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i
Dissertao de Mestrado
AVALIAO DO EFEITO DE ESCALA NO
ESTUDO DA RESISTNCIA AO CISALHAMENTO
DE UM ESTRIL DE MINRIO DE FERRO
AUTOR: CHRIST JESUS BARRIGA PARIA
ORIENTADOR: Prof. Dr. Hernani Mota de Lima
PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM GEOTECNIA DA UFOP
OURO PRETO ABRIL DE 2015
Catalogao: www.sisbin.ufop.br
P231a Paria, Christ Jesus Barriga. Avaliao do efeito de escala no estudo da resistncia ao cisalhamento deum estril de minrio de ferro [manuscrito] / Christ Jesus Barriga Paria. -2015. 131f.: il.: grafs; tabs.
Orientador: Prof. Dr. Hernani Mota de Lima.
Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola deMinas. Ncleo de Geotecnia-NUGEO. rea de Concentrao: Geotecnia de Minerao.
1. Resistncia ao cisalhamento. 2. Materiais granulados. 3. Ferro - Minas eminerao. I. Lima, Hernani Mota de. II. Universidade Federal de Ouro Preto.III. Titulo.
CDU: 624.13
ii
AVALIAO DO EFEITO DE ESCALA NO ESTUDO DA RESISTNCIA AO
CISALHAMENTO DE UM ESTRIL DE MINRIO DE FERRO
Dissertao apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Geotecnia do Ncleo de Geotecnia da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Geotecnia.
Esta dissertao foi apresentada em sesso pblica e aprovada em 13 de Abril de
2015, pela Banca Examinadora composta pelos membros:
Prof. Dr. Hernani Mota de Lima (Orientador /UFOP)
Prof. Dr. Jos Aurlio Medeiros da Luz (Membro - UFOP)
Prof. Dr. Terezinha de Jesus Espsito Barbosa (Membro - UFMG)
iii
Aos meus pais, com amor, admirao e gratido
por seu carinho, compreenso, e incansvel apoio
ao longo do perodo de elaborao deste trabalho.
iv
AGRADECIMENTOS
Agradeo a Deus pela proteo e presena constante em minha vida.
A minha grande me Genoveva, aos meus queridos pais Ofelia e Jorge, e a minha irm
Alejandra, quem sempre me demonstraram seu amor, compreenso, incentivo e apoio.
A Universidade Federal de Ouro Preto UFOP, Escola de Minas e ao Ncleo de
Geotecnia pela oportunidade de me desenvolver profissional e pessoalmente.
Ao Prof. Hernani Mota de Lima, pela orientao deste trabalho, pelo incentivo e sempre
amigo, pelas contribuies e pelo apoio incondicional ao longo da elaborao desta
dissertao.
Ao Prof. Eleonardo Lucas Pereira, pela coorientao, pela amizade, pelos ensinamentos
oportunos, pela cordialidade e simpatia demonstradas, pela acessibilidade em esclarecer
as minhas dvidas.
A todos os professores do Programa de Ps-graduao em Geotecnia da Universidade
Federal de Ouro Preto UFOP, pelo conhecimento adquirido em especial aos pilares
Prof. Romero Csar Gomes, Prof. Frederico Garcia Sobreira e o Prof. Rodrigo Peluci de
Figueiredo.
Aos meus colegas e amigos de mestrado, pela amizade e agradvel convivncia, em
especial ao Leonardo, Rodrigo e Ivan por aqueles momentos memorveis depois das
aulas.
A minha me preta, Iraci, quem sempre me mostrou sua amizade e preocupao do meu
bem-estar em todo momento na minha estadia em Ouro Preto.
Aos meus amigos da secretaria, Jussara, Viviane e Rafael, pela amizade, colaborao e
torcida.
v
Aos meus amigos conquistados aqui em Ouro Preto, com aqueles que formamos a
Repblica do Peru e com outros as Naes Unidas, quem facilitaram e alegraram a
minha estadia.
Ao Laboratrio de Tratamento de Minrios do Departamento de Engenharia de Minas, e
ao meu orientador por providenciar o apoio tcnico e uso de materiais em todo
momento.
Ao Laboratrio de Propriedades Interfaciais do Departamento de Engenharia de Minas,
e Coordenadora Prof. Rosa Malena Fernades Lima, pela autorizao do uso do
equipamento necessrio.
Ao Laboratrio de Geoqumica Ambiental do Departamento de Engenharia Geolgica,
e ao Coordenador Prof. Hermnio Arias Nalini, por disponibilizar os recursos para a
anlise qumica necessria para este trabalho.
FAPEMIG, pelo financiamento deste trabalho.
A todos que contriburam diretamente ou indiretamente na realizao deste trabalho.
vi
Voc nunca sabe que resultados viro da sua ao.
Mas se voc no fizer nada, no existiro resultados.
Mahatma Gandhi
vii
RESUMO
Pilhas de estril em minerao so formadas pela disposio de material estril,
conforme a norma, para garantir a estabilidade em longo prazo. Geralmente, na fase de
projeto os parmetros de resistncia obtidos em laboratrio correspondem a faixas
granulomtricas diferentes daquelas do estril disposto nas pilhas. Portanto, faz-se
necessrio determinar o efeito de escala granulomtrica nos parmetros de resistncia.
O objetivo principal desta dissertao estudar o comportamento do estril em funo
do efeito de escala granulomtrica e aferir as variaes nas suas propriedades
geotcnicas. Durante o programa experimental foram utilizadas amostras obtidas a
partir de ensaios de caracterizao fsica adequados s normas vigentes. A metodologia
adotada baseou-se no comportamento de um estril submetido ao cisalhamento direto e
sua relao com os parmetros de resistncia obtidos para vrias faixas granulomtricas.
