qc e σ`v0 são expressos

em t/m²:

Page 36: Barragem de Rejeito

37

Cr = -98 + 66*log10 [(qc / (σ`v0 )0,5] Equação 22

Jamiolkowski ET al. (1985) propôs a equação 23 para a estimativa da Cr em

areias normalmente adensadas de média compressibilidade, sendo Cr , qc e σ`v

expressos em kPa.

Cr = -131 + 66 * log [(qc / (σ`v )0,5] Equação 23

2.8.5.2. Ângulo de atrito (Φ`)

Segundo dos Santos (2003), várias teorias empíricas ou semi-empíricas já

foram publicadas para a interpretação de Φ`. Com base em soluções existentes em

câmara de calibração, Robertson & Campanella (1983) propuseram uma correlação

empírica entre Φ` e qc .

A equação 24 foi proposta por De Mello (1971) para a conversão do índice de

densidade em ângulo de atrito.

tan Φ` = 0,712 / (1,49 – Cr) Equação 24

A equação 25 foi apresentada por Kulhawy e Mayne (1990) para a

determinação do ângulo de atrito.

Φ` = tan -1 [0,1 + 0,38* log (qc / σ`v0)] Equação 25

Para o caso de areias sobreadensadas, é possível que se possa

superestimar o ângulo de atrito, uma vez que a compressibilidade do solo é

reduzida, o que aumenta os valores de qc obtidos durante o ensaio (DOS SANTOS,

2003).

2.9. Ensaio de palheta

O ensaio de palheta, mundialmente conhecido como Vane Test, é

empregado na determinação da resistência ao cisalhamento não-drenada do solo in

Page 37: Barragem de Rejeito

38

situ de argilas de consistência mole a rija. Assim há a necessidade do conhecimento

prévio do perfil do solo para avaliar a aplicabilidade deste ensaio a determinada

profundidade do solo (SCHNAID, 2000).

O ensaio consiste na cravação de uma palheta de seção cruciforme,

submetida a um torque necessário para cisalhar o solo por rotação em condições

não drenadas.

Após a cravação da palheta no solo, na profundidade desejada, se aplica

imediatamente o torque, com uma velocidade de 0,1 a 0,2 graus/segundo, de acordo

com a norma da ABNT NBR 10905/1989 “Ensaio de Palheta in situ”.

2.9.1. Resultados do ensaio

Este ensaio, sendo passível de interpretação analítica, assumindo a hipótese

de superfície cilíndrica, serve de referência a outras técnicas e metodologias, cuja

interpretação requer a adoção de correlações semi-empíricas.

É possível determinar a resistência ao cisalhamento não-drenada do solo Su,

também conhecida como coesão não drenada, com base no torque, de acordo com

a equação 26 deduzida para palhetas retangulares com altura igual ao dobro do

diâmetro, e assumindo uma distribuição uniforme de tensões ao longo das

superfícies de ruptura horizontais e verticais circunscritas à palheta. (SCHNAID,

2000).

3

86,0

D

MS

u

π

=

Equação 26

Sendo:

M = torque máximo medido (kN.m)

D = diâmetro da palheta (m).

Para determinar a resistência amolgada (Sur) imediatamente após a

aplicação do torque máximo são realizadas dez revoluções completas na palheta e

Page 38: Barragem de Rejeito

39

refeito o ensaio. O intervalo de tempo entre dois ensaios deve ser inferior a cinco

minutos.

O valor de resistência não-drenada amolgada (Sur) é obtido pela equação 26

utilizando-se, porém, o valor do torque correspondente à condição amolgada.

2.9.2. Sensibilidade das argilas

Segundo Schnaid (2000), o valor de sensibilidade (St) da argila é dado por:

St = Su/ Sur Equação 27

Skempton & Northey (1952) citado por Schnaid (2000), propõe a

classificação das argilas quanto à sensibilidade, conforme a tabela abaixo.

Tabela 3. Tabela de sensibilidade das argilas (Skempton & Northey, 1952).

Sensibilidade St

Baixa 2 - 4

Média 4 - 8

Alta 8 – 16

Muito Alta > 16

Fonte: Schnaid, 2000.

Complementarmente, busca-se obter informações quanto à história de

tensões do solo indicada pelo perfil da razão de sobreadensamento (OCR).

O OCR é indispensável na análise do comportamento de depósitos

argilosos.

Mesmo sendo uma relação secundária, de caráter semi-empírico, é uma

utilização adicional dos resultados de palheta, desenvolvida para obter a variação de

OCR com a profundidade, além de fornecer uma estimativa do coeficiente K0.

Um estudo estatístico de casos apresentados por Mayne & Mitchell (1988)

citado por Schnaid (2000), permitiu avaliar a aplicabilidade da correlação entre os

valores de OCR e as resistências obtidas pelo ensaio de palheta. As medidas

experimentais ajustam-se à equação 29.

Page 39: Barragem de Rejeito

40

OCR = 3,55 * (Su / σ`v0)0,66 Equação 28

Page 40: Barragem de Rejeito

41

3. DADOS DA BARRAGEM EM ESTUDO

No presente trabalho estudou-se uma barragem que recebe rejeitos e lamas

resultantes da extração de minério de ferro das minas em exploração e operação por

uma grande empresa mineradora no estado de Minas Gerais.

A barragem foi construída inicialmente com uma altura suficiente para

atender aos primeiros anos de operação, sendo alteada sucessivamente com drenos

internos em suas seções, de acordo com o avanço de lavra e conseqüente aumento

na produção de rejeitos.

A barragem de rejeitos foi construída pelo método de montante descrito no

item 2.4. Sua planta e seção típica estão apresentadas no Anexo I.

Page 41: Barragem de Rejeito

42

Figura 6 Seção 2 da barragem de rejeito em estudo. (Fonte: Victorino, 2007).

Page 42: Barragem de Rejeito

43

3.1. Investigação geotécnica

Foi realizada uma campanha de investigação geotécnica na praia e na

barragem de rejeito em estudo, executada pela empresa In Situ Geotecnia. Os

estudos tiveram o objetivo de detalhar o perfil geotécnico da área em questão com

base na seguinte campanha de investigação:

• Três (03) ensaios de sondagens SPT;

• Cinco (05) penetrações estáticas de piezocone – CPTu;

• Onze (11) ensaios de palheta.

Os ensaios realizados na área em questão estão localizados na planta da

barragem de rejeito em estudo no Anexo I.

Este trabalho aborda os estudos efetuados na seção 02 da barragem

apresentada no Anexo II.

3.2. Ilhas de investigação

Na tabela abaixo, são apresentadas as ilhas de investigação, que envolvem

sondagens SPT, ensaios de piezocone e de palheta. Observar que não são todas as

ilhas que possuem os três tipos de ensaio.

Tabela 4 Descrição Dos ensaios presentes nas ilhas de investigação.

Ilha Ensaio de CPTu Ensaio de palheta Sondagem SPT

1 CPTu-1 VT-1 SPT-5

2 CPTu-2 VT-2 SPT-6

3 CPTu-3 - SPT-7

4 CPTu-4 VT-3 -

5 CPTu-5 VT-4 -

3.3. Perfil típico

O perfil estratigráfico da seção estudada é apresentado no Anexo II. O nível

d`água obtidos nos ensaios de CPTu e sondagens SPT são apresentados no Anexo

III.

Page 43: Barragem de Rejeito

44

Os laudos de sondagens SPT, ensaios de CPTu e ensaios de palheta são

apresentados, respectivamente, nos anexos IV, V e VI.

Page 44: Barragem de Rejeito

45

4. ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS DOS ENSAIOS

GEOTÉCNICOS

Este estudo está direcionado a avaliar o comportamento do rejeito.

