PPGEG - Programa de Pós-graduação em Engenharia Geotécnica

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Análise de sistema de co-disposição dos rejeitos de minério de ferro gerados na mina serra azul – Itatiaiuçu/MG.
(2018) Mohallem, Samir Della Santina; Gomes, Romero César; Magalhães, Fábio; Gomes, Romero César; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Urashima, Denise de Carvalho
Sistemas de disposição de rejeitos desaguados são estruturas que cada vez mais estão se tornado necessárias em qualquer atividade minerária. Devido a graves acidentes que ocorrem quase todos os anos no mundo, as barragens de rejeitos estão se tornando opções de disposição secundárias, principalmente quando a atividade minerária é próxima à comunidades ou áreas de interesse ambiental. Na Mina de Serra Azul, pertencente à ArcelorMittal Brasil, optou-se por estudar um sistema denominado empilhamento drenado, onde os rejeitos são separados em duas faixas granulométricas (rejeito fino e grosso) através de hidrociclones e posteriormente depositados em lentes alternadas, garantindo a estabilidade drenagem da estrutura. O método além de seguro, possui um custo de implantação baixo, podendo ser utilizado por empresas de pequeno a grande porte. Durante as fases de projeto e operacionalização da estrutura, foram executados ensaios de laboratório e campo, que corroboraram com a estabilidade da estrutura para condições drenadas, além de fornecer informações necessárias para as análises de potencial liquefação dos rejeitos. As conclusões deste trabalho mostram que quando analisados criteriosamente os processos de beneficiamentos associados com os rejeitos gerados, podem-se criar sistemas de disposição economicamente viáveis, garantindo um maior controle da estrutura e uma maior harmonia da empresa com os stakeholders.
Avaliação do regime de fluxo e da poropressão de uma barragem alteada para montante : comparação das observações de campo e da modelagem numérica.
(2017) Ribeiro, Artur Bastos; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Ferreira, Lucas Deleon; Ribeiro, Saulo Gutemberg Silva
A crescente demanda e a exploração mineral em jazidas com teores de concentração cada vez mais baixos, resultam numa produção maior do material de descarte do rejeito. Os rejeitos são em sua maioria descartados em forma de polpa, com grande volume de água em barragens de contenção. Na indústria da mineração as barragens de rejeito construídas pelo método de montante são as preferidas pela praticidade e pelo fato do material necessário à construção fazer parte do processo de produção. Apesar de não se tratar de solos de formação natural, os conceitos da mecânica dos solos são aplicados no estudo dos rejeitos. O estudo e o monitoramento das estruturas existentes se tornam essenciais para o aperfeiçoamento das técnicas de gestão e contenção de rejeitos na mineração. Os reservatórios de rejeito são estruturas heterogêneas, além de serem dinâmicas com a construção ocorrendo em etapas. A interpretação do comportamento do regime de fluxo e do desenvolvimento das poropressões ao longo da operação é desafiadora, visto que o regime pode ser influenciado por uma série de fatores, tais como: teor de ferro presente, granulometria, segregação hidráulica das partículas, concentração da polpa, taxa de disposição, etc. A proposta desta dissertação é realizar um estudo do regime de fluxo e das poropressões de uma barragem de rejeitos de minério de ferro alteada por montante. Foram avaliadas as características geotécnicas das partículas depositadas no reservatório através de ensaios de laboratório e de campo. A partir da instrumentação instalada e resultados de ensaios geotécnicos de campo, observou-se o comportamento do regime de fluxo. A partir dos parâmetros encontrados foram elaborados uma série de modelos numéricos para observar a influência da variação da permeabilidade da fundação, permeabilidade dos rejeitos, segregação da praia e construção dos alteamentos no regime de fluxo e poropressões. Posteriormente, os resultados dos modelos numéricos foram comparados com as observações de campo, ensaios geotécnicos e piezometria, para avaliação do regime real. Os resultados apresentaram indicativo da existência de fluxo verticalizado em direção a fundação. O modelo da condição 7 apresentou melhores resultados em relação as observações de campo. A condição 3 apresentou os resultados mais distantes.