Com base nesta investigao foram obtidas correlaes da granulometria com uma
compacidade relativa emprica, que ressaltam a influncia destes parmetros no valor do
ngulo de atrito deste estril. A concordncia e a reprodutibilidade dos resultados para
as amostras com granulometrias variadas, comprovam e aferem a qualidade das
moldagens propostas e realizadas. No obstante, evidente que uma reavaliao do
dimetro mximo dos gros a ser utilizado para uma determinada altura do CP
necessrio, o efeito do tamanho do gro durante o cisalhamento foi observado, cujas
amostras apresentaram expansibilidade durante o cisalhamento. O efeito de escala na
determinao do ngulo de atrito do estril foi evidente, a dependncia entre a
granulometria das amostras de estril e a resistncia ao cisalhamento do estril foi
percebida pela tendncia do decrscimo do ngulo de atrito com a reduo do dimetro
das suas partculas. Ressalta-se que para pilhas dimensionadas a partir de ensaios
realizados com granulometrias reduzidas quando comparadas quelas presentes em
campo o projeto caminha no sentido da segurana, pois se projetam estruturas baseadas
em parmetros conservadores. No obstante, a avaliao do efeito de escala pode
colaborar para minimizao das reas de disposio e, assim, em impactos ambientais
consideravelmente menores.
Palavras-chave: Resistncia ao Cisalhamento, Estril de Minerao, Granulometria.
viii
ABSTRACT
Waste rock dumps in a mining, are constructed by the disposal of waste rock material,
as the standard to ensure, especially, the stability of the pile in the long term. Generally,
in the design phase the strength parameters obtained in the laboratory correspond to
different particle sizes of those sterile disposed. Therefore, it is necessary to determine
the effect of particle size range in strength parameters. The main objective of this
dissertation is to study the waste rock behavior as a function of particle size scale effect
and measure the variations in their geotechnical properties. In implementing the
experimental program samples were used obtained from physical characterization tests
appropriate to current standards. The methodology adopted was based on the behavior
of a waste rock sample subjected to direct shear and its relation to the strength
parameters obtained for various particle sizes. Based on this research were obtained
from particle size correlations with relative compactness known empirically that
highlight the influence of these parameters on the value of the friction angle of the
waste rock. The execution of shear tests for determining the resistance parameters,
showed a consistent tool when applied to granular waste rock. The agreement and the
reproducibility of the results for the different specimen with different grain sizes attest
and certify the quality of impressions and proposals made. However, it is clear that a
revaluation of the maximum grain diameter to be used for a given height of the
specimen is required, the effect of grain size during the shear was observed, whose
specimen showed expansion during shearing. The scale effect in determining the waste
rock friction angle was evident the dependence between particle size of the waste rock
specimen and waste rock shear resistance was realized by decreasing the tendency of
the friction angle with the reduced diameter of its particles. It is noteworthy that for
waste rock dumps designed considering reduced particle size compared to those
particles in the field present the project moves towards safety because protrude in
conservative parameters based structures. However, the scale effect evaluation can
contribute to the minimization of disposal sites and, therefore, in significantly less
environmental impact.
Keywords: Shear Strength, Mine waste rock, Particle size.
ix
RESUMEN
Los botaderos de desmonte en minera, son formados por la disposicin de material estril, de acuerdo a norma para garantir la estabilidad a largo plazo. En general, en la etapa de planeamiento los parmetros de resistencia obtenidos en laboratorio corresponden a rangos granulomtricos diferentes al material estril dispuesto en los depsitos. Por lo tanto, es necesario determinar el efecto escala granulomtrica en los parmetros de resistencia. El objetivo principal de esta disertacin es estudiar el comportamiento del estril en funcin del efecto escala granulomtrica y corroborar las variaciones en las propiedades geotcnicas. Durante el programa experimental fue utilizado muestras obtenidas a partir de ensayos de caracterizacin fsica de acuerdo a las normas vigentes. La metodologa adoptada esta sustentada en el comportamiento del estril bajo cizallamiento y su relacin con los parmetros de resistencia obtenidos para varios rangos granulomtricos. Con este sustento en esta investigacin fueron obtenidas correlaciones de la granulometria con una compacidad relativa conocida empricamente, destacando la influencia de estos parmetros en el valor del ngulo de friccin de este estril. La ejecucin de los ensayos de cizallamiento, para la determinacin de los parmetros de resistencia de los estriles mostro ser una herramienta consistente, cuando es aplicada en estriles granulares. La concordancia y la reproductibilidad de los resultados para las diferentes muestras, con granulometras variadas, certifican y comprueban la calidad de las molduras propuestas y formuladas. Por otro lado, es evidente que una nueva evaluacin del dimetro mximo de los granos a ser utilizado para una determinada altura del cuerpo de prueba es necesaria, el efecto del tamao de los granos durante el cizallamiento fue observado, cuyas muestras presentaron expansibilidad durante el cizallamiento. El efecto escala en la determinacin del ngulo de friccin del estril fue evidente, la dependencia entre la granulometra de las muestras de estril y la resistencia al cizallamiento del estril fue observada por la tendencia de la disminucin del ngulo de friccin con la reduccin del dimetro de sus partculas. Se resalta que para los depsitos dimensionados a partir de los ensayos realizados con granulometras reducidas, cuando son comparadas con las ofrecidas en campo, el proyecto sigue la direccin de seguridad, pues se proyectan estructuras basadas en parmetros conservadores. Sin embargo, la evaluacin del efecto escala puede contribuir para minimizar las reas de disposicin y, consecuentemente, en los impactos ambientales significativamente menores. Palabras clave: Resistencia al Cizallamiento, Estril de Mina, Granulometria.
