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1. Introdução

A mineração consiste em uma das atividades que mais têm potencial de impacto sobre

o meio ambiente, sendo que a falta de controle ambiental pode ocasionar diversos conflitos de

ordem sócio-ambiental, dado que os impactos ao ecossistema interferem nas comunidades

humanas. Para garantir o equilíbrio entre a indústria, a natureza e a sociedade, vêm-se

destacando cada vez mais o desenvolvimento e a aplicação de técnicas e tecnologias para

minimizar os impactos ambientais.

Os resíduos sólidos são os principais responsáveis pelos impactos ambientais na

mineração. O tratamento e armazenamento desses materiais devem ser feitos em atendimento

às normas ambientais e, obviamente, também aos interesses das empresas, dado que, em se

tratando de uma atividade sem retorno financeiro, é necessário reduzir ao máximo os custos e

os riscos.

Os resíduos sólidos da mineração podem ainda ser de dois tipos: estéreis e rejeitos. Os

primeiros provêm do decapeamento da jazida, e são dispostos em pilhas, os segundos são

resultantes do beneficiamento do minério, e contém elevado grau de toxicidade, sendo

contaminado com metais pesados, reagentes etc.

As barragens de rejeitos são estruturas cuja finalidade é reter os rejeitos sólidos e a

água de processamento de minério. O seu planejamento começa com a escolha de um local

apropriado para a implantação, sendo que alguns dos critérios que mais influenciam a obra

são: características geológicas, hidrológicas, topográficas, geotécnicas, ambientais, sociais, e

avaliação de riscos. Procede-se, então, com a construção da barragem propriamente dita, com

sua operação, e com seu fechamento definitivo, chamado descomissionamento, bem como de

alguns cuidados pós-desativação necessários.

Neste trabalho, visa-se conhecer mais sobre essa importante área da mineração,

apresentando, de forma geral, as principais técnicas de disposição, métodos de alteamento e o

descomissionamento das barragens de rejeito.

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2. Rejeitos

Rejeitos constituem-se de partículas sólidas que resultam de processos de britagem,

moagem, e do tratamento químico do minério, sem nenhum valor econômico. A

granulometria dos rejeitos varia em função do tipo de minério. Seu transporte para os locais

de disposição é feito por meio de tubulações, gravidade ou bombeamento, com alguma

quantidade de água. Chama-se polpa a suspensão de rejeitos e água, sendo que a porcentagem

de água gira em torno de 70%.

A disposição dos rejeitos pode ser feita a céu aberto, de modo subterrâneo ou

subaquático. A disposição subaquática não é muito utilizada pelos problemas ambientais que

gera; os impactos aos ecossistemas aquáticos são negativos e algumas vezes irreversíveis. A

disposição subterrânea é feita em câmaras que restam depois da extração do minério, de modo

que os rejeitos são bombeados na maioria dos casos e depositados e depositados preenchendo

essas câmaras. A disposição mais comum é a céu aberto, e pode ser feita em pilhas

controladas ou em estruturas de contenção localizadas em bacias ou vales. Também existem

disposições dos rejeitos vinculadas com os sistemas de extração do minério, por deposição

subterrânea e a céu aberto, caso em que os rejeitos formam camadas de fundação para os

equipamentos de extração. Neste trabalho são estudados os métodos de disposição a céu

aberto.

Segundo Vick (1983) apud Lozano (2006), a estrutura de contenção é constituída

levantando-se inicialmente um dique de partida com solo de empréstimo, o qual deve ter uma

capacidade de retenção de rejeitos para dois ou três anos de operações da lavra. Os estágios

posteriores (alteamentos) podem ser construídos com material de empréstimo, com estéreis,

por deposição hidráulica de rejeitos ou por ciclonagem dos mesmos rejeitos.

3. Técnicas de Disposição

Os rejeitos, advindos do processamento do material lavrado, seguem para disposição

em barragens. A execução racional e eficiente desse procedimento exige a observação de

determinadas técnicas de disposição.

A técnica de disposição do rejeito está essencialmente ligada ao modo com que os

rejeitos se comportam no futuro, já que após a deposição ocorre naturalmente a segregação do

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tamanho da partícula dependendo principalmente do teor de sólidos dos rejeitos. Os principais

processos de disposição do rejeito em barragens são canhões, ciclones (hidrociclones) e

spray bars, havendo também os métodos de disposição por empilhamento.

3.1. Canhão (Spigots)

A disposição em canhão é realizada a partir de hidromotores em uma seqüência de

tubulações menores perpendiculares à tubulação principal (spigots), tais como hidrociclones

ou canhões propriamente ditos. Os rejeitos são dispostos ao longo do perímetro da barragem,

constituindo praias entre o aterro e a lagoa de decantação, podendo ser feita por motores

múltiplos em torno da barragem ou ainda com descarga pontual formando uma única praia.

Figura 01-a Deposição em Canhão/ Spigots

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Figura 01-b Deposição em Canhão/ Spigots

A instalação do sistema de canhões é de simples instalação, mas de operação

complexa. Isso se dá devido à não uniformidade nos pontos de lançamentos, formação de

poços de lama e água, aumento da deformabilidade e condutividade hidráulica, influenciando

negativamente a formação das praias, bem como afetando a resistência dos rejeitos.