Critérios de projeto para instrumentação piezométrica de diversas estruturas geotécnicas em mineração.
(2017) Cerqueira, Hélio Márcio Lopes de; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Bacellar, Luis de Almeida Prado; Gomes, Romero César; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito
Instrumentação piezométrica, como indicadores de nível d’água e piezômetros de todo tipo, são empregados no monitoramento piezométrico das variações de poro-pressão e nível do lençol freático em formações geológicas e em estruturas geotécnicas como barragens, pilhas de estéril e cavas de mineração. Em muitas ocasiões, estes instrumentos não fornecem dados confiáveis ou adequados às análises e aos dimensionamentos necessários e aos quais foram propostos. Observa-se também que o projeto de construção e instalação de um instrumento piezométrico vem sendo concebido e detalhado de forma genérica, e com isto, o propósito do monitoramento necessário não vem sendo alcançado. Este estudo propõe critérios de projeto e orientações para especificação técnica de instrumentação piezométrica em diversas estruturas geotécnica encontradas na indústria da mineração. O mesmo correlaciona os critérios de projeto propostos a um ou mais propósitos clássicos de monitoramento das variações de poro-pressão e nível do lençol freático, visando assim orientar as equipes de projeto na busca da concepção e detalhamento de instrumentos piezométricos que irão adquirir dados adequados e compatíveis com a análise ou dimensionamento necessários. Para isto, foi realizada uma consolidação das melhores práticas em monitoramento piezométrico, procedimentos de instalação e experiências de laboratório e campo, além de uma análise da especificação técnica de instrumentação e do monitoramento necessários nos diversos elementos das estruturas geotécnicas mais importantes no âmbito da mineração considerando sua função e o propósito de monitoramento.
Diretrizes de projeto de sistema de empilhamento de rejeito de minério de ferro filtrado e compactado – caso estudo: Minerita Minérios Itaúna.
(2018) Silva, Lúcio José Cerceau da; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Silva Filho, Jorge Felippe da; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Pereira, Eleonardo Lucas; Valadão, George Eduardo Sales
Atualmente, grande parte dos rejeitos gerados no beneficiamento dos minérios são dispostos em barragens, mas em função dos impactos socioambientais causados com a construção e principalmente pelos acidentes ocorridos com a ruptura dessas estruturas, as empresas têm buscado incessantemente outras alternativas que possam reduzir o seu uso. Nesse contexto a disposição de rejeito de minério de ferro com maiores teores de sólidos, tem-se apresentado como uma opção a ser avaliada e melhor compreendida. Dessa forma, o objetivo desse trabalho é apresentar diretrizes de projeto para a alternativa de empilhamento de rejeito de minério de ferro filtrado em forma de “torta”, tendo em vista a observância dos parâmetros de resistência em função das variações do teor de umidade e do grau de compactação. Para tal, foram realizadas campanhas de ensaios geotécnicos do rejeito de minério de ferro da empresa Minerita Minérios Itaúna. A geração dos dados ocorreu em duas etapas. Na primeira, o rejeito foi filtrado em filtro prensa piloto e os corpos de prova foram moldados a partir de amostras deformadas, com teor de umidade igual a 15%, em três graus de compactação (85%, 90% e 95%). Na segunda, foi construído um aterro experimental em cinco fases, permitindo a coleta de uma amostra indeformada na umidade ótima, duas no ramo seco e duas no ramo úmido da curva de compactação. Concomitante à coleta das amostras indeformadas foram coletadas amostras deformadas. Para construção desse aterro, a amostra de polpa de rejeito foi primeiramente lançada em um sump que propiciou a secagem natural, até atingir teores de umidade que permitissem o seu manuseio, espalhamento e homogeneização na área de testes. Os parâmetros aplicados à construção de cada fase do aterro experimental foram obtidos em ensaios de compactação de laboratório e de campo com variação da energia e do teor de umidade. Os corpos de prova foram extraídos das amostras indeformadas e moldados a partir das deformadas, aplicando-se à essas os parâmetros das primeiras. Os parâmetros obtidos nos ensaios geotécnicos apresentaram variações significativas, sendo superiores em amostras com maiores graus de compactação e vice-versa. As análises de estabilidade determinísticas e probabilísticas realizadas para o modelo proposto de pilha, apresentaram fatores de segurança acima de 1,5 para cenários estáticos e pseudoestáticos, com graus de compactação acima de 90% e abaixo de 1,5 para graus de compactação inferiores a 90%.