Basicamente, busca-se avaliar se o comportamento dos rejeitos é drenado,

característica dos materiais granulares, ou não-drenado, característica dos materiais

finos.

A característica não-drenada é o comportamento esperado, pois este é o

considerado em projetos de barragem de rejeito. Caso este fato não seja verificado,

as premissas de projeto poderão ser alteradas, principalmente no que se refere às

características de resistência, levando a um aprimoramento dos projetos atuais, com

eventual economia e aumento de área de disposição.

Para tanto, os ensaios de campo, neste capítulo, serão analisados e

interpretados.

Cintra et. al. citam Godoy (1972) para estimativas de peso específico na

ausência de ensaios de campo. Como a maior parte dos solos é misturado com

minério de ferro foi adotado os maiores valores de peso específico. Assim, o peso

específico dos materiais constituintes da barragem, para todos os ensaios, foi

considerado constante e igual a 2 tf/m³. Esse valor de peso específico é um valor

alto para solos naturais, entretanto a maior parte das camadas são constituídas de

solo misturado a de minério de ferro, o que possibilita o aumento do peso específico

estimado.

4.1. Sondagens SPT

Neste item são apresentados os resultados obtidos pelas três sondagens

SPT apresentadas no Anexo V. Estas sondagens foram estudadas por pertencerem

à seção 02, que possui o maior número de estudos.

É importante ressaltar que as sondagens SPT são obrigatórias segundo a

norma brasileira.

4.1.1. Correções da medida NSPT

Page 45: Barragem de Rejeito

46

Foram executadas as correções propostas pelas equações 1 a 5. A seguir,

são apresentados, separadamente, os resultados gráficos da aplicação das referidas

equações nos perfis de sondagem SPT-05, SPT-06 e SPT-07.

É interessante observar nos gráficos 1, 2 e 3 a variação que ocorre com o

valor do NSPT real, obtido em campo, após o tratamento feito com as equações

propostas.

Observa-se que os valores de N60, denominados nos gráficos como “NSPT

60”, que é o sugerido pela prática internacional, aliado a utilização de uma energia

teórica de queda livre de 66%, resulta em valores de resistência um pouco

superiores ao real.

As demais proposições resultam em valores de NSPT inferiores ao real.

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

NSPT corrigido

Pro

fun

did

ade

(m)

NSPT RealNSPT 60NSPT Terzaghi e Peck (1948)NSPT Gibbs e Holtz (1957)NSPT Skempton (1986)NSPT Peck et. al. (1974)

AVANÇO COM TRADO

Gráfico 1. NSPT corrigido – SPT-05.

Page 46: Barragem de Rejeito

47

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70

NSPT corrigidoP

rofu

nd

idad

e (m

)

NSPT Real

NSPT 60

NSPT Terzaghi e Peck (1948)

NSPT Gibbs e Holtz (1957)

NSPT Skempton (1986)

NSPT Peck et. al. (1974)

Gráfico 2. NSPT – corrigido SPT-06.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

NSPT corrigido

Pro

fun

did

ade

(m)

NSPT Real

NSPT 60

NSPT Terzaghi e Peck (1948)

NSPT Gibbs e Holtz (1957)

NSPT Skempton (1986)

NSPT Peck et. al. (1974)

Gráfico 3. NSPT corrigido – SPT-07.

Nos gráficos 1 e 2 observa-se altos valores de resistência a penetração no

início da sondagem. Isso é decorrente do aterro compactado, que forma o corpo do

alteamento da barragem.

Page 47: Barragem de Rejeito

48

No gráfico 3, os altos valores de resistência a penetração ao final da

sondagem, se devem a sondagem ter atingido os materiais de fundações, altamente

compactados - devido ao adensamento sofrido pela carga aplicada pelo peso próprio

da barragem.

Com base nos gráficos acima apresentados, nos quais são comparados os

diversos valores de NSPT corrigidos propostos pela literatura, pode-se perceber que

as diversas equações propostas para correção dos valores NSPT não chegam a um

consenso.

Neste trabalho, adotar-se-á prioritariamente o recomendado pela prática

internacional. Isso porque, apresentam valores de resistências tratadas superiores,

visto a baixa eficiência quanto à energia teórica de queda em acionamento manual.

4.1.2. Compacidade Relativa dos materiais granulares

Os materiais presentes nos perfis de sondagem são predominantemente

finos, ou seja com características argilosas. Apesar das equações 6 a 8 serem

propostas para materiais predominantemente granulares, as mesmas foram

utilizadas a título de estudo prévio dos materiais, futuras comparações com outros

ensaios e a validação das equações propostas na literatura para o caso das

barragens de rejeito de minério de ferro.

Em uma mesma camada, observa-se que a equação proposta por Yoshida

ET al. (1988), é a proposta que apresenta menor coeficiente de variação,

acompanhado de um menor desvio padrão.

Para realizar a avaliação estatística dos resultados, foram calculados a média,

desvio-padrão e coeficiente de variação dos mesmos.

Segundo Andriotti (2003), o coeficiente de variação é à medida que vale o

resultado da divisão do desvio-padrão pela média aritmética, cujo resultado nos

mostra o quão maior ou menor o desvio padrão é da média.

O coeficiente de variação proporciona idéia de homogeneidade das amostras

estudadas. Segundo Andriotti (2003), valores abaixo de cerca de 40% refletem

homogeneidade da amostra, enquanto valores superiores a 100% representam a

heterogeneidade da amostra.

Page 48: Barragem de Rejeito

49

Observa-se, também, que quanto mais fofo ou mole, maior o índice de vazios

e menor a compacidade relativa do material.

Nas tabelas 6 e 7, são apresentados os resultados de compacidade relativa

para todas as camadas dos perfis de sondagens, respectivamente, SPT-05 e SPT-

06.

Tabela 5. Compacidade relativa de uma camada da sondagem SPT-05.

Autor Skempton (1986) Gibbs e Holtz (1957) Yoshida ET AL (1988)

Profundidade (m)

Descrição tátil-visual Média Desvio

padrão COV (%) Média Desvio

padrão COV (%) Média Desvio

padrão COV (%)

1 Trado a seco

2 - 5

Aterro de minério fino,

muito compacto, variegado.

0,88 0,42 47,40 1,03 0,50 48,02 0,78 0,35 44,77

Tabela 6. Compacidade relativa de uma camada da sondagem SPT-06.

Autor Skempton (1986) Gibbs e Holtz (1957) Yoshida ET AL

(1988)

Prof.

(m) Descrição tátil-visual Média

Desvio

padrão

COV

(%) Média

Desvio

padrão

COV

(%) Média

Desvio

padrão

COV

(%)

1 -3

Minério fino, compacto a

muito compacto,

variegado, com veios de

pedregulhos finos.

0,95 0,20 21,50 1,15 0,25 21,92 0,82 0,16 18,99

4 - 6 Silte argiloso rijo,

variegado 0,54 0,06 11,52 0,62 0,08 12,61 0,52 0,04 8,53

7 - 9 Minério fino, fofo, preto. 0,36 0,28 77,33 0,40 0,31 77,65 0,36 0,26 70,35

10 - 24

Silte argiloso, muito mole

a médio e minério fino,

variegado.

0,22 0,08 36,48 0,24 0,09 37,08 0,25 0,08 30,90

25 - 28

Minério fino, compacto a

medianamente compacto

variegado.

0,38 0,07 18,63 0,41 0,08 18,77 0,46 0,08 16,18

Page 49: Barragem de Rejeito

50

29 - 30

Silte argiloso mole a

médio com minério fino

variegado.

0,21 0,07 33,26 0,23 0,08 33,20 0,27 0,09 31,15

31

Argila siltosa média a

dura, com pedregulhos

finos a médios,

variegados.