O lançamento feito por spigots produz duas zonas distintas em barragens alteadas,

uma zona que começa na superfície e vai até certa profundidade, com característica mais

granular, com considerável grau de compactação e a segunda zona começa onde termina a

primeira camada e vai até a fundação, com rejeito mais coeso. Não há ainda critérios

sistemáticos para o controle de lançamento dos canhões, como em relação ao tipo de rejeito e

as velocidades e os pontos de espigotamento. É necessário que se controle o comprimento da

praia, pois ela não deve ser muito estreita a fim de não comprometer a estabilidade da

barragem.

O emprego dessa técnica associada ao método de alteamento de montante mostra-se de

simples execução e de reduzidos custos operacionais, sendo a alternativa mais atrativa para as

mineradoras. Não obstante, problemas podem ocorrer, em especial de ordem construtiva e de

segurança devido à falta de controle das varáveis geotécnicas do rejeito e das características

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de descarga durante o lançamento. Desse modo, há carência de estudos que venham a

otimizar esse processo a partir do estudo e descoberta de características do aterro gerado, que

possam contribuir para o melhor controle do mesmo.

3.2. Ciclones ou Hidrociclones

Quando o rejeito não se encontra em estado adequado em relação a determinadas

características, como a sua distribuição granulométrica, resistência e permeabilidade, as quais

dependem diretamente da natureza do minério e do processo de beneficiamento que este sofre

na planta, ele deve ser tratado por meio de ciclonagem que é realizada em equipamentos

conhecidos como hidrociclones, que separam as frações granulométricas dos rejeitos,

contanto que não haja diferenças de densidades relativas entre as frações granulométricas.

O hidrociclone proporciona um ótimo processo dado que: a) separa a água da polpa,

visando a recirculação da mesma no processo industrial; e b) classifica as partículas por

tamanho. A classificação se dá quando o material fino chamado de overflow (lamas) segrega-

se do material mais grosseiro chamado de underflow (rejeito granular). Esse processo pode

ocorrer na planta de beneficiamento ou próxima ao ponto de lançamento na barragem.

O rejeito granular é empregado como material de construção, fornecendo um aumento

na estabilidade da estrutura pela manutenção do alto coeficiente de permeabilidade do maciço,

evitando que o material fino se incorpore ao aterro de construção.

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Figura 02 Deposição por Ciclonagem em uma Barragem

3.3. Spray Bars

Na técnica de disposição de rejeitos com barras aspersoras (spray bars), tubos são

dispostos longitudinalmente ao longo da praia, com pequenos furos distribuídos ao longo de

seu comprimento. Esta técnica tem como objetivo reduzir a pressão no lançamento da polpa

na barragem, reduzindo, desta forma, o arraste das partículas solidas e melhorando a

segregação hidráulica dos rejeitos. Conseqüentemente irá diminuir a variabilidade dos

parâmetros de resistência, deformabilidade e condutividade hidráulica dos rejeitos ao longo da

formação da praia, aumentando ainda sua declividade.

Figura 03-a Deposição por Spray Bar

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Figura 03-b Deposição por Spray Bar

3.4. Empilhamento a Seco (Dry Stacking)

A característica principal do rejeito em pasta é o seu baixo teor de água obtido a partir

de prévio espessamento ou desaguamento dos resíduos. O rejeito apresenta-se em uma massa

não saturada que não é facilmente bombeada.

O empilhamento a seco se dá pela deposição sucessiva dos resíduos sobre leitos do

próprio resíduo. Demonstra vantagens expressivas em relação ao tradicional depósito a úmido

(em pasta).

É indispensável que se preveja a inclinação do depósito formado pelos resíduos para

garantir a máxima eficácia do seu acúmulo em reservatórios. Entre outros parâmetros, a

inclinação também é função de propriedades reológicas como a viscosidade e a tensão no

ponto de escoamento. A existência de um valor de tensão no ponto de escoamento é

fundamental para a viabilidade do empilhamento a seco do resíduo já que esta propriedade

está intimamente ligada à imobilidade do material depositado e um valor adequado de tensão

no ponto de escoamento é um indicativo de que não ocorrerá segregação de partículas por

tamanho (a pilha de resíduos será homogênea) e de que a pilha terá o ângulo de repouso

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requerido. Outra característica da tensão no ponto de escoamento é obtida comparando sua

variação com a concentração de resíduos de diversos minerais, como manganês, ouro, níquel,

carvão e de amostras de lama vermelha provenientes de várias localidades. Observa-se um

aumento exponencial da curva para todos eles, o que significa que para cada material existe

um valor de concentração a partir da qual a tensão no ponto de escoamento cresce muito

rapidamente. Isto requer um cuidado especial na escolha das bombas já que valores elevados

de tensão podem até impossibilitar a partida das mesmas. Por outro lado, o valor de tensão no

ponto de escoamento deve ser tal que permita que o transporte do fluido ocorra em fluxo

laminar, sem haver sedimentação dentro da tubulação.

Existe um valor ótimo de concentração em que a energia requerida para o

bombeamento é mínima. Nesta concentração, o fluxo se encontra na região de transição entre

laminar e turbulento.

Várias empresas utilizam a técnica de dry stacking em várias partes do mundo, com

algumas variações. No período da reabilitação da área utilizada como depósito, é comum

colocar um capeamento antes de receber a cobertura vegetal que irá revestir o reservatório.

Logo, normalmente se permite o desenvolvimento de uma crosta superficial ressecada,

decorrente da exposição solar, para suportar trabalhadores e equipamentos. Isto ressalta ainda

mais a necessidade do estudo dos processos e efeitos do ressecamento no comportamento dos

resíduos.