Estudo da influência do nível d´água nas análises de estabilidade dos taludes da cava da Mina do Andrade.
(2016) Paganin Neto, Miguel; Gomes, Romero César; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Figueiredo, Rodrigo Peluci de
A mineração vivenciou nos últimos anos uma expansão em grande escala devido ao desenvolvimento de novas tecnologias em relação aos métodos de explotação, lavra e beneficiamento mineral. Neste cenário, a engenharia geotécnica vem desempenhando um papel relevante nos empreendimentos mineiros, principalmente nos estudos de análises de estabilidade de taludes. A resolução do binômio entre o máximo aproveitamento econômico e a segurança do empreendimento se tornou uma análise fundamental neste cenário desafiador. O fator de segurança pode ser considerado um bom parâmetro de quantificar e qualificar a segurança de determinada seção representativa de uma análise de estabilidade de taludes. Dentre os fatores a serem considerados nestas análises, podemos citar os ângulos dos taludes individuais, ângulos gerais da cava, alturas de bancadas, dimensões das bermas, parâmetros geotécnicos dos maciços envolvidos e superfícies freáticas. A partir destes fatores, com o auxilio de programas computacionais, podemos realizar diversas análises a fim de obter o fator de segurança mais representativo. A Mina do Andrade apresentou diversos problemas de instabilidade geotécnica nos últimos anos. A grande maioria dos problemas estava relacionada aos Xistos e Quartzitos do Grupo Piracicaba, e acredita-se que o nível freático elevado seja o mecanismo propulsor destes eventos. A proposta deste trabalho consiste na determinação das superfícies freáticas que permitam a obtenção de fatores de segurança considerados aceitáveis e críticos para a cava atual e final de projeto da Mina do Andrade, considerando todos os taludes inseridos nos Xistos e Quartzitos do Grupo Piracicaba. Para isto, foram realizadas análises determinísticas da estabilidade dos taludes a partir de simulações de diversas superfícies freáticas. Os parâmetros necessários para estas análises foram obtidos a partir de campanhas de mapeamento geológico-geotécnico, descrição e caracterização de um acervo representativo de furos de sondagem, modelos geomecânicos, ensaios laboratoriais para a obtenção dos parâmetros geotécnicos e leituras de piezômetros e medidores de níveis d’água. Os resultados obtidos demonstram que os níveis d’água atuais apresentam fatores de segurança abaixo do recomendado e provavelmente variações destes níveis ocasionaram os eventos de instabilidade acima citados. As superfícies obtidas para a cava final de projeto são consistentes e coerentes com as superfícies previstas.
Estudos da viabilidade da utilização de estéreis de mina em obras de alteamento a jusante - estudo de caso: barragem de rejeitos de mirim.