x
SUMRIO
AGRADECIMENTOS ............................................................................................... iv RESUMO .................................................................................................................. vii ABSTRACT ............................................................................................................. viii RESUMEN ................................................................................................................. ix SUMRIO ................................................................................................................... x LISTA DE FIGURAS .............................................................................................. xiii LISTA DE TABELAS.............................................................................................. xvi LISTA DE ABREVIATURA E NOMENCLATURAS ......................................... xvii LISTA DE SMBOLOS ......................................................................................... xviii
CAPTULO 1 .............................................................................................................. 1
INTRODUO .................................................................................................................................... 1 1.1 CONTEXTO GERAL ............................................................................................................... 1 1.2 OBJETIVOS DA DISSERTAO ........................................................................................... 3 1.3 ESTRUTURA E ORGANIZAO DA DISSERTAO ......................................................... 4
CAPTULO 2 .............................................................................................................. 6
PILHAS DE ESTRIL ......................................................................................................................... 6 2.1 INTRODUO ........................................................................................................................ 6 2.2 ASPECTOS GEOLGICOS DO QUADRILTERO FERRFERO DE MINAS GERAIS ........ 6 2.3 ESTREIS DE MINRIO DE FERRO DO QUADRILTERO FERRFERO DE MINAS GERAIS .......................................................................................................................................... 10 2.4 ASPECTOS GERAIS DE UMA PILHA DE ESTRIL ........................................................... 11
2.4.1 Planejamento ............................................................................................................ 11 2.4.2 Construo de Pilha de Estril ................................................................................... 13
Preparao da Fundao .......................................................................................................... 13 Controle da gua Superficial .................................................................................................. 14 Operao da Pilha ................................................................................................................... 15 Interao entre Projeto e Construo ....................................................................................... 16
2.4.3 Classificao de Pilhas de Estril ............................................................................... 17 Geral ...................................................................................................................................... 17 Configurao da pilha ............................................................................................................. 18 Inclinao do talude de fundao e grau de confinamento ........................................................ 19 Tipo de fundao .................................................................................................................... 19 Qualidade do material da pilha ................................................................................................ 19
xi
Mtodo de construo ............................................................................................................. 19 Condies Hidrogeolgicas ..................................................................................................... 20 Taxa de Disposio ................................................................................................................. 20 Sismicidade ............................................................................................................................ 20
2.4.4 Fechamento de Pilhas de Estril ................................................................................ 21 2.5 METODOLOGIAS DE DISPOSIO E CO-DISPOSIO DE ESTRIL ............................ 21
2.5.1 Disposio de Pilhas de Estril ............................................................................................ 22 Pilha executada pelo Mtodo Ascendente ................................................................................ 22 Pilha executada pelo Mtodo Descendente .............................................................................. 24
2.5.2 Co-Disposio de Pilhas de Estril ...................................................................................... 26
CAPTULO 3 ............................................................................................................ 27
COMPORTAMENTO DOS SOLOS GRANULARES ...................................................................... 27 3.1 INTRODUO ...................................................................................................................... 27 3.2 RESISTNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS GRANULARES ................................. 28
3.2.1 Critrios de Ruptura de Critrio de Ruptura Mohr-Coulomb....................................... 32 3.3 FATORES QUE INFLUENCIAM O COMPORTAMENTO DOS SOLOS GRANULARES ... 34
3.3.1 Caractersticas dos Gros em Termos de Distribuio Granulomtrica........................ 35 3.3.2 Caractersticas dos Gros em Termos de Distribuio Granulomtrica........................ 36
Dimetro efetivo ( ) ........................................................................................................... 37 Coeficiente de uniformidade ( ) ........................................................................................... 37 Coeficiente de curvatura ( ) .................................................................................................. 37
3.3.3 ndice de Vazios, Compacidade e Arranjo Estrutural .................................................. 39 3.3.4 Ensaios de Cisalhamento Direto ................................................................................ 44
Ensaio Convencional de Cisalhamento .................................................................................... 45 Equipamento Clssico ............................................................................................................. 45 Velocidade de Cisalhamento dos Corpos de Prova ................................................................... 47
CAPTULO 4 ............................................................................................................ 50
PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 50 4.1 INTRODUO ...................................................................................................................... 50 4.2 AMOSTRAGEM DO ESTRIL DE MINRIO DE FERRO ................................................... 51
4.2.1 Caracterizao do Estril da Pilha de Estril da Mina em estudo................................. 51 4.2.2 Processo de obteno e preparao das amostras ........................................................ 52
Obteno das amostras ............................................................................................................ 53 Preparao das amostras.......................................................................................................... 54
4.3 CARACTERIZAO QUMICA DO ESTRIL .................................................................... 55 4.3.1 Anlise Qumica........................................................................................................ 56
xii
4.4 CARACTERIZAO GEOTCNICA DAS AMOSTRAS DE ESTRIL ............................... 59 4.4.1 Cominuio da amostra de estril, identificao e construo das curvas granulomtricas .... 59 4.4.2 Determinao da massa especfica dos gros .............................................................. 65 4.4.3 Determinao dos ndices de vazios limites................................................................ 66
4.6 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA A DETERMINAO DOSPARMETROS DE RESISTNCIA AO CISALHAMENTO DO ESTRIL .................................................................... 68
4.6.1 Equipamento de cisalhamento direto automatizado convencional ............................... 69 4.6.2 Equipamento de cisalhamento direto automatizado de grande porte ............................ 70
4.6 DETERMINAO DOS PARMETROS DE RESISTNCIA AO CISALHAMENTO DO ESTRIL ......................................................................................................................................... 72