Figura 04 Deposição por Dry Stacking

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3.5. Empilhamento em Pasta (Wet Disposal)

Os rejeitos em pasta são definidos como misturas consistentes e viscosas de rejeitos

sólidos e água que não se agrega ao ser transportada.

Os rejeitos podem ser dispostos em diversos estados físicos como polpa, pasta ou

torta, que dependem da intensidade do processo de desaguamento antecedente. Os rejeitos em

pasta são preparados com o desaguamento mecânico, normalmente realizado em espessadores

de grande porte apresentando forma tronco-cônica (sem adição de floculantes), a fim de

aumentar a sedimentação. Os espessadores passaram a apresentar formas cônicas, de reduzida

área transversal, em relação à altura.

Para melhoria das condições de resistência da pasta, ela é encaminhada a uma planta

específica adicional, para sua preparação por meio da adição de outros materiais componentes

(estéril, areia e/ou cimento), além de seus condicionantes. Costuma-se espessar os rejeitos em

pasta a partir de acréscimos de aditivos, como agentes hidratantes, que os levam a apresentar

estado plástico, passando a ter consistência típica de materiais de alta densidade e viscosidade,

não ocorrendo segregação ou liberação de água na disposição.

Ao longo da última década, a técnica de disposição de rejeito em pasta vem ganhando

maior aceitação, sendo seu uso muito difundido na mineração, desde que as primeiras plantas

modernas foram construídas no Canadá. Foi praticada na Austrália para disposição do rejeito

de bauxita, e de alumina gerada no processo Bayer, com uso de espessadores de alta

densidade para produção de pastas não-segregáveis. A tecnologia de pastas de rejeito

progrediu principalmente através de pesquisa baseada em sua disposição subterrânea, mas

também apresentando elevado potencial para sua disposição em superfície. Esse uso em

superfície é de grande interesse tendo em vista a minimização de áreas utilizadas em

barragens (por exemplo, barragens alteadas).

A eficiência do processo está diretamente associada à utilização equilibrada entre o

sistema de bombas, a viscosidade da pasta e a extensão da linha, bem como as operações de

transporte, que desempenham funções essenciais num projeto de disposição de rejeitos pasta.

O transporte da pasta mineral é realizado por bombas de deslocamento positivo.

O sistema de disposição final tende a apresentar uma conformação bastante distinta da

praia de rejeitos em uma barragem convencional, dado que a pasta disposta continuará a fluir

até se estabelecerem as condições de equilíbrio para a sua deposição final, contando com a

facilitação do processo de desidratação e ressecamento do material (evaporação), a fim de

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alcançar a densificação do rejeito de equilíbrio e com isso o aumento da resistência. Portanto,

recomenda-se otimizar os ciclos de lançamento e espera.

Alguns dos benefícios da disposição de pasta em superfície são:

Quantidade pequena de água incorporada ao rejeito, minimizando a

disponibilidade de água livre necessária para gerar o percolado, principalmente no caso de

rejeitos reativos.

Permeabilidade relativamente baixa do material depositado, característica que

limita a infiltração e reduz o volume de percolação na pasta.

No processo de preparação da pasta, é possível se necessário, manusear com o uso

de aditivos que podem melhorar as propriedades de resistência.

Redução dos custos de estruturas de contenção.

Expansão da bacia de rejeitos.

Simplificação do sistema de água.

Facilitação do fechamento e da reabilitação das áreas do projeto.

Os aspectos menos atrativos da técnica são o custo elevado do uso de aditivos, custos

de infra-estrutura e instalação de bombas de deslocamento e tubulações altos, e a linha de

montagem deve ser projetada para cada caso específico, levando em consideração a

localização da planta e do depósito, bem como das características das pasta.

Figura 05 Deposição por Empilhamento em Pasta (consolidado)

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4. Métodos de Alteamento

O alteamento de barragens de rejeitos se trata de um método construtivo, geralmente

aplicado após o enchimento de reservatórios objetivando o incremento da vida útil dos

mesmos. Segundo esse método, em geral, constroem-se pequenos diques de partida e procede-

se ao lançamento de resíduos sobre o resíduo de fundação pré-existente.

Os métodos de alteamento de barragens são basicamente três: montante, jusante e

linha de centro. Essas denominações referem-se à direção em que a crista do aterro se move

em relação ao dique de construção inicial, à medida que a estrutura tem sua altura aumentada.

Essas barragens são alteadas tendo o próprio rejeito como estruturas de contensões únicas ou

complementares, com exceção o método a jusante.

4.1. Montante

Inicialmente é construído o dique de partida, sendo que o eixo da barragem se desloca

para montante (para o lado da nascente).

A polpa é descarregada ao longo da crista do dique, formando uma praia. A descarga

pode ser feita por ciclones ou por spigots que permitem uma melhor uniformidade na

formação da praia. Como os rejeitos têm uma distribuição granulométrica ampla, as partículas

mais grossas e mais pesadas sedimentam mais rapidamente, ficando nas zonas perto do dique

e as partículas menores e menos densas ficam em suspensão e são transportadas para as zonas

internas da bacia de sedimentação.

Nas etapas seguintes, são construídos diques em todo o perímetro da bacia. O tamanho

dos diques nos alteamentos é uma variável que depende das necessidades operacionais da

mina. O dique inicial geralmente é sempre maior que os diques das etapas seguintes.