(2018) Caixeta, Ana Paula Camillo; Pereira, Eleonardo Lucas; Pereira, Eleonardo Lucas; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Saliba, Aloysio Portugal Maia
O presente estudo reafirma de maneira expressiva que é possível realizar grandes obras de engenharia utilizando os materiais existentes no entorno do empreendimento. Para tal, são necessários que as etapas que consolidam o projeto final sejam rigorosamente cumpridas, como por exemplo, os estudos das fases de inventário e de viabilidade. Estes abordam o detalhamento das características do meio físico que englobam dentre outros, os estudos hidrológicos, topográficos, geológicos, geotécnicos e hidráulicos, utilizando se de investigações minuciosas e ensaios associados (como por exemplo, in situ dos tipos SPT, infiltração, perda d’água, ensaios e determinações laboratoriais de Mecânica dos Solos), que permitam juntamente com os demais estudos, processar as análises técnico econômicas comparativas entre as alternativas existentes e escolher a mais atrativa, em termos técnico e econômicos. Em alguns casos, devido ao nível de detalhamento exigido, em função do tipo de obra e das características do maciço rochoso, tornam se necessárias sondagens especiais (shelby, deep souding); ensaios de permeabilidade especial, ensaios não rotineiros (deformabilidade in situ, por exemplo) e obras experimentais, traduzidas como aterros, ensecadeiras e até mesmo, estruturas em concreto. Portanto, este estudo apresenta os resultados obtidos das investigações e ensaios realizados durante toda a fase de estudos de viabilidade técnica e econômica, demonstrando ser possível a utilização de materiais estéreis provenientes de uma cava de mineração para as obras de alteamento a jusante de uma barragem de rejeitos de mineração, levando se em consideração o fiel cumprimento das legislações vigentes, como, a Política Nacional de Segurança de Barragens; Portaria DNPM n° 70.389/2017; ABNT NBR’s n° 13.028/2017 e 13.029/2017.
Proposta de metodologia para definição dos níveis de controle da instrumentação associados aos modos de falha : estudo de caso em uma barragem para disposição de rejeito de mineração.
(2022) Marinaro, Rodrigo de Aguiar; Ferreira, Lucas Deleon; Ferreira, Lucas Deleon; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito; Maia, Karla Cristina Araújo Pimentel
No setor mineral é cada vez mais frequente a elaboração de “carta de risco” como ferramenta de gestão de segurança, principalmente após ser exigida por alguns órgãos fiscalizadores/ regulatórios de barragens, através da definição de níveis de controle da instrumentação. No entanto, a definição dos níveis de controle por meio da abordagem comumente utilizada no setor possui limitações e não deve ser utilizada isoladamente como instrumento de gestão de segurança de barragens. Este trabalho objetiva correlacionar os parâmetros avaliados aos possíveis modos de falha e, a partir de uma abordagem qualitativa e quantitativa, definir os níveis de controle da instrumentação de uma barragem de rejeito, denominada neste trabalho como Barragem-Piloto. A consistência dos dados básicos, o julgamento de engenharia com a análise crítica dos dados conjuntos da instrumentação foi fundamental e priorizado na avaliação de desempenho e comportamento da estrutura avaliada. A partir do entendimento dos mecanismos que controlam o comportamento da barragem, foi possível associar aos respectivos modos de falha aplicáveis na estrutura. Neste estudo de caso considerou-se o modo de falha instabilização, uma vez que os resultados revelaram a possibilidade de ocorrência deste modo de falha na estrutura. E com isto definiu-se os parâmetros que precisam ser monitorados. A interpretação destes parâmetros ocorreu por meio da adoção de métodos determinísticos e estatísticos. Como resultado, pode-se estabelecer zonas de aceitação ou não aceitação da leitura da instrumentação e a partir daí auxiliar na tomada de decisão e investigação de um comportamento anômalo da barragem. Sendo assim, concluiu-se que foi possível fazer uma crítica construtiva das atuais cartas de riscos usualmente utilizadas por métodos determinísticos para definição dos níveis de controles da instrumentação.
Proposta de um sistema de geolocalização para pessoas em áreas de risco de soterramento.