4.6.1 Preparao dos Corpos de Prova ................................................................................ 72 Areia seca Geral ................................................................................................................... 72 Areia seca Densa .................................................................................................................. 73 Areia seca Fofa .................................................................................................................... 73 Areia seca Densidade mdia ................................................................................................. 73 Areia Saturada ........................................................................................................................ 74
4.6.2 Determinao da velocidade de cisalhamento dos corpos de prova ............................. 74 4.6.3 Curvas obtidas nos ensaios de cisalhamento direto ..................................................... 75
CAPTULO 5 ............................................................................................................ 83
ANLISE DOS RESULTADOS ........................................................................................................ 83 5.1 INTRODUO ...................................................................................................................... 83 5.2 CARACTERIZAO DO ESTRIL DE MINRIO DE FERRO ........................................... 84
5.2.1 Granulometria ........................................................................................................... 84 5.2.2 ndice de Vazios ........................................................................................................ 85
5.3 PARMETROS DE RESISTNCIA DO ESTRIL DE MINRIO DE FERRO ..................... 86 5.3.1 ngulo de atrito efetivo (') ....................................................................................... 86 5.3.2 Relao entre Granulometria e ngulo de Atrito ........................................................ 91
Influncia da escala nos parmetros de resistncia ao cisalhamento .......................................... 91 Relao entre tamanhos dos gros e ngulo de atrito ................................................................ 94
CAPTULO 6 .......................................................................................................... 102
CONCLUSES E SUGESTES PARA PESQUISAS FUTURAS ................................................. 102 6.1 CONSIDERAES FINAIS ................................................................................................ 102 6.2 CONCLUSES .................................................................................................................... 103 6.3 SUGESTES PARA PESQUISAS FUTURAS ..................................................................... 104
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 106
xiii
LISTA DE FIGURAS
CAPTULO 2 .............................................................................................................. 6
PILHAS DE ESTRIL ......................................................................................................................... 6
Figura 2.1: Mapa Geolgico do Quadriltero Ferrfero (ALKMIN & MARSHAK, 1998, modificado de
DORR, 1969). ........................................................................................................................................ 8
Figura 2.2: Coluna Estratigrfica do Quadriltero Ferrfero (modificado de ALKMIN & MARSHAK,
1998)...................................................................................................................................................... 9
Figura 2.3: Progresso executivo de uma pilha de estril (PETRONILHO, 2010) .................................... 13
Figura 2.4: Tipos de pilhas de estril (BCMWRPRC, 1991) .................................................................. 18
Figura 2.5: Construo de uma pilha de estril pelo mtodo ascendente (FREITAS, 2004) ..................... 22
Figura 2.6: Retaludamento da face do banco em conformao ao projeto geotcnico da Pilha (FREITAS,
2004).................................................................................................................................................... 23
Figura 2.7: Construo de uma pilha de estril pelo mtodo descendente (FREITAS, 2004) ................... 24
Figura 2.8: Tcnica de empilhamento por stacker .................................................................................. 25
CAPTULO 3 ............................................................................................................ 27
COMPORTAMENTO DOS SOLOS GRANULARES ...................................................................... 27
Figura 3.1: Componente da resistncia ao cisalhamento de solos granulares (modificado de ROWE,
1962).................................................................................................................................................... 30
Figura 3.2: Envoltria de Mohr-Coulomb em termos de tenses efetivas (LAMBE & WHITMAN, 1969)
............................................................................................................................................................ 32
Figura 3.3: Envoltria de Mohr-Coulomb para mistura areia-pedregulho (HOLTZ e GIBBS, 1956 citado
por LAMBE &WHITMAN, 1969). ....................................................................................................... 33
Figura 3.4: Aproximaes lineares envoltria curva de Mohr, com a aproximao de duas linhas e com
a aproximao de uma linha (LAMBE & WHITMAN, 1969). ............................................................... 34
Figura 3.5: Definio de D , D e D (DAS, 2007). .......................................................................... 37
Figura 3.6: Diferentes tipos de curvas de distribuio granulomtrica (DAS, 2007)................................ 38
Figura 3.7: Variao de e e e (para areia de Nevada 50/80) com porcentagem de finos no-
plsticos. (Reproduzido de LADE et al., 1988 citado por DAS, 2007) .................................................... 40
Figura 3.8: Curvas tpicas de tenso-deformao para areias fofas e compactas. ..................................... 42
Figura 3.9: Equipamento tpico de Cisalhamento Direto para amostras de 60 x 60 mm ou 100 x 100 mm
............................................................................................................................................................ 46
Figura 3.10: Arranjo do Equipamento Convencional 60 milmetros com controle de deslocamento
(HEAD, 1994) ...................................................................................................................................... 46
Figura 3.11: Variao do adensamento com a raiz quadrada do tempo (HEAD, 1994) ............................ 48
Figura 3.12: Variao do adensamento e consolidao completa (HEAD, 1994) .................................... 49
xiv
CAPTULO 4 ............................................................................................................ 50
PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 50
Figura 4.1: Vista de uma pilha de estril do Quadriltero Ferrfero de Minas Gerais............................... 54
Figura 4.2: Quarteador mecnico para obteno das amostras representativas do estril ......................... 55
Figura 4.3: Espectrmetro de Emisso ptica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP OES) marca
Spectro Ciros modelo CCD do Laboratrio de Geoqumica Ambiental do Departamento de Geologia da
UFOP ................................................................................................................................................... 57
Figura 4.4: Representao esquemtica dos componentes do Espectrofotmetro de Emisso ptica com
Plasma Acoplado Indutivamente ........................................................................................................... 58
Figura 4.5: Curva granulomtrica do estril obtido em campo ............................................................... 60
Figura 4.6: Vista do britador de mandbulas .......................................................................................... 61
Figura 4.7: Vista do britador de rolos .................................................................................................... 61
Figura 4.8: Vista do moinho com carga de bolas ................................................................................... 62
Figura 4.9: Curvas granulomtricas das amostras de estril estruturadas artificialmente ......................... 63
Figura 4.10: Curva de calibrao do tempo mnimo de vibrao ............................................................ 67
Figura 4.11: Detalhes do equipamento de cisalhamento direto convencional compacto .......................... 69
Figura 4.12: Vista do equipamento de cisalhamento direto convencional compacto ................................ 70
Figura 4.13: Vista do equipamento de cisalhamento direto de grande porte automatizado....................... 71
Figura 4.14: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-00) -CSC-GP 150kN ................... 76
Figura 4.15: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-00) - CSC-GP 150kN ..................... 76
Figura 4.16: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-01) - CSC-GP 150KN.................. 77
Figura 4.17: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-01)- CSC-GP 150kN ...................... 77