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Figura 06 Método de Montante (Vick 1981, modificado)

As vantagens e desvantagens do método são as seguintes:

VANTAGENS DESVANTAGENSO VOLUME DO MATERIAL (REJEITOS OU EMPRÉSTIMO) DOS ALTEAMENTOS É MENOR

BAIXA SEGURANÇA (A LINHA FREÁTICA MUITO PRÓXIMA AO TALUDE DA JUSANTE)

MENOR CUSTO DE CONSTRUÇÃO POSSIBILIDADE DE OCORRÊNCIA DE PIPING DEVIDO À LINHA FREÁTICA ESTAR MUITO PRÓXIMA DO TALUDE DA JUSANTE E À NÃO-COMPACTAÇÃO DOS REJEITOS

MAIOR VELOCIDADE DE ALTEAMENTO QUANDO OS REJEITOS NÃO SÃO COMPACTADOS, A SUPERFÍCIE CRITICA DE DESLIZAMENTO PASSA PELOS REJEITOS SEDIMENTARES

FACILIDADE DE OPERAÇÃO SUSCEPTIBILIDADE À LIQUEFAÇÃO POR SISMOS NATURAIS OU POR VIBRAÇÕES DECORRENTES DO MOVIMENTO DE EQUIPAMENTOS NO CASO DE OS ALTEAMENTOS SEREM CONSTRUÍDOS COM OS REJEITOS DEVIDO À NÃO-COMPACTAÇÃO DOS MESMOS

PODE SER CONSTRUÍDA EM TOPOGRAFIAS MUITO ÍNGREMES, ONDE O LIMITANTE PRINCIPAL É A ÁREA DE DEPOSIÇÃO

Tabela 01 Vantagens e Desvantagens do Método Montante

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4.2. Método de Jusante

Neste método, o eixo da barragem se desloca para jusante. É construído um dique

inicial impermeável, o qual deve ter uma drenagem interna, composta por filtro inclinado e

tapete drenante. O talude interno da barragem ou talude de montante, nos alteamentos, é

impermeabilizado. A drenagem interna e a impermeabilização do talude de montante não são

obrigatórias se os rejeitos possuem características de alta permeabilidade e ângulo de atrito

elevado.

No alteamento por jusante os rejeitos são ciclonados e o underflow é lançado no talude

da jusante. Somente são utilizados os rejeitos grossos no alteamento, os quais são

compactados quando as características de umidade da zona o permitam; também se pode

utilizar material de empréstimo, ou estéril proveniente da lavra.

Figura 07 Método Jusante (Vick 1981, modificado)

As vantagens e desvantagens do método são as seguintes:

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VANTAGENS DESVANTAGENSO MÉTODO É EFICIENTE PARA O CONTROLE DAS SUPERFÍCIES FREÁTICAS, PELA CONSTRUÇÃO DE SISTEMAS CONTÍNUOS DE DRENAGEM

NECESSIDADE DE GRANDES QUANTIDADES DE REJEITOS NAS PRIMEIRAS ETAPAS DA CONSTRUÇÃODEPENDENDO DAS CARACTERÍSTICAS DOS REJEITOS, OS PROBLEMAS DE ÁREA SE INCREMENTARIAM, DEVIDO AOS TALUDES BASTANTE ABATIDOS

POSSIBILITA A COMPACTAÇÃO DE TODO O CORPO DA BARRAGEM

NECESSIDADE DE SISTEMAS DE DRENAGEM EFICIENTES HAVENDO PROBABILIDADE DE COLMATAÇÃOINVESTIMENTOS INICIAIS ELEVADOS

PODE SER USADO EM LUGARES COM VIBRAÇÕES E/OU ALTA SISMICIDADE, JÁ QUE, SE COMPACTADOS OS REJEITOS DO UNDERFLOW, A SUSCEPTIBILIDADE DE LIQUEFAÇÃO É MUITO MENOR

EM ZONAS DE ALTA PLUVIOSIDADE É POSSÍVEL QUE OS REJEITOS A JUSANTE NÃO POSSAM SER COMPACTADOS ADEQUADAMENTE; AS OPERAÇÕES DE EQUIPAMENTOS SOBRE OS REJEITOS DEVEM SER FEITAS EM ÉPOCAS DE ESTIAGEM

MAIOR SEGURANÇA (PIPING E RUPTURAS HORIZONTAIS MENOS PROVÁVEIS)

NÃO POSSIBILITA A PROTEÇÃO COM COBERTURA VEGETAL NEM DRENAGEM SUPERFICIAL, DEVIDO À SUPERPOSIÇÃO DOS REJEITOS

O ESTÉRIL PROVENIENTE DA LAVRA PODE SER UTILIZADO E/OU MISTURADO NOS ALTEAMENTOS

É PRECISO O EMPREGO DE CICLONES PARA GARANTIR UMA ÓTIMA SEPARAÇÃO DOS REJEITOS

Tabela 02 Vantagens e Desvantagens do Método Jusante

4.3. Método da Linha de Centro

O método da linha de centro, assim chamado porque o eixo da barragem é mantido na

mesma posição enquanto ela é elevada, é uma solução intermediária entre o método de

montante e jusante (inclusive em termos de custo), embora seu comportamento estrutural se

aproxime do método da jusante.

Inicialmente é construído um dique de partida e o rejeito é lançado perifericamente da

crista do dique até formar uma praia. O alteamento subseqüente é formado lançando materiais

de empréstimo, estéril de mina ou underflow de ciclones, sobre o limite de praia anterior e no

talude de jusante do maciço de partida, mantendo o eixo coincidente com o eixo do dique de

partida.