0,29 - - 0,31 - - 0,37 - -

32 -33

Argila siltosa média a

dura, com pedregulhos

finos a médios,

variegados.

0,33 0,09 27,27 0,36 0,10 27,78 0,43 0,11 25,58

A exemplo, os baixos coeficientes de variação na Tabela 6, de 1 a 3m,

demonstram o controle dos materiais e na compactação dos aterros envolvidos no

alteamento da barragem.

4.1.3. Ângulo de atrito interno

As equações 9 a 12, 14 e 15 analisam o ângulo de atrito a partir de dados

obtidos na sondagem, tal como NSPT e densidade relativa dos materiais.

Ao analisar os resultados de ângulo de atrito das diversas camadas das

sondagens e pelas equações propostas, observou-se que a presença de minério

misturado ao solo natural tende a aumentar os valores coeficiente de variação da

camada. E que em camadas com predominância de minério apresentam maiores

valores de desvio padrão.

Apesar das muitas incertezas associadas à sondagem SPT, os resultados de

coeficiente de variação revelam um comportamento homogêneo do material.

Segundo Andriotti (2003), valores abaixo de cerca de 40% refletem homogeneidade

da amostra.

Os resultados de ângulo de atrito, das sondagens SPT-05, por diferentes

propostas são apresentados nas tabelas 8, 10 e 12. Os resultados, para a

sondagem SPT-06, são apresentados nas tabelas 9, 11 e 13.

Page 50: Barragem de Rejeito

51

Tabela 7. Estimativa de ângulo de atrito em termos tensão efetiva - SPT-05.

Autor Kulhawy e Mayne (1990)

Profundidade (m) Descrição tátil-visual Média

(°)

Desvio

padrão

COV

(%)

1 Trado a seco - - -

2 - 5 Aterro de minério fino, muito compacto,

variegado. 51,82 15,26 29,45

Tabela 8. Estimativa de ângulo de atrito em termos tensão efetiva - SPT-06.

Autor Kulhawy e Mayne (1990)

Profundidade

(m) Descrição tátil-visual

Média

(°)

Desvio

padrão

COV

(%)

1 -3 Minério fino, compacto a muito compacto,

variegado, com veios de pedregulhos finos. 57,50 3,65 6,35

4 - 6 Silte argiloso rijo, variegado 44,13 3,16 7,16

7 - 9 Minério fino, fofo, preto. 31,48 15,63 49,65

10 - 24 Silte argiloso, muito mole a médio e minério

fino, variegado. 23,31 5,65 24,23

25 - 28 Minério fino, compacto a medianamente

compacto variegado. 34,03 4,14 12,16

29 - 30 Silte argiloso mole a médio com minério fino

variegado. 22,70 5,16 22,74

31 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos

finos a médios, variegados. 28,18 - -

32 -33 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos

finos a médios, variegados. 30,98 5,64 18,21

Tabela 9. Estimativa de ângulo de atrito em termos de compacidade relativa - SPT-05.

Autor Mello (1971) e Yoshida ET AL (1988)

Meyerhof (1959) e Yoshida ET AL (1988)

Profundidade (m) Descrição tátil-visual Média

(°) Desvio padrão

COV (%)

Média (°)

Desvio padrão

COV (%)

1 Trado a seco - - - - - -

2 - 5 Aterro de minério fino, muito compacto, 47,28 11,89 25,16 39,68 5,23 13,18

Page 51: Barragem de Rejeito

52

variegado.

Tabela 10. Estimativa de ângulo de atrito em termos de compacidade relativa - SPT-06.

Autor Mello 1971 e Yoshida ET AL (1988)

Meyerhof (1959) e Yoshida ET AL (1988)

Profundidade (m) Descrição tátil-visual Média

(°) Desvio padrão

COV (%)

Média (°)

Desvio padrão

COV (%)

1 - 3

Minério fino, compacto a muito compacto, variegado, com veios de pedregulhos

finos.

47,41 7,02 14,81 40,36 2,35 5,82

4 – 6 Silte argiloso rijo, variegado 36,23 1,26 3,48 35,76 0,66 1,85

7 - 9 Minério fino, fofo, preto. 37,21 6,59 17,72 33,47 3,85 11,50

10 - 24 Silte argiloso, muito mole a

médio e minério fino, variegado.

30,00 1,64 5,48 31,80 1,17 3,69

25 - 28 Minério fino, compacto a

medianamente compacto variegado.

34,84 2,02 5,79 34,96 1,13 3,22

29 - 30 Silte argiloso mole a médio com minério fino variegado. 30,40 1,76 5,78 32,11 1,28 3,99

31 Argila siltosa média a dura,

com pedregulhos finos a médios, variegados.

32,43 - 33,54 - -

32 - 33 Argila siltosa média a dura,

com pedregulhos finos a médios, variegados.

33,93 2,72 8,03 34,42 1,63 4,75

Tabela 11. Estimativa de ângulo de atrito em termos de NSPT - SPT-05.

Autor Bowles (1996) Godoy (1983) Teixeira (1996)

Profundidade (m)

Descrição tátil-visual

Média (°)

Desvio padrão

COV (%)

Média (°)

Desvio padrão

COV (%)

Média (°)

Desvio padrão

COV (%)

1 Trado a seco - - - - - - - - -

2 - 5

Aterro de minério fino,

muito compacto, variegado.

36,17 10,06 27,82 43,24 9,48 21,93 40,59 11,96 29,46

Page 52: Barragem de Rejeito

53

Tabela 12. Estimativa de ângulo de atrito em termos de NSPT - SPT-06.

Autor Bowles (1996) Godoy (1983) Teixeira (1996)

Prof.

(m)

Descrição tátil-

visual

Média

(°)

Desvio

padrão

COV

(%)

Média

(°)

Desvio

padrão

COV

(%)

Média

(°)

Desvio

padrão

COV

(%)

1 - 3

Minério fino,

compacto a muito

compacto,

variegado, com

veios de

pedregulhos finos.

33,58 5,88 17,51 40,80 5,54 13,58 39,93 5,24 13,12

4 - 6 Silte argiloso rijo,

variegado 26,22 0,88 3,37 33,87 0,83 2,46 32,10 1,20 3,74

7 - 9 Minério fino, fofo,

preto. 24,53 6,01 24,49 32,27 5,66 17,55 27,44 9,38 34,19

10 - 24

Silte argiloso, muito

mole a médio e

minério fino,

variegado.

21,81 1,22 5,57 29,71 1,15 3,86 23,82 2,86 12,00

25 - 30

Minério fino,

compacto a

medianamente

compacto

variegado.

26,89 2,41 8,96 34,50 2,27 6,58 32,83 3,05 9,30

31

Argila siltosa média

a dura, com

pedregulhos finos a

médios,

variegados.

24,24 - - 32,00 - - 29,14 - -

32 - 33

Argila siltosa média

a dura, com

pedregulhos finos a

médios,

variegados.

26,15 3,30 12,62 33,80 3,11 9,20 31,71 4,66 14,68

Page 53: Barragem de Rejeito

54

4.1.4. Coesão não-drenada

Considerando-se que nas sondagens aqui apresentadas somente foram

detectadas camadas de materiais finos, procederam-se os cálculos da coesão não

drenada dos materiais, executados pela equação 2.15.

As tabelas 13 e 14 apresentam os resultados de coesão não-drenada dos

perfis com diferentes estratigrafias, obtidas nas sondagens SPT-05 e SPT-06,

respectivamente.

Tabela 13. Resultados de coesão não-drenada do SPT-05.

Profundidade (m) Descrição tátil-visual Média

(kPa) Desvio padrão

COV (%)

1 Trado a seco - - -

2 - 5 Aterro de minério fino, muito compacto, variegado. 381,00 237,09 62,23

Tabela 14. Resultados de coesão não-drenada do SPT-06.