Figura 4.18: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-02)- CSC-GP 150kN ................... 78
Figura 4.19: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-02)- CSC-GP 150kN ...................... 78
Figura 4.20: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-03)- CSC-GP 150kN ................... 79
Figura 4.21: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-03)- CSC-GP 150kN ...................... 79
Figura 4.22: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-01) -CSC-1000 ............................ 80
Figura 4.23: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-01) - CSC-1000 .............................. 80
Figura 4.24: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-02) - CSC-1000 ........................... 81
Figura 4.25: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-02) - CSC-1000 .............................. 81
Figura 4.26: Curva tenso cisalhante versus desloc. horizontal (EMF-03) - CSC-1000 ........................... 82
Figura 4.27: Curva desloc. vertical versus desloc. horizontal (EMF-03) - CSC-1000 .............................. 82
xv
CAPTULO 5 ............................................................................................................ 83
ANLISE DOS RESULTADOS ........................................................................................................ 83
Figura 5.1: Curva Tenso cisalhante versus tenso normal (EFM-00) CSC-GP 150kN ........................... 88
Figura 5.2: Curva Tenso cisalhante versus tenso normal (EFM-01) (a) CSC-GP 150kN e (b) CSC-1000
............................................................................................................................................................ 88
Figura 5.3: Curva Tenso cisalhante versus tenso normal (EFM-02) (a) CSC-GP 150kN e (b) CSC-1000
............................................................................................................................................................ 89
Figura 5.4: Curva Tenso cisalhante versus tenso normal (EFM-03) (a) CSC-GP 150kN e (b) CSC-1000
............................................................................................................................................................ 89
Figura 5.5 (a): Correlao entre D10 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-GP 150kN............ 95
Figura 5.5 (b): Correlao entre D10 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-1000 .................... 95
Figura 5.6 (a): Correlao entre D30 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-GP 150kN............ 96
Figura 5.6 (b): Correlao entre D30 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-1000 .................... 96
Figura 5.7 (a): Correlao entre D50 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-GP 150kN............ 97
Figura 5.7 (b): Correlao entre D50 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-1000 .................... 97
Figura 5.8 (a): Correlao entre D60 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-GP 150kN............ 98
Figura 5.8 (b): Correlao entre D60 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-1000 .................... 98
Figura 5.9 (a): Correlao entre D90 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-GP 150kN............ 99
Figura 5.9 (b): Correlao entre D90 e o ngulo de atrito das quatro amostras CSC-1000 .................... 99
Figura 5.10: (a) Estado flutuante: matriz de partculas finas; (b) Estado no-flutuante: partculas finas
ocupando vazios das partculas grossas ............................................................................................... 100
xvi
LISTA DE TABELAS
CAPTULO 3 ............................................................................................................ 27
COMPORTAMENTO DOS SOLOS GRANULARES ...................................................................... 27
Tabela 3.1: Descrio Qualitativa de Depsitos de Solo Granular .......................................................... 41
CAPTULO 4 ............................................................................................................ 50
PROGRAMA EXPERIMENTAL ...................................................................................................... 50 Tabela 4.1: Composio Qumica do Estril Analisado.......................................................................... 58
Tabela 4.2: Percentagens mximas de impurezas na avaliao da qualidade do minrio de ferro. ............ 59
Tabela 4.3: Distribuio granulomtrica conforme a ABNT .................................................................. 64
Tabela 4.4: Distribuio granulomtrica conforme a ASTM. ................................................................. 64
Tabela 4.5: Valores da massa especfica dos gros (s) das amostras de estril ....................................... 66
Tabela 4.6: ndices de vazios mximo e mnimo das amostras de estril ................................................ 68
Tabela 4.7: Dados obtidos para o clculo da velocidade de cisalhamento ............................................... 75
CAPTULO 5 ............................................................................................................ 83
ANLISE DOS RESULTADOS ........................................................................................................ 83
Tabela 5.1: Resumo das Caractersticas Granulomtricas das Amostras ................................................. 84
Tabela 5.2: Relao dos ndices de Vazios com a Compacidade ............................................................ 86
Tabela 5.3: Massas especficas secas de cada amostra para CR = 50% ................................................... 86
Tabela 5.4: Valores de ngulo de atrito efetivo (') ................................................................................ 90
Tabela 5.5: Valores de ngulos de atrito para gros de quartzo Terzaghi e Peck (1967), citado por Head
(1994) .................................................................................................................................................. 90
Tabela 5.6: Valores tpicos de ' para Solos Secos No Coesivos Lambe e Whitman (1979), citado por
Head (1994) ......................................................................................................................................... 90
Tabela 5.7: Dimetros mximos dos gros utilizados nos modelos CSC-GP 150kN e CSC-1000 ............ 93
xvii
LISTA DE ABREVIATURAS E NOMENCLATURAS
AASHTO American association of state highway and transportation officials
ABNT Associao brasileira de normas tcnicas
Al2O3 xido de alumnio
ASTM American society for testing and materials
BC British columbia
BCWPRC British columbia mine waste rock pile research committee
BIF Banded iron formations
CaO xido de Clcio
CCD Charge coupled device
CID Charge injection device
CP Corpo de prova
CR Compacidade relativa
CRM Certificate reference material
CSC-1000 Cisalhamento servo controlado convencional
CSC-GP-150 kN Cisalhamento servo controlado de grande porte
DNPM Departamento nacional de produo mineral
Fe Ferro
ICP OES Inductively coupled plasma optical emission spectrometry
MEV Microscopia Eletrnica de Varredura
MgO xido de magnsio
MnO xido de mangans
NBR Norma brasileira registrada
NRM Normas reguladoras de minerao
P Fsforo
P2O5 Pentxido de fsforo
PMT Photomultipliers
QF Quadriltero ferrfero
QFMG Quadriltero ferrfero de Minas Gerais
S Enxofre
SiO2 Dixido de silcio
TiO2 Dixido de titnio
xviii
LISTA DE SMBOLOS
c' Coeso efetiva
Coeficiente de consolidao
Coeficiente de curvatura
Coeficiente de uniformidade
CR Compacidade relativa
cm Centmetro
cm Centmetro quadrado
cm3 Centmetro cbico
D10 Dimetro equivalente para o qual passa 10% do material obtido da curva
granulomtrica (dimetro efetivo)
D30 Dimetro equivalente para o qual passa 30% do material obtido da curva
granulomtrica D50 Dimetro equivalente para o qual passa 50% do material obtido da curva
granulomtrica (dimetro mdio)
D60 Dimetro equivalente para o qual passa 60% do material obtido da curva
granulomtrica
D90 Dimetro equivalente para o qual passa 90% do material obtido da curva
granulomtrica
ndice de vazios
ndice de vazios mximo
ndice de vazios mnimo
ndice de vazios terico
Fc Teor de finos (frao menor que 0,075 mm)
g Gramas
H Espessura
H Altura maior
h Altura menor
h Hora
ID ndice de densidade
K Kelvin
km2 Quilmetro quadrado
kN Quilonewton
xix
kPa Quilopascal
m Metro
m2 Metro quadrado
m3 Metro cbico
m/s Metro cbico por segundo
Mg Megagramas
min Minuto
mm Milmetro
mm/min Milmetro por minutos
Ms Massa da areia necessria para encher o molde
nm Nanmetro
Pc Frao do tamanho da argila (
xx
d ngulo de atrito global
dr ngulo de atrito devido reorientao de partculas
resid ngulo de atrito residual
u ngulo de atrito entre partculas
Deformao
Tenso normal
1
CAPTULO 1
INTRODUO
1.1 CONTEXTO GERAL
Os depsitos controlados de estril ou comumente chamados de pilhas de estril, em
uma mina, so formados pela disposio de material estril, removido na operao de
lavra, para extrao do minrio. Segundo a NBR 13029 (ABNT, 2006), estril todo e
qualquer material no aproveitvel economicamente, cuja remoo se torna necessria
para a lavra do minrio. Em geral, a relao entre os volumes de estril gerados e
minrio denominado de relao estril/minrio, nomenclatura comumente utilizada
pela indstria mineradora.