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Figura 08 Método Linha de Centro (Nieble 1976, modificado)

As vantagens e desvantagens do método são as seguintes:

VANTAGENS DESVANTAGENSFACILIDADE DE CONSTRUÇÃO NECESSIDADE DE SISTEMAS DE DRENAGEM

EFICIENTES E SISTEMAS DE CONTENÇÃO A JUSANTE

EIXO DE ALTEAMENTO CONSTANTE OPERAÇÃO COMPLEXA; NECESSÁRIO EQUIPAMENTO PARA DEPOSIÇÃO MECÂNICA A JUSANTE

REDUÇÃO DO VOLUME DE UNDERFLOW NECESSÁRIO EM RELAÇÃO AO MÉTODO DA JUSANTE

PELA COMPLEXIDADE DA OPERAÇÃO, OS INVESTIMENTOS GLOBAIS PODEM SER ALTOS

Tabela 03 Vantagens e Desvantagens do Método Linha de Centro

4.4. Comparação entre os Métodos de Alteamento

Apresentam-se nas ilustrações abaixo as comparações técnicas entre os métodos de

montante, jusante e de linha de centro:

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*Vm= volume da barragem alteada pelo método de montante

Figura 09 Comparação entre as Características de Rejeitos (Vick 1983, modificado)

Figura 10 Vantagens e Desvantagens dos Três Tipos de Barragens de Rejeitos (Soares 2004, modificado)

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5. Liquefação

Numa disposição de rejeito em que as poropressões se elevam a ponto de anular as

pressões efetivas, acarretando inclusive anulação da pressão intergranular e o atrito entre as

partículas, ocorre a liquefação. Essa condição é facilmente constatada em solos granulares, em

especial argilosos, em areias e siltes finos e fofos.

A liquefação consiste na conversão de qualquer substancia em seu estado natural para

o estado fluido, especificamente para os solos, transformar do estado sólido para o liquefeito.

Isso se dá devido ao somatório de poropressão à poropressão pré-existente juntamente com a

redução das tensões efetivas. Essa conversão ocorre por causa da súbita aplicação de uma

determinada carga estática ou dinâmica.

Há duas formas em que ocorre liquefação: liquefação dinâmica que ocorre quando o

agente deflagrador é um terremoto ou explosão; e a liquefação estática que é deflagrada pela

rápida disposição e aumento de poropressão principalmente nos períodos de chuvas.

Solos que tendem a contrair (reduzir-se seu volume) ao decorrer do cisalhamento estão

susceptíveis ao fenômeno da liquefação, por outro lado, aqueles solos que durante o

cisalhamento apresentam acréscimo de seu volume (dilatantes) não sofrem facilmente a

liquefação, visto que a resistência ao cisalhamento não drenada é maior que a resistência

drenada. Contudo, o renomado autor nessa área, Casagrande considera o fenômeno da

liquefação também à solos dilatantes e faz distinção a liquefação em solos contrativos, da

seguinte maneira: liquefação cíclica que está ligada a solos granulares e dilatantes; liquefação

efetiva (liquefação mais expressiva) que decorrentes em solos que se contraem, nos quais

ocorre a redução substancial da resistência ao cisalhamento de materiais granulares, fofos e

saturados. O elevado desenvolvimento de poropressão pode induzir essa redução da

resistência ao cisalhamento. Esse desenvolvimento de poropressão originasse de eventos

dinâmicos e de grandes acréscimos de carregamentos estáticos.

Em solos granulares a resistência ao cisalhamento está quase que restritamente ligada

ao atrito entre as partículas. O processo da liquefação depende essencialmente dessa relação

inter-partículas, os estágios da liquefação segue à medida que aumenta a perda do atrito entre

os grãos, uma vez que essa perda é causa primária para a redução da resistência ao

cisalhamento dos materiais de natureza granular.

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A primeira etapa da liquefação consiste na mudança brusca da estrutura sob

carregamentos muito rápidos, sejam eles estáticos ou dinâmicos. Causando uma maior

compactação entre as partículas em solos granulares fofos e saturados.

Na segunda etapa da liquefação considera a água intersticial que não teve tempo de ser

drenada, não permitindo a aproximação das partículas sólidas, e como conseqüência reduz as

tensões de contato, por sua vez resultará na redução do atrito entre as partículas e a resistência

do solo.

A terceira e ultima etapa da liquefação encontra-se durante uma situação limite, a

elevação extrema das poropressões, que são responsáveis por uma enorme perda de contato

entre as partículas do solo, deixa o solo com sua resistência ao cisalhamento tão reduzida que

passa a se comportar como fluido viscoso. Concretizando assim a liquefação e como

conseqüência a ruptura desse solo.

Liquefação estática é pouco estudada se comparada à liquefação dinâmica. Está

associada aos seguintes eventos:

Elevação dos níveis d’água em depósitos em materiais granulares;

Carregamento rápido de rejeito por cima de rejeito sem o menor controle;

Movimento de massas na área de influência dos depósitos de materiais granulares;

Excesso de precipitação pluviométrica.

Característica de zonas assísmicas, a liquefação estática é responsável por rupturas de

diques, barragens e aterros hidráulicos associados à disposição de rejeitos da mineração, visto

que essas estruturas, por inúmeras vezes, são realizadas sem o menor controle das variáveis de

disposição.