Profundidade (m) Descrição tátil-visual Média

(kPa) Desvio padrão

COV (%)

1 - 3 Minério fino, compacto a muito compacto, variegado, com veios de pedregulhos finos. 320,00 138,56 43,30

4 - 6 Silte argiloso rijo, variegado 146,67 20,82 14,19

7 - 9 Minério fino, fofo, preto. 106,67 141,54 132,69

10 - 24 Silte argiloso, muito mole a médio e minério fino, variegado. 42,67 28,65 67,15

25 - 28 Minério fino, compacto a medianamente compacto variegado. 162,50 56,79 34,95

29 - 30 Silte argiloso mole a médio com minério fino variegado. 55,00 35,36 64,28

31 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios, variegados. 100,00 - -

32 - 33 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios, variegados. 145,00 77,78 186,42

Na tabela 14, pode-se observar que os resultados de coesão, ao longo do

perfil, variam bastante conforme as camadas. Além disso, o alto coeficiente de

variação comprova que a sondagem SPT apresenta dados de pouco

Page 54: Barragem de Rejeito

55

representativos, quando considerado apenas o resultado NSPT, apesar de ser a

principal alternativa de investigação geotécnica normatizada no Brasil e no mundo, e

de propiciar a estratigrafia do terreno pela coleta de amostras deformadas.

4.1.5. Nível d`água

Foi possível determinar o nível d’água presente na seção transversal da

barragem em estudo pelas sondagens SPT. Deve-se observar que o nível d`água

obtido refere-se apenas ao nível no período de sondagens.

A determinação do nível d`água neste trabalho não tem por objetivo a

determinação do fluxo de água na barragem. Isso porque não existe como garantir

que o nível d`água presente na barragem obtida por sondagens SPT é de fato o

atuante predominantemente durante todo o período de operação.

Para a determinação do nível d`água no interior dessa barragem necessitar-

se-ia dos dados de monitoramento dos piezômetros instalados nessa barragem.

4.2. Ensaios de piezocone

Neste item são apresentados os resultados obtidos com a análise dos

ensaios de piezocone.

4.2.1. Estratigrafia

A divisão estratigráfica dos perfis baseou-se na resistência de ponta, atrito

lateral e poro-pressões. Devido à hipótese de heterogeneidade dos materiais pela

presença de minério de ferro no perfil, as camadas de solo foram divididas em

materiais de comportamento drenado e não drenado.

Os materiais de comportamento drenado remetem aos solos granulares,

enquanto os materiais não drenados a solos finos e coesivos.

A exemplo, as camadas do CPTu-02 foram divididas conforme consta na

tabela 15.

Page 55: Barragem de Rejeito

56

Tabela 15 Estratigrafia quanto a poro-pressões do CPTu-02.

Camada de Solo Profundidade inicial (m) Profundidade final (m) Comportamento

1 0,00 4,16 Drenado

2 5,36 7,58 Não drenado

3 7,6 9,88 Drenado

4 11,04 16,58 Não drenado

5 16,6 20,04 Drenado

A presença de materiais drenantes não é esperada em projetos. No caso dessa

barragem essas camadas drenantes podem ter sido estrategicamente alocadas de

forma a servirem de filtro e rebaixarem o nível d`água que se encontra relativamente

alto.

A exemplo, o perfil de poro pressão observado na figura 7 é referente ao ensaio

CPTu-05 e apresenta a linha de pressão hidrostática e poro pressão, u2, gerada

durante o ensaio ao longo de uma penetração estática de piezocone, realizado na

barragem em estudo, assim como a identificação do material.

Page 56: Barragem de Rejeito

57

Figura 7. Determinação do perfil de pressão hidrostática e geração de poro pressão em solos

drenados. (Fonte: Insitu, 2006)

Com a identificação das camadas, por furo, realizou-se uma interpolação que

delimitou na seção transversal, em estudo, do maciço as áreas de influência de cada

solo.

4.2.2. Análise da variabilidade dos resultados de CPTu

Os ensaios geotécnicos envolvem incertezas devido à variabilidade natural dos

materiais e a erros de medida durante os ensaios.

Neste trabalho, observou-se uma alta variabilidade nos dados lidos de CPTu

dentro das camadas de solo e isso demonstrou a necessidade de se realizar uma

Page 57: Barragem de Rejeito

58

análise estatística para a quantificação da variabilidade dos parâmetros geotécnicos

do maciço componente desta obra.

Para ajuste da variabilidade, foi realizada, primeiramente, uma filtragem dos

dados, a fim de retirar pontos anômalos que podem vir a interferir na identificação da

heterogeneidade real do material analisado.

O processo de filtragem baseou-se no sistema de janelas deslizantes, onde

uma faixa limitada de pontos é avaliada a cada passo, tal que os dados fora da

banda especificada sejam removidos e substituídos pela mediana dos 2 pontos

adjacentes ao filtrado, com base no desvio padrão das leituras em análise.

Além disso, alguns solos, devido às suas características de gênese e pré-

carregamento, possuem parâmetros que são diretamente influenciados pela

profundidade. Essa tendência vertical pode muitas vezes mascarar a avaliação

estatística dos dados e a correlação entre os valores. Esta tendência linear de

aumento de alguns parâmetros com a profundidade deve ser retirada do conjunto de

dados, para que a avaliação da variabilidade dos parâmetros seja realizada

corretamente. Para se retirar essa tendência dos dados é, em geral, utilizado o

método dos mínimos quadrados, gerando um conjunto com média zero, com o qual

poderão ser calculadas algumas estatísticas básicas, tais como o desvio-padrão. A

este processo dá-se o nome de “detrend” (VICTORINO, 2007).

Os métodos dos cálculos acima descritos foram executados em Victorino, 2007.

Este trabalho utilizou os resultados dos mesmos e, a partir deles, realizou as

análises de parâmetros geotécnicos dos materiais.

4.2.3. Resistência não-drenada

O cálculo da resistência não-drenada (Su) pode ser realizado pela aplicação

de um fator de capacidade de carga Nk ,segundo a equação 18. Os valores do fator

de capacidade de carga Nk podem ser adotados, com base na literatura, de forma a

estimar a resistência não-drenada.

Page 58: Barragem de Rejeito

59

No gráfico 4, utilizou-se um trecho de material não drenante (15,20m a

16,58m) do CPTU-02. Esse trecho foi escolhido devido a apresentar pequena

extensão, fato que pode tornar os resultados mais significativos. Também, porque

nessa camada foram realizados ensaios de Vane Test, o que pode proporcionar

uma correlação entre os ensaios.

O gráfico 4 pretende exemplificar o proposto na literatura, aplicado a um

trecho de material não drenante do corpo de uma barragem de rejeitos. Estimaram-

se valores para NKT e obteve-se o Su estimado a cada 2 cm do trecho, pela aplicação

da equação 18.

15

15,2

15,4

15,6

15,8

16

16,2

16,4

16,6

16,8

0 200 400 600

Su (KPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

Su para Nk=0,5

Su para Nk=1

Su para Nk=3

Su para Nk=10

Su para Nk=30

Gráfico 4. Determinação do Su, com base em valores de Nk adotados.

Pode-se observar que com a variação do Nk, o valor de Su varia bastante,

principalmente para os valores mais baixos de Nk.

Dessa maneira, explica-se a orientação da literatura de proceder-se a

determinação do Su localmente por meio do ensaio de palheta e, posteriormente, a

determinação do Nk localmente. O gráfico 5 apresenta, em conjunto, os valores de

Su estimados e os valores de Su reais obtidos pelo ensaio de palheta. Os valores de

Su estimados, a partir do cálculo de OCR, foram calculados pela aplicação das

equações 19, 20 e, a seguir, pela aplicação das equações 19 e 21.