(2017) Farah, Leonard de Castro; Gomes, Romero César; Gomes, Romero César; Ferreira, Lucas Deleon; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito
Os eventos de rupturas de barragens, da Samarco Mineração e Herculano Mineração em Minas Gerais vitimaram 22 pessoas e proporcionaram uma profunda rediscussão destas estruturas em empreendimentos de mineração. O Corpo de Bombeiros Militar de Minas Gerais (CBMMG) foi a instituição responsável por realizar as operações de busca e de salvamento das vítimas, bem como gerenciar as operações durante a fase de emergência destes eventos. O conhecimento e a experiência obtidos na busca e resgate de pessoas soterradas nestes movimentos de massa de grandes dimensões evidenciaram a complexidade das ações e a necessidade de se adotar técnicas alternativas e mais efetivas para o resgate das vítimas em prazos menores. Num contexto de viabilidade a curto prazo, o presente trabalho propõe a implantação de um sistema de geolocalização, baseado em receptores vinculados, tal como um novo tipo de equipamento de proteção individual, a todas as pessoas inseridas em ambientes críticos de uma mineração a soterramentos, particularmente nas estruturas de disposição de rejeitos. O modelo proposto associa as vantagens da metodologia GPS com a eficiência do monitoramento pela tecnologia de radar, que é independente da ação da água ou da lama de rejeitos finos. Além da sua aplicabilidade imediata, os custos elevadíssimos das operações de busca e salvamento, retratados nos dois estudos de caso dos últimos eventos citados em Minas Gerais, avaliados neste trabalho, ratificam plenamente a viabilidade econômica imediata da proposta, com impactos sociais de extrema relevância para os trabalhadores que atuam em áreas de risco geotécnico propensas a movimentos de massa de grande porte.
Retroanálise probabilística tridimensional por equilíbrio-limite de rupturas de talude em Belo Horizonte/MG.
(2020) Bretas, Thiago Cruz; Assis, André Pacheco de; Assis, André Pacheco de; Gomes, Romero César; Barbosa, Terezinha de Jesus Espósito
Este trabalho apresenta as retroanálises probabilísticas de duas rupturas que ocorreram no mesmo talude, situado em Belo Horizonte/MG, realizadas por meio do método de equilíbriolimite em três dimensões. A encosta em questão, com aproximadamente 60 m de altura total, é composta por camada superficial de canga de minério que recobre saprolito de itabirito com intercalações de filito. A primeira ruptura estudada, ocorrida no ano de 2010, possui cerca de 35 m de altura e geometria côncava típica de escorregamento rotacional, ideal para aplicação da análise de estabilidade em 3D. A segunda ruptura avaliada, com volume de massa deslocado inferior a primeira, deu-se em dezembro de 2016, durante período de chuvas intensas. As modelagens numéricas tridimensionais, por equilíbrio-limite, foram realizadas por meio do software Slide3 da Rocscience. Para tanto, foram utilizados parâmetros de resistência determinados por ensaios de cisalhamento direto e aferidos por retroanálises. O modelo geomecânico local foi desenvolvido a partir da análise de oito furos de sondagens mistas, através do software Leapfrog da Seequent. Como as análises de estabilidade em 2D, largamente utilizadas na prática, ignoram a terceira dimensão dos taludes, os estudos em 3D foram desenvolvidos para mitigar essa simplificação. Porém, a parte gráfica da modelagem numérica, compreendendo a superfície externa e todas as camadas da geologia local, tornou-se um dos principais empecilhos na difusão da utilização desse tipo de análise. De maneira comparativa, também foi realizada a retroanálise por equilíbrio limite em duas dimensões, através do software Slide2 da Rocscience, para uma seção transversal crítica traçada no eixo de cada ruptura. Conforme esperado, pôde-se concluir que as análises de estabilidade em 2D foram mais conservadoras que as realizadas em 3D, com variação média dos fatores de segurança em torno de 10%. Apesar de ainda existirem diversos inconvenientes na aplicação plena de análises de estabilidade em 3D (como assumir que a massa pode ser dividida em colunas), estudos mostram que a diferença entre os fatores de segurança calculados pelos dois métodos pode chegar a até 30%. Com relação à retroanálises, os parâmetros de resistência ao cisalhamento encontrados em análises tridimensionais, tais que o fator de segurança seja unitário, são inferiores aos encontrados em retroanálises em 2D. Portanto, as retroanálises em 3D são, em geral, mais conservadoras. Nesse trabalho foi encontrada uma diferença de valor de coesão de 26%, comparando-se retroanálise bidimensional com a tridimensional.