Liquefação dinâmica é conhecida também por liquefação espontânea, relaciona-se a

carregamentos dinâmicos e em especial eventos sísmicos. A condição de tensão ativadora (da

liquefação) e a conseqüência do fenômeno são os dois parâmetros mais significativos para

análise desse tipo de liquefação.

A liquefação espontânea pode ser induzida em qualquer zona de um deposito de

materiais granulares, os carregamentos e as condições de campo vão causar deformações com

diferentes magnitudes e este por sua vez vai definir a ativação desse fenômeno. Sendo assim,

o evento pode se propagar às camadas superiores, em função do desencadeamento inicial nas

camadas inferiores, as quais estão submetidas a um carregamento de base.

23

Em países com índices sísmicos elevados, a ruptura sobre condições estáticas não se

dá, muitas vezes, devido às medidas involuntárias adotadas em projetos que visam o combate

essencialmente voltado aos carregamentos sísmicos.

Sendo assim, depósitos de rejeitos granulares como os da mineração podem ser

classificados como materiais altamente susceptíveis à liquefação, Mesmo sobre

carregamentos essencialmente estáticos, uma vez que a técnica que envolve a disposição em

aterros hidráulicos e os métodos de alteamento, principalmente o método a montante, são

potencialmente críticos para o armazenamento de materiais em condições fofas e muito

saturadas.

5.1. Casos de Rupturas de Barragens por Liquefação

Um dos maiores agentes de danos ambientais em todo mundo têm sido as rupturas de

estruturas de contenção de rejeitos de mineração.

As rupturas podem ser provocadas por erros operacionais, construtivos ou por

equívocos relacionados aos projetos em si, mesmo porque o fenômeno da liquefação tem sido

adotado como uma premissa de projeto muito recentemente. As rupturas associadas ao

fenômeno representam as contribuições mais relevantes para o progresso das investigações e

critérios de projetos de estruturas de contenção de rejeitos granulares.

Em países que apresentam registros sísmicos são executados estudos sobre a

disposição de rejeitos da mineração associada a este tipo de liquefação com freqüência, por

causa das conseqüências desastrosas de tais eventos. Como exemplo, a liquefação dinâmica

foi a causa do acidente ocorrido em março de 1965 no Chile na mina de El cobre, acidente

que envolveu uma massa de 2 milhões de toneladas de massa fluida, deslocada ao longo de

12Km de extensão e que causou a morte de 210 pessoas.

Como exemplo de acidentes com barragens ligadas à liquefação estática tem-se a

ruptura de contenção da barragem de rejeitos da mina de Fernandinho situada no município de

Itabirito, em Minas Gerais que ocorreu em maio de 1986 envolveu cerca de 350.000 m³ de

rejeitos de minério de ferro com registros de mortes. A barragem de 40m de altura, ainda

operação, vinha sendo alteada e o seu nível no topo cerca de 2 metros acima do rejeito contido

no reservatório. Estudos do caso mostram que a inclinação e a altura do talude de jusante não

estavam de acordo com a resistência ao cisalhamento do material depositado e com as

pressões piezométricas desenvolvidas no maciço. A princípio ocorreu apenas ruptura

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localizada na ombreira direita da estrutura de contenção, atingido alguns operários que

morreram na hora soterrados, posteriormente houve um colapso total que liberou uma onda de

lama fluida em alta velocidade, resultando na destruição completo do vale abaixo para onde o

rejeito deslizou.

A disposição do rejeito era feita em locais mais afastados do maciço da barragem,

fazendo com que a sua fração de finos se depositasse também próximo à crista. Com os

sucessivos alteamentos a montante, que possuíam de um a dois metros de espessura, era feito

sem o mínimo controle de compactação, acarretando uma baixa densidade em sua estrutura.

A drenagem do sistema da barragem também estava comprometida, visto que próximo

às estruturas de contenção era lançado o material e destaque para as partículas finas de ferro

que entupiam os drenos, gerando condições não drenadas.

A pequena densidade da estrutura de contensão composta pelo próprio rejeito, sua

saturação, a falta de drenagem e a descompactação das partículas do alteamento a montante

fica susceptível a qualquer esforço cisalhante ou qualquer perturbação em função da tendência

de compactação, ocasionando um estado crítico tornaram o maciço da mina de Fernandinho

vulnerável a liquefação.

Figura 11 Fases da Ruptura da Barragem de Fernandinho.

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5.2. Prevenção de Acidentes de Barragens Causados por Liquefação

As principais medidas de prevenção contra liquefação de aterros de deposição de

rejeitos citadas pela literatura se apresentam a seguir:

Freqüente monitoramento e acompanhamento da instalação e da evolução da obra.Atenção aos indicativos de pré-liquefação, como trincas de alívio de poropressões na superfície do terreno e no entorno das obras.Controle do manejo e planejamento do lançamento dos rejeitos ou estéril, considerando os perfis estratificados que possam auxiliar o fenômeno da liquefação.Medições constantes de variáveis como: poropressão, deslocamentos e elevação do nível d’água local.Prevenir rupturas iniciais como: erosão interna (piping), galgamento e desconfinamento. Bem com ter muito cuidado com o dimensionamento hidráulico de extravasores, borda livre e volumes de espera do reservatório.Utilizar elementos filtrantes verticais no depósito.

Tabela 04 Medidas de Prevenção de Acidentes Causados por Liquefação.