Page 59: Barragem de Rejeito

60

A linha verde refere-se à estimativa prévia de Su com a aplicação das

equações 19 e 20. A linha azul refere-se à estimativa prévia de Su com a aplicação

das equações 19 e 21.

As linhas azul escuro e rosa, referem-se a valores de Su reais, obtidos pelos

ensaios de Vane Test. A determinação dos Su reais por ensaio, possibilitou a

determinação do Nk da camada. Com o valor de Nk calculou-se o valor de Su da

camada inteira.

15

15,2

15,4

15,6

15,8

16

16,2

16,4

16,6

16,8

0 200 400 600 800 1000 1200

Su (KPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

Su Real. Nk=5,3

Su Real. Nk=6,95

Estimativa prévia de Su Jamiolkowski et al 1985(Kpa) (b)

Estimativa prévia de Su Jamiolkowski et al 1985(Kpa) (a)

Gráfico 5. Determinação do Su estimado e Su real.

Observa-se que os valores de Su estimados são muito inferiores aos Su

obtidos nos ensaios de palheta para esta camada. Os usos dessas equações para

estimativa do Su devem ter apenas caráter prévio, sendo imprescindível a execução

dos ensaios de palheta para a determinação adequada da resistência não drenada.

Além disso, deve-se atentar que para uma mesma camada obtiveram-se dois

valores distintos de Nk, pelos ensaios de Vane Test.

Com a aplicação dos Nk obtidos na estimativa de resistência não-drenada (Su)

a cada 2 cm da camada, observou-se que mesmo possuindo valores de Nk distintos,

isso pouco influenciou no Su da camada, como se pode observar no gráfico 5. Ou

Page 60: Barragem de Rejeito

61

seja, dentro de uma mesma camada a resistência não-drenada (Su) segue uma

tendência com variações mínimas.

4.2.4. Razão de sobreadensamento (OCR)

As análises dos valores de OCR obtidos pelas equações 20 e 21 permitiram

observar que, pelas duas proposições, chega-se a resultados próximos de razão de

sobreadensamento, para os materiais não drenantes, conforme a tabela 16. O

material da barragem em sua imensa maioria é normalmente adensado, visto que

OCR é aproximadamente 1.

Tabela 16. Resultados estatísticos de OCR para CPTu-02.

Camada

OCR

(equação 20)

OCR

(equação 21)

Média Desvio padrão COV (%) Média Desvio padrão COV (%)

1 0,34 0,12 34,69 0,35 0,12 33,81

2 1,41 1,12 79,16 1,37 11,65 848,65

3 0,17 0,10 59,51 0,40 0,02 5,09

4 1,23 1,12 91,26 0,15 0,29 188,59

5 3,08 0,73 23,65 0,17 0,04 22,29

O valor de aproximadamente 3, na camada 5, justifica-se por tratar-se do

terreno de fundação.

Pode-se observar que os resultados obtidos pela equação 21 apresentam

resultados de coeficiente de variação muito altos. Segundo Andriotti (2003), valores

elevados, ou seja, superiores a 100% representam amostras com grande

heterogeneidade.

4.2.5. Compacidade relativa (Cr)

Page 61: Barragem de Rejeito

62

A previsão do índice de densidade ou também conhecido como

compacidade relativa Cr pode ser correlacionada com a resistência de ponta qc

medida no ensaio de piezocone.

Apesar das equações 22 a 23 serem propostas para materiais

predominantemente granulares, as mesmas foram utilizadas a título de estudo prévio

dos materiais, futuras comparações com outros ensaios e a validação das equações

propostas na literatura para o caso das barragens de rejeito de minério de ferro.

A utilização da equação 23, foi possível devido à determinação do OCR dos

materiais, isso porque a equação só é válida para solos granulares normalmente

adensados, de média compressibilidade. No entanto, sua validade neste caso é

questionável. Isso porque, a definição de média compressibilidade não pode ser

afirmada seguramente. A tabela 17 apresenta os resultados estatísticos de

compacidade relativa obtida pelas equações 22 e 23.

Tabela 17. Resultados estatísticos de compacidade relativa das camadas do CPTu-02.

Camada

Robertson&Campanella (1983)

Equação 22

Jamiolkowski ET AL (1985)

Equação 23

Média Desvio padrão COV (%) Média Desvio padrão COV (%)

1 0,34 0,12 34,69 0,35 0,12 33,81

2 0,30 0,17 56,22 0,42 0,03 6,52

3 0,17 0,10 59,51 0,40 0,02 5,09

4 0,42 0,22 52,13 0,45 0,03 6,17

5 0,16 0,08 52,58 0,43 0,03 6,42

Apesar da questionável utilização da proposição feita por Jamiolkowski ET al.

(1985), o coeficiente de variação resultou muito inferior ao coeficiente de variação da

proposta por Robertson & Campanella (1983). Além disso, valores de coeficiente de

variação abaixo de 40% refletiram a homogeneidade da amostra.

4.2.6. Ângulo de atrito (Φ`)

Os cálculos do ângulo de atrito podem ser correlacionados com a

compacidade relativa dos materiais definida, anteriormente. A equação 2.22

Page 62: Barragem de Rejeito

63

propostas por de Mello (1971) e citada por dos Santos (2003), é indicada

predominantemente para materiais granulares. Entretanto, como no item anterior, o

uso das mesmas foi a título de estudo prévio dos materiais, futuras comparações

com outros ensaios e a validação das equações propostas na literatura para o caso

das barragens de rejeito de minério de ferro.

Procedeu-se também ao cálculo do ângulo de atrito com base na

compacidade relativa definida para areias normalmente adensadas de média

compressibilidade. Também, se procedeu às determinações do ângulo de atrito,

considerando o material como normalmente adensado e de média

compressibilidade, pela proposta Jamiolkowski ET al. (1985). Entretanto, a validade

dessa última correlação não pode ser afirmada, visto que o uso da mesma é

questionável na definição da compacidade relativa necessária ao cálculo do ângulo

de atrito. A tabela 18 apresenta os resultados estatísticos de ângulo de atrito pelas

equações propostas por Robertson&Campanella (1983) e Jamiolkowski ET AL

(1985).

Tabela 18. Resultados estatísticos de ângulo de atrito por De Mello (1971), com base na

compacidade relativa, do CPTu-02.

Camada

Ângulo de atrito com base na compacidade

relativa proposta por

Robertson&Campanella (1983)

Ângulo de atrito com base na

compacidade relativa proposta por

Jamiolkowski ET AL 1985

Média

(graus) Desvio padrão COV (%)

Média

(graus) Desvio padrão COV (%)

1 32,00 2,60 8,13 32,02 0,62 1,95

2 31,20 3,63 11,62 33,67 0,65 1,93

3 28,40 1,83 6,45 33,16 0,49 1,47

4 34,47 5,49 15,93 34,30 0,69 2,02

5 28,26 1,80 6,38 33,85 0,21 0,62

Os coeficientes de variação para ângulo de atrito, utilizando a compacidade

relativa proposta por Jamiolkowski ET al. (1985), resultaram mais interessante, por

apresentar valores menores, que por Robertson&Campanella (1983).

Na equação 23, apresentada por Kulhawy e Mayne (1990) para a

determinação do ângulo de atrito, são correlacionados o ângulo de atrito dos

Page 63: Barragem de Rejeito

64

materiais, tensão efetiva vertical e qc. A tabela 19 apresenta os resultados

estatísticos de ângulo de atrito obtidos pela aplicação da equação 25.

Tabela 19. Resultados estatísticos de ângulo de atrito por Kulhawy e Mayne (1990) das camadas do

CPTu-02.

