Autores:

• Zharry Ribeiro Bueno – Engenheira Civil, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Brasil.
• Talita Caroline Miranda – D.Sc./Professora, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Brasil.
• Giovanna Monique Alelvan – D.Sc./Professora, Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Brasil.

Este estudo avalia a estabilidade de uma barragem de rejeitos utilizando uma abordagem tridimensional determinística e probabilística, por meio de um modelo implícito desenvolvido no Leapfrog Works e implementado no Slide3 da Rocscience. Fatores de segurança e probabilidades de falha são comparados com previsões normativas para validar a importância da análise de estabilidade de taludes. A pesquisa destaca a necessidade de adoção de métodos avançados para avaliar a segurança estrutural de barragens de rejeitos, incorporando modelos geológicos tridimensionais e análises pseudoestáticas.

1. Introdução

A engenharia geotécnica exerce papel essencial na mitigação de desastres naturais e na estabilidade de estruturas de mineração, especialmente no Brasil, onde a complexidade do solo e a diversidade geológica representam desafios significativos. Na indústria da mineração, a segurança de barragens de rejeitos é uma preocupação crítica, exigindo análises detalhadas de estabilidade estrutural.

Este estudo apresenta uma avaliação tridimensional de uma barragem de rejeitos localizada no Quadrilátero Ferrífero, em Minas Gerais, Brasil. Foram aplicadas abordagens determinísticas, probabilísticas e pseudoestáticas para avaliar a estabilidade da barragem em sua fase inicial de enchimento, utilizando dados geotécnicos e sísmicos para aprimorar a compreensão dos riscos estruturais.

2. Materiais e Métodos

2.1. Validação e Importação do Modelo

O modelo tridimensional da barragem foi gerado no Leapfrog Works e posteriormente importado para o Slide3 para execução das análises de estabilidade. Os dados foram processados no formato .OBJ, otimizando o uso computacional.

• Correção de descontinuidades: Cavidades indesejadas foram detectadas nos limites dos materiais e corrigidas para evitar erros na modelagem estrutural.

• Geração do nível freático: Dado que não havia dados completos sobre a estrutura, foi criada uma superfície d’água para simular a condição mais crítica da barragem.

3. Análise de Estabilidade

As análises foram realizadas com o método do equilíbrio limite, utilizando o software Slide3. Três abordagens foram adotadas para avaliar a estabilidade da barragem sob diferentes condições:

3.1. Análise Determinística

• Foram utilizados valores médios de resistência para cada material, avaliando a superfície crítica de ruptura e os fatores de segurança (FS).
• Aplicaram-se os métodos de Morgenstern-Price e Spencer, sendo o primeiro mais conservador.

Resultados:

• FS no corpo da barragem: 1,263
• FS na base do maciço: 1,102
• A superfície crítica de ruptura foi localizada a montante devido ao baixo nível de rejeitos.

3.2. Análise Pseudoestática

Foi calculado o coeficiente sísmico crítico (Ky), avaliando a capacidade da barragem de resistir a eventos sísmicos. Os resultados foram comparados com estudos anteriores e com o método de Hynes-Griffin & Franklin.

Resultados:

• Coeficiente sísmico crítico: 0,05 g
• Confirmou-se que a barragem pode atingir condições de ruptura sob eventos sísmicos intensos.

3.3. Análise Probabilística

Variabilidades na resistência dos materiais foram incorporadas por meio de coeficientes de variação estabelecidos na literatura.

Resultados:

• FS médio: 1,197 (redução de 5,2% em relação à análise determinística).
• Probabilidade de falha: 7,1%.

A variabilidade dos parâmetros geotécnicos tem baixa influência na estabilidade geral da barragem.

4. Estudo de Caso: Barragem em Minas Gerais

A barragem analisada tem a função de armazenar rejeitos da mineração de ferro. Sua construção incluiu um dique de partida em duas etapas, atingindo altura final de 36 metros com largura de 8 metros.

Características principais:

• A inclinação e geometria dos taludes seguiram as condições do maciço final.
• Analisaram-se as condições críticas durante a fase inicial de enchimento do reservatório.

5. Resultados

5.1. Avaliação Global da Estabilidade

• A barragem atende aos fatores de segurança estabelecidos, embora tenham sido identificadas superfícies críticas que podem requerer reforço adicional sob cenários sísmicos extremos.

5.2. Influência Sísmica na Segurança

• A análise pseudoestática revelou um coeficiente sísmico crítico de 0,05 g, indicando vulnerabilidade a eventos sísmicos severos.

5.3. Probabilidade de Falha e Variabilidade dos Parâmetros

• Embora a análise probabilística tenha reduzido o fator de segurança em 5,2%, a probabilidade de falha continua relativamente baixa (7,1%).

6. Conclusões

1. O modelo tridimensional permitiu avaliar a estabilidade da barragem sob diferentes cenários, aprimorando a precisão em comparação com abordagens tradicionais bidimensionais.
2. A análise determinística indicou que a estrutura possui um fator de segurança aceitável (FS > 1,1), embora possa requerer reforços sob condições críticas.
3. A análise pseudoestática revelou a possibilidade de falha em eventos sísmicos, sendo recomendável a implementação de medidas de mitigação.
4. A análise probabilística confirmou que a variabilidade dos parâmetros geotécnicos exerce influência moderada na estabilidade, com uma probabilidade de falha de 7,1%.

Esses resultados reforçam a importância da combinação de análises determinísticas, probabilísticas e pseudoestáticas para avaliação da segurança de barragens de rejeitos em ambientes minerários.

Agradecimentos

Agradecemos a Zharry Ribeiro Bueno, Talita Caroline Miranda e Giovanna Monique Alelvan por sua valiosa contribuição à engenharia geotécnica e à avaliação da segurança em barragens de rejeitos.