Ao contrrio do minrio, que extrado e conduzido ao devido tratamento, o estril
segue outra rota e precisa ser descartado corretamente para garantir condies aceitveis
de segurana e meio ambiente. Isso significa que o estril gerado deve ser disposto em
pilhas, em local apropriado e gerar, em longo-prazo, o menor risco segurana e sade
da populao e o menor impacto ambiental possvel. No Brasil, a disposio de estril
em minerao normatizada segundo a NBR 13029 (ABNT, 2006).
O tipo de pilha depende principalmente da caracterizao do estril a ser armazenado.
Experincias acumuladas ao longo dos anos geralmente conduzem a adequada gesto da
disposio de estril de mina, cujas principais preocupaes consistem na garantia da
segurana e proteo ao meio ambiente. Juntamente com estas, so associadas as
variveis custo e caractersticas do estril.
2
Durante o planejamento de lavra, inclusive com o conhecimento antecipado da relao
estril/minrio econmico e global, bem como no sequenciamento de lavra, deve-se
projetar a capacidade das pilhas para que a mina possa garantir as opes seguras de
disposio final, todos os quais devem ser aprovados pelos estudos de impacto
ambiental da operao de mina pelas autoridades competentes. Este planejamento inclui
a caracterizao do estril e a concepo do modelo de pilha a ser adotado para o
armazenamento destes materiais. Estas pilhas so especialmente preparadas com
camadas de argila compactada para gerar confinamento impermevel do material
depositado, evitando, por exemplo, processos de lixiviao ocasionados pela ao da
gua ao longo do tempo. Desta maneira, alm das avaliaes de estabilidade da pilha,
tradicionalmente abordadas nos projetos, so garantidos tambm estudos associados aos
impactos ambientais e sociais do material disposto.
A concepo das pilhas de estril deve levar em conta tambm os custos, tanto de
armazenagem dos resduos, mas principalmente aqueles associados ao transporte.
Devem ser includos, por exemplo, estudos relacionados distncia de transporte do
estril originado na frente de lavra at a pilha, considerando a distncia mais curta
possvel para minimizar os custos de transporte de materiais. Alm disso, as etapas de
construo devem possuir uma configurao geotcnica estvel para suportar provveis
deslizamentos e condies extremas previsveis de exposio ambiental. necessrio
tomar medidas adequadas para evitar, se possvel, o contato com a gua e fluxos de
gua que podem comprometer a estabilidade fsica ou qumica do estril ao longo do
tempo. Portanto, torna-se fundamental assegurar que a construo da pilha de estril
satisfaa as especificaes de projeto aprovados pela autoridade competente, porque a
maioria das causas de insucesso destes depsitos so geralmente relacionados a desvios
durante a construo da mesma, como falta de controle da qualidade durante a
construo da mesma. Indiretamente, vo ao encontro reduo de custos, visto que
para remediar aquelas aes erradas necessrio muitas vezes dispor de recursos muito
maiores do que no projeto inicial.
A gesto de estreis deve, e o processo construtivo geralmente permite, incluir critrios
de fechamento parcial desde a fase de projeto, para que se tenha uma recuperao
3
progressiva, de forma a incluir os custos dessa recuperao nos custos operacionais da
mina. Do ponto de vista do fechamento, os elementos a serem controlados so,
essencialmente, a estabilidade fsica dos taludes dos bancos e da pilha como um todo, a
estabilidade geoqumica, com especial ateno gerao de drenagem cida de mina, as
estruturas de drenagem de guas superficiais e o impacto visual da configurao da
pilha.
A concepo, construo, operao e encerramento de pilhas de estril requerem o uso
de tecnologias que garantam, principalmente, a estabilidade em longo prazo. Entretanto,
na fase de projeto os parmetros de resistncia obtidos em laboratrio correspondem a
faixas granulomtricas diferentes daquelas do estril disposto nas pilhas. Portanto, faz-
se necessrio determinar o efeito de escala granulomtrica nos parmetros de
resistncia.
Particularmente para o estudo da estabilidade destas pilhas, em especial pilhas
localizadas no Quadriltero Ferrfero em Minas Gerais, tornam-se necessrias as
anlises e abordagens especficas sobre o comportamento geotcnico dos estreis,
tomando referncia a distribuio granulomtrica, a mineralogia dos materiais estreis,
e a influncia do efeito de escala granulomtrica na determinao dos parmetros de
resistncia.
1.2 OBJETIVOS DA DISSERTAO
O objetivo principal desta dissertao estudar o comportamento do estril em funo
do efeito de escala granulomtrica e aferir as variaes nas suas propriedades
geotcnicas. Assim, foram realizados ensaios para avaliar a influncia do tamanho dos
gros, associando o consecutivo efeito nos parmetros de resistncia do estril. Deste
modo, na execuo do programa experimental foram utilizadas amostras obtidas a partir
de ensaios de caracterizao fsica adequados s normas vigentes, com vistas a avaliar o
comportamento do estril em funo da granulometria.
4
A presente dissertao procurou estabelecer uma sistemtica geral de anlise, com a
implementao da metodologia de variao da granulometria para avaliao das
propriedades geotcnicas associadas, em especial, aos parmetros de resistncia de
estreis de mineiro de ferro do Quadriltero Ferrfero de Minas Gerais.