Camada

Angulo de atrito

Kulhawy e Mayne (1990)

Média Desvio padrão COV (%)

1 47,66 2,91 6,12

2 35,02 5,17 14,76

3 39,52 3,89 9,84

4 29,10 6,56 22,53

5 33,72 1,99 5,91

Os coeficientes de variação para ângulo de atrito por Kulhawy e Mayne (1990)

apresentaram valores de coeficiente de variação baixos, representando

homogeneidade das amostras.

Os valores de ângulo de atrito propostos por Kulhawy e Mayne (1990),

tendem a ser mais representativo, pois independem de outras correlações empíricas.

Apesar disso, as determinações do ângulo de atrito com base na compacidade

relativa apresentam coeficientes de variação inferiores aos valores de Kulhawy e

Mayne (1990). Entretanto, o uso desses últimos não é indicado, pois a correlação na

determinação da compacidade relativa não é indicada para solos finos.

4.2.7. Nível d’água

A determinação do nível d’água presente na seção transversal da barragem

em estudo foi obtida, de modo mais refinado, pelas análises dos ensaios de CPTu.

Foi observada a presença de tensões efetivas negativas no decorrer de

alguns trechos do perfil estratigráfico. Isso poderia indicar, preliminarmente, uma

capilaridade ou um fluxo de água dentro da barragem. Entretanto, este trabalho não

tem como escopo o estudo do fluxo de água dentro da barragem, tampouco o fluxo

de água dentro da mesma.

Page 64: Barragem de Rejeito

65

4.3. Ensaios de palheta

Os ensaios de palheta são indicados para camadas de solos coesivos.

Desta maneira, os ensaios foram executados somente para algumas camadas

consideradas não drenadas do perfil.

4.3.1. Resistência ao cisalhamento não-drenada

É possível determinar a resistência ao cisalhamento não-drenada do solo Su,

indeformada e amolgada, com base no torque, de acordo com a equação 26. Os

resultados de Su foram informados pela empresa In Situ Geotecnia, que realizou os

ensaios. Os resultados informados, referentes ao ensaio VT-02, são apresentados

na tabela 20.

Tabela 20. Resultados de resistência ao cisalhamento não drenada, indeformado e amolgado, obtidos

pelo ensaio de palheta, do VT-02.

Furo Profundidade

(m) Su Indeformado (kPa) Su Amolgado (kPa)

VT-02 15,50 97,04 68,22

VT-02 16,50 144,21 79,30

Pela determinação do Su, foi possível a determinação do fator de capacidade

de carga Nk, segundo a equação 18. Vale ressaltar que os dois resultados referem-

se à mesma camada do perfil, respectivamente, início e final. Com a execução do

ensaio de palheta em uma mesma camada foi possível observar que há

homogeneidade no comportamento da camada ao longo da profundidade. Na tabela

21, são apresentados os resultados de Nk.

Tabela 21. Resultados de fator de capacidade de carga, obtidos pelo ensaio de palheta, do VT-02.

Furo Profundidade (m) Nk

VT-02 15,50 5,30

VT-02 16,50 6,95

Page 65: Barragem de Rejeito

66

Ao se observar o gráfico 6, pode-se concluir, que para uma mesma camada

do perfil, obtiveram-se dois valores distintos de Nk . Entretanto, observa-se que

apesar da distinção existente nos fatores de carga do início e final da camada, há

uma homogeneidade no comportamento da camada, visto que os valores de Su

tendem a estar muito próximos.

15

15,2

15,4

15,6

15,8

16

16,2

16,4

16,6

16,8

0 200 400 600

Su (KPa)

Pro

fun

did

ade

(m)

Su Real. Nk=5,3

Su Real. NK=6,95

Gráfico 6. Determinação do Su real para uma camada não drenante do VT-02.

4.3.2. Coesão não drenada

Segundo Massad (2003), a coesão pode ser obtida em função do torque

aplicado no ensaio e o diâmetro da palheta. A equação 27 é utilizada Norma

Brasileira (NBR 10905) para o cálculo da coesão não drenada. Na tabela 22, são

apresentados os resultados.

Tabela 22. Resultados de coesão não drenada, obtidos pelo ensaio de palheta, do VT-02.

Furo Profundidade (m) Coesão (KPa)

VT-02 15,50 120,89

VT-02 16,50 179,66

Page 66: Barragem de Rejeito

67

4.3.3. Sensibilidade das argilas

Segundo Schnaid (2000), o valor de sensibilidade (St) da argila é dado pela

equação 28. Além disso, Skempton & Northey (1952) citados por Schnaid (2000),

propõem a classificação das argilas quanto à sensibilidade, conforme a tabela 3

apresentada anteriormente. Assim, obtiveram-se os resultados nos ensaios de

palheta apresentados na tabela 23.

Tabela 23. Tabela de sensibilidade dos materiais não drenantes.

Furo Profundidade (m) St Sensibilidade

VT-02 15,50 1 -

VT-02 16,50 2 Baixa

4.3.4. Razão de sobreadensamento (OCR)

Complementarmente, buscou-se obter informações quanto à história de

tensões do solo indicada pelo perfil da razão de sobreadensamento (OCR).

Utilizando a equação 29, que busca obter a variação de OCR com a profundidade,

calculou-se a razão de sobreadensamento nas camadas ensaiadas, cujos resultados

encontram-se na tabela 24.

Tabela 24. Razão de sobreadensamento da camada não drenantes.

Furo Profundidade (m) OCR

VT-02 15,50 2,64

VT-02 16,50 2,06

Page 67: Barragem de Rejeito

68

5. ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE OS RESULTADOS DOS ENSAIOS

GEOTÉCNICOS DE CAMPO

As análises comparativas apresentadas nesse item referem-se

prioritariamente para a ilha de investigação 02.

5.1. Análise dos comportamentos obtidos por ensaios de SPT e CPTu

A estratigrafia do perfil obtida pelas sondagens SPT e CPTu são

comparadas nas tabelas 25 e 26. Na das sondagens SPT, graças à coleta de

amostras deformadas, pôde-se executar a descrição tátil-visual dos materiais. Já nos

ensaios de CPTu, por não permitir a coleta de amostras, permitiu apenas a

classificação das camadas em drenadas e não drenadas, pela medida indireta da

variação da poro-pressão.

Tabela 25. Descrição tátil visual dos materiais presentes na sondagem SPT-06. Profundidade

(m) Descrição tátil-visual

1 - 3 Minério fino, compacto a muito compacto, variegado, com veios de pedregulhos

finos.

4 - 6 Silte argiloso rijo, variegado

7 - 9 Minério fino, fofo, preto.

10 - 24 Silte argiloso, muito mole a médio e minério fino, variegado.

25 - 28 Minério fino, compacto a medianamente compacto variegado.

29 - 30 Silte argiloso mole a médio com minério fino variegado.

31 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios, variegados.

32 - 33 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios, variegados.

Tabela 26. Descrição do comportamento drenante das camadas presentes no CPTu-02.

Camada Comportamento Profundidade (m)

1 Drenado 0,00 - 4,16

2 Não drenado 5,36 - 7,58

3 Drenado 7,6 - 9,88

4 Não drenado 11,04 - 16,58

5 Drenado 16,60 - 20,04

Page 68: Barragem de Rejeito

69

Observa-se que existe dificuldade na caracterização dos materiais em

relação à drenagem nas sondagens SPT, visto a presença de elementos de

comportamento que pode diferir dos solos naturais. A união dos dois tipos de

ensaios pode fornecer o verdadeiro comportamento do material.

A exemplo, a camada 3 poderia ser inicialmente definida como de material

de tendência argilosa, devido à presença de minério fino. Entretanto, o ensaio de

CPTu apresenta resultados que divergem da idéia inicial e afirmam o verdadeiro

comportamento da camada.