6. Descomissionamento

A palavra descomissionamento não existe em muitos dicionários de português e pode

ser considerado um anglicismo ou um neologismo para identificar o procedimento de

eliminação de uma infraestrutura depois de atingir a sua vida útil. No planejamento e projeto

destas infraestruturas é necessário incorporar o seu descomissionamento no final da sua vida

útil para que o empreendimento observe os princípios de sustentabilidade e não fique para o

Estado o ônus desta ação. Isto ocorre no processo de concessão dos serviços públicos e de

obras relacionadas com o mesmo.

As barragens, de forma geral, na sua concessão, planejamento e projeto não

incorporam este processo que representa um custo para o investidor que deverá ser absorvido

e fazer parte da avaliação econômica financeira. O custo do descomissionamento de uma

barragem pode ser alto quando aspectos ambientais são relacionados na medida em que

alteram os condicionamentos fluviais e no seu descomissionamento tenderiam a retornar às

condições prévias. Um dos principais efeitos ocorre com o volume de sedimentos retidos à

montante e que geralmente define a vida útil de um empreendimento. Com a retirada da

barragem estes sedimentos se movimentam para jusante em curto espaço de tempo com um

volume significativo de sedimentos e alta carga de diferentes substâncias agregadas aos

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mesmos. Para barragens utilizadas em mineração, em retenção de poluentes de indústrias,

entre outros o problema é ainda maior.

Os empreendimentos do setor mineral possuem um ciclo de vida útil, e, após este

período, muitas instalações são abandonadas sem nenhum processo de descomissionamento e

de reabilitação de áreas degradadas, em função dos custos elevadíssimos desse processo, bem

como em razão da falta de mecanismos legais, que disciplinam a fase de desativação dos

empreendimentos do setor.

A desativação de empreendimentos minerários e a posterior reutilização dos seus

espaços, em virtude da exaustão de reservas lavráveis ou em razão da flutuação dos preços

dos minérios no mercado internacional, representam um desafio para o setor da mineração.

No Brasil não se tem muitas noticias, estatísticas, estudos ou tratamentos institucionais

voltado para a questão da remoção de barragens, mesmo considerando o sentimento de que

existem muitas obras que, ou perderam sua função ou não reúnem condições de serem

recuperadas e operadas, já que se observa a carência de informações básicas, seja na falta de

cadastro das barragens existentes, seja no acompanhamento, fiscalização, certificação destas

obras e também na elaboração de planos de descomissionamento das mesmas.

Um caso de descomissionamento de barragens interessante pode ser observado na

experiência das três barragens da mina da Cachoeira – Vale Manganês S.A.

Em 1999, com a exaustão das reservas minerais, deu-se o encerramento das atividades

da Mina da Cachoeira. Estima-se que foram extraídas aproximadamente 960 mil toneladas de

manganês durante os 20 anos de operação.

A Mina da Cachoeira era constituída por cava a céu aberto, 2 pilhas de estéril, 3

barragens de rejeitos, estradas de acesso e circulação, planta de beneficiamento com área de

britagem e edificações de áreas de apoio, como escritório e almoxarifado. As soluções

empregadas para o descomissionamento das três barragens de rejeito do empreendimento

foram de dois tipos: Método Convencional e Método Wetlands.

As Barragens da Mina de Cachoeira

Barragem B1 - Constituída por maciço de terra, com altura de cerca de 5m, inclinação

média dos taludes de 1V:1,5H, extensão da crista de cerca de 110m e largura de 4m,

vertedouro em canal aberto revestido em concreto junto a ombreira direita da barragem. A

estrutura foi construída sobre camada de até 6m de rejeito depositado no reservatório da

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Barragem B2. O maciço é constituído por solo argilo-siltoso pouco arenoso e consistência

mole a rija. O rejeito apresenta-se como uma areia de granulometria média, pouco argilosa, e

compacidade muito fofa.

Barragem B2 - Construída com solo compactado, possuindo altura de cerca de 10m,

inclinação média dos taludes de 1V:1,5H e extensão da crista de aproximadamente 150m e

largura de 18m, vertedouro em canal aberto revestido em concreto junto a ombreira esquerda

da barragem. Sua fundação é constituída de camada de argila de aluvião quaternário, com

espessura de 3m.

Barragem B3 - Constituída por maciço de terra, com altura de cerca de 5m, taludes

com inclinação média de 1V:1,5H, crista com extensão de 150m e largura de 3m, vertedouro

em canal aberto sem revestimento junto a ombreira esquerda da estrutura. A barragem foi

executada diretamente sobre o aluvião argiloso da fundação, com espessura entre 3,5m e

5,5m.

Os Métodos de Descomissionamento

Convencional ou Clássico

A princípio as três barragens do empreendimento seriam descomissionadas pela

desativação convencional e/ou clássica.

Os principais critérios do projeto de desativação convencional encontram-se descritos

na tabela abaixo:

Alteamento das barragens para jusante em 1m para garantir a borda livre;Implantação de vertedouros de concreto armado em canal lateral, adotando vazões médias do hidrograma para taxa de retorno de 1.000 anos;Implantação de bermas e filtros invertidos no pé das barragens para aumentar a segurança contra piping, devido à grande variabilidade de parâmetros de permeabilidade;Manutenção do programa de monitoramento e inspeções.

Tabela 05 Critérios: Descomissionamento Clássico

A principal desvantagem do descomissionamento de barragens pelo método

convencional é que essa solução não tenta resgatar as condições ambientais perdidas com a

disposição de rejeitos da atividade minerária, mas sim garantir segurança hidráulica ao

trânsito de cheias e à segurança geotécnica das estruturas de barramento. Além disso, esse 28

método apresenta custos relativamente elevados de implantação e exige manutenção e

monitoramento permanentes.