A metodologia baseada no comportamento de um estril submetido ao cisalhamento
direto e sua relao com os parmetros de resistncia obtidos para vrias faixas
granulomtricas. A presente dissertao procura contribuir com futuros projetos de
pilhas de estril no estabelecimento de critrios de projeto e de segurana, dada a
impossibilidade atual de ensaiar os diversos materiais estreis na granulometria que,
geralmente, so dispostos nas pilhas.
1.3 ESTRUTURA E ORGANIZAO DA DISSERTAO
O trabalho est estruturado em seis captulos, sendo o primeiro captulo introdutrio,
destacando as consideraes gerais associadas construo de uma pilha de estril em
minas de minrio de ferro. Este captulo apresenta ainda os objetivos pretendidos pela
dissertao com base no estudo do comportamento geotcnico de um estril oriundo do
Quadriltero Ferrfero de Minas Gerais.
O segundo captulo compreende uma reviso bibliogrfica sobre os principais assuntos
envolvidos na pesquisa. Dentre os assuntos, destacam-se algumas referncias geolgicas
da rea de estudo e a correlao com os estreis. Alm disso, so mostrados os tpicos
essenciais de projeto de depsitos controlados de estril ou comumente chamados de
pilhas de estril, com as metodologias normalmente aplicadas para disposio destes
resduos da indstria de minerao. Este captulo complementado com a apresentao
das metodologias de disposio de estril em pilhas, em conformidade com as Normas
Reguladoras para a Disposio de Estril, Rejeitos e Produtos, NBR 13029 (ABNT,
2006).
5
O terceiro captulo descreve basicamente o comportamento os materiais granulares a
partir da anlise do comportamento de solos arenosos. Este tipo de abordagem objetiva
mostrar os princpios de resistncia ao cisalhamento dos solos granulares e os fatores
que podem induzir na sua relevncia. Referncias sobre o comportamento dos solos
granulares so essenciais para uma melhor compreenso das particularidades do
material estril e sustentao das anlises propostas.
No quarto captulo exposto o esquema do trabalho em laboratrio, apresentando os
resultados dos ensaios realizados de acordo com os procedimentos normativos da
Associao Brasileira de Normas Tcnicas, para a caracterizao fsica do estril, onde
se objetivou a obteno das amostras nas diferentes granulomtricas mantendo sempre a
conformao da curva granulomtrica original. Ademais, so apresentados os resultados
dos ensaios de caracterizao qumica, alm dos resultados associados aos parmetros
de resistncia das amostras do estril.
No quinto captulo se desenvolve a anlise dos resultados obtidos no capitulo
precedente. A partir dos resultados obtidos para as diferentes faixas granulomtricas e
respectivos parmetros geotcnicos, se investigou a influncia da escala nos parmetros
de resistncia ao cisalhamento e a relao entre os tamanhos dos gros e ngulo de
atrito.
Finalmente, o sexto captulo apresenta as concluses gerais deste trabalho, algumas
sugestes e recomendaes para as prximas pesquisas. Essa dissertao encerra-se com
a lista de referncias bibliogrficas.
6
CAPTULO 2
PILHAS DE ESTRIL
Neste captulo, apresentam-se os principais tpicos de projeto para depsitos
controlados de estril ou, como comumente chamados, pilhas de estril, bem como as
metodologias comumente utilizadas para disposio destes materiais, de acordo com as
especificaes vigentes e recomendaes tcnicas.
2.1 INTRODUO
Pilhas de estril so estruturas formadas na mina pela disposio do estril,
necessariamente, removido de uma cava para liberao/extrao do minrio. Estril de
mina algo que se gostaria de evitar a manipulao, pois um item de custo. Como um
item de custo significativo, exige gesto e planejamento. Se a remoo, transporte e
disposio do material estril de uma mina no forem tratados de forma responsvel
pode gerar impactos de ordem econmica, ambiental e social. Portanto, no
planejamento de uma mina, pilhas de estril devem ser tratadas de forma responsvel,
segura, econmica e ambientalmente satisfatria (COUZENS, 1985).
2.2 ASPECTOS GEOLGICOS DO QUADRILTERO FERRFERO DE MINAS GERAIS
O Quadriltero Ferrfero est situado no limite sul do Crton So Francisco e
composto basicamente por rochas arqueanas, Supergrupo Rio das Velhas, e
proterozicas, Supergrupos Minas e Espinhao (DORR, 1969). O minrio de ferro
7
encontra-se alojado em formaes ferrferas bandadas (Banded Iron Formations -
BIFs), a maior fonte de ferro, e elas correspondem a rochas peculiares tais como
itabiritos. A sigla BIF uma terminologia internacionalmente usada para caracterizar
sedimentos e metassedimentos qumicos do Pr-Cmbrico finamente bandados
constitudos por alternncia de chert, tipo de rocha composta principalmente de slica,
ou quartzo e xidos de ferro (JAMES, 1954). A principal fase de formao de grandes
depsitos de BIF se deu na Era do Paleoproterozico (GROSS, 1980).
O Quadriltero Ferrfero de Minas Gerais ocupa uma rea aproximada de 7.000 km2 na
poro central do estado de Minas Gerais e considerado uma das mais importantes
provncias minerais do Brasil devido as suas jazidas de minrios de ouro, ferro,
mangans, bauxita e pedras preciosas tais como topzio imperial. O Quadriltero
Ferrfero apresenta uma longa evoluo geolgica, abarcando unidades
litoestratigrficas, cujo tempo geolgico prolonga-se desde o Arqueano ao Proterozico
Superior (SILVA et al., 1994). A figura 3.2 mostra a coluna estratigrfica tpica da
regio do Quadriltero Ferrfero.
Os depsitos minerais ferrferos so formados por meio de grandes acumulaes de
idade pr-cambriana, e so as principais fontes de minrio de ferro no Brasil, tal o
caso do estado de Minas Gerais (Quadriltero Ferrfero). Os depsitos minerais
ferrferos podem, ainda, acontecer em pequenas quantidades em muitas rochas gneas e
metamrficas (SPIER et al., 2006). A Figura 2.1 apresenta o Mapa Geolgico do
Quadriltero Ferrfero.