5.2. Análise das compacidades relativas

A análise da compacidade relativa dos materiais foi executada para todo o

perfil e visa analisar qual é o comportamento efetivo do rejeito que compõe a

barragem. Obtém-se a compacidade relativa dos materiais pela sondagem SPT e

ensaios de CPTu.

Observa-se nas tabelas 27 e 28 que os valores de densidade relativa obtida

pelas sondagens SPT divergem muito dos resultados obtidos pelos ensaios de

CPTu. Além disso, contata-se um menor coeficiente de variação na determinação da

compacidade relativa obtida pelos ensaios CPTu. Isso comprova uma melhor

qualidade de resultados fornecidos indiretamente pelo CPTu.

Page 69: Barragem de Rejeito

70

Tabela 27. Resultados estatísticos de compacidade relativa do SPT-06.

Autor Skempton (1986) Gibbs e Holtz (1957) Yoshida ET AL

(1988)

Prof.

(m) Descrição tátil-visual Média

Desvio

padrão

COV

(%) Média

Desvio

padrão

COV

(%) Média

Desvio

padrão

COV

(%)

1 -3

Minério fino, compacto a

muito compacto,

variegado, com veios de

pedregulhos finos.

0,95 0,20 21,50 1,15 0,25 21,92 0,82 0,16 18,99

4 - 6 Silte argiloso rijo,

variegado 0,54 0,06 11,52 0,62 0,08 12,61 0,52 0,04 8,53

7 - 9 Minério fino, fofo, preto. 0,36 0,28 77,33 0,40 0,31 77,65 0,36 0,26 70,35

10 - 24

Silte argiloso, muito mole

a médio e minério fino,

variegado.

0,22 0,08 36,48 0,24 0,09 37,08 0,25 0,08 30,90

25 - 28

Minério fino, compacto a

medianamente compacto

variegado.

0,38 0,07 18,63 0,41 0,08 18,77 0,46 0,08 16,18

29 - 30

Silte argiloso mole a

médio com minério fino

variegado.

0,21 0,07 33,26 0,23 0,08 33,20 0,27 0,09 31,15

31

Argila siltosa média a

dura, com pedregulhos

finos a médios,

variegados.

0,29 - - 0,31 - - 0,37 - -

32 -33

Argila siltosa média a

dura, com pedregulhos

finos a médios,

variegados.

0,33 0,09 27,27 0,36 0,10 27,78 0,43 0,11 25,58

Page 70: Barragem de Rejeito

71

Tabela 28. Resultados estatísticos de compacidade relativa das camadas do CPTu-02.

Camada

Robertson&Campanella (1983)

Equação 22

Jamiolkowski ET AL (1985)

Equação 23

Média Desvio padrão COV (%) Média Desvio padrão COV (%)

1 0,34 0,12 34,69 0,35 0,12 33,81

2 0,30 0,17 56,22 0,42 0,03 6,52

3 0,17 0,10 59,51 0,40 0,02 5,09

4 0,42 0,22 52,13 0,45 0,03 6,17

5 0,16 0,08 52,58 0,43 0,03 6,42

5.3. Análise de ângulo de atrito interno

A definição do ângulo de atrito interno dos materiais em termos de tensão

efetiva é válida para as sondagens SPT e ensaios de piezocone, pois apresentaram

baixos valores de coeficientes de variação. Entretanto, apresentaram resultados um

pouco distintos entre os dois tipos de ensaio.

O cálculo do ângulo de atrito interno dos materiais em termos de

compacidade relativa apresenta resultados distintos, quando considerados a

sondagem SPT e o ensaio de piezocone. A sondagem SPT apresentou resultados

muito elevados e que divergem das outras proposições para a determinação do

ângulo de atrito, apesar dos baixos resultados de coeficientes de variação. Assim, a

proposição do ensaio de piezocone se mostra mais adequada

A definição de ângulo de atrito por meio de resultados de resistência a

penetração,NSPT, nas sondagens SPT, é representativa: apresenta baixos

resultados de coeficientes de variação e resulta em valores próximos e inferiores aos

determinados nas outras proposições por CPTu e SPT, acima descritas.

5.4. Análise da coesão não drenada

As determinações de coesão não drenada podem ser obtidas pela

sondagem SPT e ensaios de palheta.

Os resultados obtidos mostram que a estimativa da coesão não drenada por

meio do NSPT é pouco adequada a aplicação em barragens de rejeito, por

Page 71: Barragem de Rejeito

72

apresentar valores de coeficientes de variação muito altos. Além disso, os valores

obtidos não são coerentes com os resultados obtidos pelo ensaio de palheta, visto

que este último apresenta resultados de coesão não drenada mais específicos, dada

a próprio natureza do ensaio.

5.5. Análise da razão de sobreadensamento

Buscando entender a história de tensões no perfil obteve-se resultados de

razão de sobreadensamento (OCR) pelo ensaio de piezocone e de palheta.

Entretanto, os resultados obtidos divergem entre um ensaio e outro. O

ensaio de palheta apresentou resultados superiores aos obtidos por ensaio de

piezocone. Entretanto, os valores não necessariamente devem ser iguais, visto a

diferença de natureza dos ensaios.

5.6. Análise do nível d`água

As determinações do nível d’água obtidas pelos ensaios de CPTu e

sondagens SPT, na seção transversal da barragem em estudo, foram comparadas e

apresentadas no Anexo II.

As variações observadas podem ser explicadas pelo fato de os ensaios e

sondagens terem sido executadas em períodos distintos.

5.7. Sondagens SPT

O uso de apenas três perfis de sondagem SPT individuais é muito pouco

para os estudos executados no capítulo anterior. Isso deixa a amostragem pouco

representativa. Para tais determinações seriam necessárias mais sondagens.

Na impossibilidade de se realizar mais sondagens poderiam ter sido

executadas duas sondagens de 45 cm a cada metro, de forma a aumentar a

quantidade de valores fornecidos.

Entretanto, alegar impossibilidade de execução de sondagens SPT é para

uma obra deste porte é incoerente e contra a segurança da barragem. Sondagens

SPT são simples, baratas e eficientes, além de solicitadas pela norma brasileira.

Page 72: Barragem de Rejeito

73

Pode-se observar no Anexo I que foram realizados pouquíssimos ensaios em vista

da área e do grande risco que obras como essa representam.

Page 73: Barragem de Rejeito

74

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

São inegáveis os benefícios sócio-econômicos que a atividade mineradora

proporciona ao país. Entretanto, o armazenamento e disposição dos rejeitos

oriundos dessa atividade constituem-se um grande desafio geotécnico.

Os rejeitos apresentam elevado potencial de impacto ambiental em caso de

acidentes. Além disso, a disposição dos mesmos em barragens de contenção deve

ser tratada como uma estrutura de contenção importante e sujeita à ruptura. Dessa

maneira, observa-se a relevância de um projeto adequado para essas barragens,

considerando a necessidade de cuidados no controle e segurança inerente a obras

desse tipo, principalmente, no que se refere ao ambiente e as populações vizinhas a

grandes obras como essa.

Com isso, há necessidade de se fazer um estudo geotécnico dos materiais

que constituem o corpo das barragens de rejeito, para então se realizar o projeto ou

adequações de estruturas já existentes.

A investigação geotécnica, baseada em ensaios de campo, possibilitou uma

avaliação das características do depósito, a estimativa de propriedades de

comportamento do resíduo, bem como validar as equações já existentes na literatura

quanto à aplicabilidade nas barragens de rejeito..

A variabilidade inerente a barragens de contenção de rejeito, que se

distinguem aos geo-materiais de disposição natural, torna necessário e relevante o

estudo para a validação de aplicação de equações empíricas e semi-empíricas na

definição de parâmetros geotécnicos utilizados na definição dos projetos. Deve-se

considerar que a interpretação dos resultados foi realizada através de abordagens

empíricas estabelecidas em materiais com características físicas, granulométricas e

mineralógicas definidas.