Método Wetlands

Em 2007, a concepção do projeto inicial de descomissionamento das barragens da

Mina da Cachoeira foi alterada. Foi então proposta a alternativa de descomissionamento por

meio da construção de Wetlands, com barragens galgáveis e taludes suaves. Segundo o

projeto elaborado pelo Bureau de Projetos e Consultoria Ltda., a execução desse projeto

assegura igualmente o trânsito de cheias e reduz os riscos de instabilidade dos barramentos,

além de possuir o atrativo de oferecer condições ambientais próximas das condições originais,

agregando valores ambientais e paisagísticos à área impactada pela atividade minerária.

As principais características do método de Wetlands se encontram na tabela abaixo:

Capacidade de regularização de fluxos d’água e de amortecimento dos picos de enchente;Capacidade de modificar e controlar a qualidade das águas. A remoção de contaminantes ocorre simultaneamente por diversos mecanismos químicos e microbiológicos;Proteção à biodiversidade, essas áreas servem de refúgio da fauna terrestre, e também proporciona função de reprodução e alimentação da fauna aquática, incluindo os peixes;Controle da erosão, evitando o assoreamento dos rios.

Tabela 06 Critérios: Descomissionamento Wetlands

Apesar de o método Wetlands representar importante ferramenta para

descontaminações de terrenos por metais e por cargas orgânicas, a introdução deste no

descomissionamento das barragens da Mina da Cachoeira não foi motivada por essa

capacidade. Estudos da qualidade das águas e dos solos nas áreas revelaram que os depósitos

de rejeito pouco impactaram nas condições físicoquímicas do terreno. As Wetlands foram

concebidas para garantir a segurança física dos depósitos de rejeitos.

Esses ecossistemas denominados wetlands podem ser naturais, como o Pantanal

brasileiro e as várzeas dos rios e igapós da Amazônia, ou construídos. No setor mineral, a

implantação de wetlands vem sendo utilizada principalmente para o tratamento de drenagem

ácida, em função de sua eficiência na neutralização e remoção de metais dissolvidos, mas a

implantação de wetlands também vem sendo aplicada para tratamento de esgoto sanitário,

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para purificação de águas industriais e urbanas e no tratamento de lixiviados de aterros

sanitários. Nas últimas décadas, um grande número de sistemas de wetlands vem sendo

implantado nos Estados Unidos, Canadá, Europa e Ásia.

Para execução do projeto, foram realizados vários estudos hidráulicos e geotécnicos,

como estudos hidrológicos de chuvas máximas e suas respectivas desagregações e

distribuições, estudos sobre as características fisiográficas das bacias hidrográficas,

evapotranspiração potencial, balanço hídrico, condições hidrológicas, análise de escoamento

da crista, avaliação das condições de erosão superficial no galgamento, análise de

estabilidades dos taludes, levantamento “as built”, dentre outros.

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7. Conclusão

Como fora destacado, a mineração se trata de uma atividade de grande potencial de

impacto sobre o meio ambiente. Ao invés de um problema da atividade minerária em si, os

rejeitos são antes características de todo e qualquer processo produtivo da humanidade, e

devem ser lidados de acordo com suas especificidades e conforme técnicas apropriadas a

estas.

No tratamento de resíduos sólidos, que são os principais impactantes provenientes de

mineração, opta-se em geral pela construção de uma barragem de rejeitos que retenham a

estes e à água de processamento.

Na construção de barragens observam-se diversos métodos possíveis de execução da

disposição de rejeito (canhão, ciclones, spray bars e empilhamentos a seco e em pasta), bem

como métodos de alteamento das barragens (montante, jusante e linha de centro), que visam

gerenciá-las em relação à sua segurança e vida útil da melhor forma possível. O correto

estudo das características dos rejeitos, locais e barragens, e a tomada de decisões em relação

ao modo como executar as atividades de disposição e alteamento se mostram essenciais e

determinantes no sucesso de um empreendimento mineiro, tanto do ponto de vista ambiental,

considerando que falhas podem acarretar danos desastrosos à natureza e às comunidades

humanas no entorno, como também, e talvez principalmente, do ponto de vista financeiro,

tendo em vista que o processo de deposição de rejeitos gera apenas dispêndios para as

empresas, e se muito altos tais dispêndios podem trazer prejuízos e mesmo inviabilizar

projetos.

Outros aspectos importantes relativos a barragens foram tratados no trabalho, como a

liquefação, um grave problema de instabilização de barragens, e o descomissionamento das

barragens, ou seja, o processo de fechamento da estrutura de contenção de rejeitos. O primeiro

aspecto é de grande complexidade e deve ser efetivamente analisado, dado que a ocorrência

de liquefação é súbita e desastrosa, devendo ser prevenida. O segundo é de grande

importância, já que o mero abandono de barragens pode acarretar problemas futuros, quando a

vida útil e a capacidade da estrutura se esgotarem. Métodos devem ser analisados e

devidamente escolhidos para garantir o sucesso do projeto e a segurança do meio ambiente e

das populações.

O tratamento de rejeitos de mineração é, como muitas outras questões ambientais, uma

área que ainda requer inúmeros estudos e pesquisas, para a obtenção de conhecimentos e

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técnicas de trabalho que venham a fornecer aos engenheiros as melhores ferramentas para

lidarem com os rejeitos provenientes das atividades de beneficiamento, de forma responsável

e econômica.

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