A existência de apenas três sondagens SPT nesta seção representa uma

parcela ínfima de informações ao projeto. A representatividade dos estudos seria

mais adequada se houvesse mais ensaios, ou seja, os estudos estatísticos seriam

mais confiáveis. Além disso, as sondagens SPT são muito baratas, simples, fáceis,

rápidas e exigidas pela norma brasileira, como principal método de investigação

geotécnica. Em estudos de casos, como essa barragem, a existência de mais

sondagens é imprescindível.

Page 74: Barragem de Rejeito

75

Pôde-se notar que, dependendo do critério ou correlação adotada, os

parâmetros geotécnicos calculados a partir dos ensaios de campo diferiam bastante,

o que pode afetar bastante a fase de projeto.

O uso de equações inadequadas pode gerar resultados errôneos em projeto.

Assim, constata-se que a principal dificuldade encontrada foi a limitação de algumas

formulações e inexistência de correlações especificamente desenvolvidas para estes

materiais.

Também, pode-se concluir que, embora estudos estejam sendo

desenvolvidos para avaliação do comportamento geotécnico dos resíduos de

mineração, a completa caracterização geotécnica dos resíduos ainda representa um

desafio para a mecânica dos solos. Nesse sentido, a implementação de uma

metodologia de investigação em resíduos através de ilhas de investigações,

contendo ao menos ensaios de piezocone, ensaios de palheta e sondagens SPT

demonstrou eficiência para a aplicação em áreas de mineração.

A definição de comportamento drenado e não drenado das camadas do

maciço também consiste num dilema interessante ao projetista de barragens de

rejeito. Nem sempre este tipo de indagação tem resposta trivial e uma discussão

mais aprofundada a este respeito é relevante e pode afetar muito a concepção do

projeto de alteamento, por exemplo.

Especificamente, no caso dessa barragem, são válidas as considerações

executadas no capítulo anterior, no que se refere às correlações dos ensaios e na

determinação das proposições mais adequadas a esta barragem de rejeito.

Sugere-se como trabalho futuros o estudo da estabilidade 2-D do maciço

para esta seção, assim como a estabilidade 3-D, considerando variabilidades

determinísticas e probabilísticas, com base nos dados obtidos neste trabalho.

Além disso, sugere-se o estudo das informações obtidas pela

instrumentação instalada na barragem para análises de fluxo interno e adensamento

que possa estar ocorrendo na mesma, através de uma retro-análise.

Page 75: Barragem de Rejeito

76

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Page 79: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo I

Planta da barragem de rejeito

Page 80: Barragem de Rejeito
Page 81: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo II

Seção 02 da barragem de rejeitos estudada

Page 82: Barragem de Rejeito
Page 83: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo III

Definição do nível d`água definido por sondagens SPT e ensaios CPTu

Page 84: Barragem de Rejeito
Page 85: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo IV

Laudos de sondagens SPT

Page 86: Barragem de Rejeito

Anexos

Sondagem: SPT-05.

N.A. = Não encontrado.

Profundidade (m) NSPT Descrição tátil-visual

1 - Trado a seco

2 35/20

Aterro de minério fino, muito compacto, variegado. 3 39

4 37/25

5 35/20

Page 87: Barragem de Rejeito

Anexos

Sondagem: SPT-06.

N.A. = 6,55 m.

Profundidade (m) NSPT Descrição tátil-visual

1 24 Minério fino, compacto a muito compacto, variegado, com

veios de pedregulhos finos. 2 40/25 3 24 4 17

Silte argiloso rijo, variegado 5 13 6 14 7 27

Minério fino, fofo, preto. 8 3 9 2

10 2

Silte argiloso, muito mole a médio e minério fino, variegado.

11 11 12 8 13 8 14 4 15 2 16 3 17 2 18 2 19 4 20 3 21 2 22 4 23 2 24 7 25 24

Minério fino, compacto a medianamente compacto variegado.

26 17 27 12 28 12 29 3

Silte argiloso mole a médio com minério fino variegado. 30 8

31 10 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios,

variegados. 32 9 Argila siltosa média a dura, com pedregulhos finos a médios,

variegados. 33 20

Page 88: Barragem de Rejeito

Anexos

Sondagem: SPT-07.

N.A. = 8,13 m.

Profundidade (m) NSPT Descrição tátil-visual

1 5

Minério fino, medianamente compacto a fofo, variegado.

2 4 3 2 4 10 5 6 6 2

7 3 Silte argiloso médio e minério fino, variegado. 8 7

9 9 10 3

11 6 Minério fino, pouco a mediamente compacto, variegado. 12 3

13 11 14 14

15 3

Silte argiloso, muito mole a médio, variegado.

16 10 17 2 18 4 19 6 20 5 21 8 22 3 23 2

24 37/28 Silte argiloso duro a rijo, com pedregulho fino a médio,

variegados. 25 11

26 12

Silte argiloso, rijo a duro variegado 27 27 28 23 29 34 30 22

Page 89: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo V

Laudos de Ensaios de CPTu

Page 90: Barragem de Rejeito

Resistência de ponta corrigida - qt (MPa) Atrito lateral - fs (kPa) Poro pressão - u (kPa)

Pro

fund

idad

e (m

)

Razão de atrito - FR (%) Estratigrafia

0

2

4

6

8

0 5 10 15 20 25

0

2

4

6

8

0 50 100 150 200 250

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10

0

2

4

6

8

-100 0 100 200 300 400

Pré furo Pré furo Pré furo Pré furo

0

2

4

6

8

0

6

3

6

BARRAGEM DE REJEITOS DE MINÉRIO DE FERROMINAS GERAIS - BRASIL

DATA 28/10/2005 IDENT CPTu-02 Profundidade (m) 20,04

OBRA

Pro

fund

idad

e (m

)

LOCAL

10

12

14

16

18

20

10

12

14

16

18

20

10

12

14

16

18

20

10

12

14

16

18

20

Pré furoPré furoPré furoPré furo

10

12

14

16

18

20

Pré furo Pré furo Pré furo Pré furo

6

3

6

3

6

Page 91: Barragem de Rejeito

Anexos

Anexo VI

Laudos de Ensaios de Vane Test

Page 92: Barragem de Rejeito

Diâm. da Palheta: 100x50 0,00 -Cota do furo: 904,410 Torque Ind. (Nm): 100,29 -Prof. Perfur. (m): 10,80 219,63 -

Diâm. da Palheta: 100x50 0,00 0,00Cota do furo: 904,410 Torque Ind. (Nm): 44,31 31,15Prof. Perfur. (m): 15,50 97,04 68,22

Data : 21/01/06 VT-02Folha : 01/02

Su Ind. (kPa):

Su Amol. (kPa):

Atrito Amol. (Nm):Torque Amol. (Nm):Su Amol. (kPa):

Atrito Ind. (Nm): Atrito Amol. (Nm):Torque Amol. (Nm):

Su Ind. (kPa):

Atrito Ind. (Nm):

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

To

rqu

e (N

.m)

Graus

indeformado amolgado

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

To

rqu

e (N

.m)

Graus

indeformado amolgado

Page 93: Barragem de Rejeito

Diâm. da Palheta: 100x50 0,00 0,00Cota do furo: 904,410 Torque Ind. (Nm): 65,85 36,21Prof. Perfur. (m): 16,50 144,21 79,30

Data : 21/01/06 VT-02Folha : 02/02

Atrito Ind. (Nm): Atrito Amol. (Nm):Torque Amol. (Nm):

Su Ind. (kPa): Su Amol. (kPa):

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

To

rqu

e (N

.m)

Graus

indeformado amolgado