No Quadriltero Ferrfero, os minrios que esto relacionados Formao Cau
(Supergrupo Minas) so divididos em duas categorias bsicas: minrio hemattico de
alto grau e minrio itabirtico (DORR, 1965; ROSIRE e CHEMALE Jr., 2001). A
hematita macia um tipo prprio de minrio de ferro de alto grau que contm
caractersticas qumicas e fsicas singulares, alto teor em ferro, baixo teor de slica e
textura macia, que permitem que esse minrio seja usado como granulado (lump ore)
nos processos de obteno do ferro via reduo direta. A hematita macia pode se
apresentar na forma macia, laminada ou bandada.
8
Figura 2.1: Mapa Geolgico do Quadriltero Ferrfero (ALKMIN & MARSHAK, 1998, modificado de DORR, 1969).
Estas formaes ferrferas suportaram ao longo de sua evoluo geolgica, alm de
alteraes mineralgicas, fortes modificaes texturais entre as quais o
desenvolvimento de uma orientao preferencial morfolgica e cristalogrfica de seus
constituintes minerais que possibilitaram o xido preeminente de ferro, hematita,
ocorrer sob diferentes formas: hematita macia, hematita especulartica, hematita
marttica e hematita porosa, todas originadas em diferentes geraes e com clara relao
com o grau de deformao e metamorfismo. Segundo Rosiri (2003), os depsitos de
minrio de ferro esto situados no Domnio de Baixa Deformao Oeste do
Quadriltero Ferrfero, estando muito deles na borda leste do Sinclinal Moeda.
Segundo Rosire e Chemale (2001), o Grupo Itabira composto um conjunto de
formaes ferrferas metamrficas de itabiritos, dolomitos ferruginosos e filitos
hematticos. Esses minrios, denominados itabiritos, podem ser classificados em
friveis, compactos e semi-compactos. Os Itabiritos Friveis so profundamente
intemperizados, consistindo de massas moles de xidos de ferro finamente granulados,
9
predominantemente hematita e martita e, em menor quantidade, limonita/goethita; os
Itabiritos Compactos so formados de bandas alternadas de magnetita/hematita e
quartzo, localmente com nveis de especularita; e os Itabiritos Semi-compactos so
itabiritos levemente intemperizados consistindo de magnetita, martita e hematita,
intercalados com slica e minerais silicatados.
Figura 2.2: Coluna Estratigrfica do Quadriltero Ferrfero (modificado de ALKMIN & MARSHAK, 1998)
10
2.3 ESTREIS DE MINRIO DE FERRO DO QUADRILTERO
FERRFERO DE MINAS GERAIS
No Quadriltero Ferrfero de Minas Gerais, a maior parte das minas de minrio de ferro
pertencem Vale, a maior mineradora do Brasil e a maior produtora de mineiro de ferro
do mundo. Dentre os materiais lavrados evidenciam-se os itabiritos e hematitas da
Formao Cau, os quartzitos ferruginosos da Formao Cercadinho, os quartzitos da
formao Moeda e os dolomitos da Formao Gandarela (SILVA et al., 1994). Nas
pilhas de estril, so estocados todos os resduos extrados in natura de dentro da cava.
Em Minas Gerais, o procedimento geralmente praticado consiste no encaminhamento
do estril lavrado na cava para locais apropriados de disposio. Os estreis,
geralmente, se dividem em dois tipos: o estril franco e o estril de formao ferrfera.
Estril franco refere-se ao material escavado que no contm ferro em sua constituio e
cuja extrao necessria para que a cava possua uma conformao adequada
produo. Os estreis predominantes so filitos, quartzitos, xistos e dolomitos, formados
prximos das formaes ferrferas. O segundo tipo se refere ao minrio de ferro que
possui baixos teores de ferro e/ou altos teores de contaminantes (fsforo, alumina,
mangans, etc). Este ltimo o que ser reutilizado nos ensaios laboratoriais.
No passado, o estril removido nos trabalhos de lavra era simplesmente basculado em
pontas de aterro, formando bota-fora em condies hoje entendidas como precrias.
Dcadas atrs, iniciou-se a disposio controlada e planejada de pilhas de estril.
Atualmente, as empresas mineradoras adotam uma boa prtica, planejando suas pilhas
de forma adequada. Todas as pilhas so planejadas com antecedncia, sendo que os
projetos so feitos por empresas de consultoria e acompanhados e revisados por uma
equipe tcnica. Durante sua construo, a pilha monitorada por instrumentao e
pelos tcnicos. Mesmo aps o fechamento, as pilhas continuam sendo rigorosamente
vistoriadas.
11
2.4 ASPECTOS GERAIS DE UMA PILHA DE ESTRIL
As atividades relacionadas gesto de pilhas de estril envolvem basicamente o
planejamento, a construo, monitoramento e manuteno e a recuperao das reas
impactadas pelas pilhas. Tais atividades so desenvolvidas conjuntamente com a
operao de mina, sendo a geotecnia de grande importncia em todas as etapas, em
especial a que antecede a construo da pilha.
2.4.1 Planejamento
O planejamento de uma pilha de estreis geralmente no to abrangente ou to
detalhado como o planejamento de lavra. Isso natural, porque o objetivo principal da
mina produzir o melhor resultado possvel de minrio a ser processado. O
planejamento de pilhas de estreis ainda tem menor importncia. Uma inadequada
gesto de pilhas dos estreis pode significar a diferena entre lucro e prejuzo
(COUZENS, 1985).
Cada pilha de estril nica em material que a constitui, local de disposio e projeto
visto que condies especficas podem ditar um nmero significativo de investigaes
geotcnicas e condicionantes de projeto. Comumente, as investigaes especficas para
disposio de estril no so realizadas durante a fase inicial de abertura de uma mina,
mas informaes bsicas coletadas na fase de explorao, como topografia, geologia,
hidrologia, clima e outros podem ser avaliadas e utilizadas na fase de planejamento
(EATON et al., 2005 citado por ARAGO, 2008).
Segundo Welsh (1985), a aquisio de informaes detalhadas sobre os lugares
possveis para disposio do estril de forma a obter um reconhecimento prvio de
dados referentes geologia, topografia, vegetao, hidrologia, clima e possveis
informaes arqueolgicas, como tambm projetos de interesse ou publicaes
importantes com dados e imagens significativos, so etapas compreendidas na fase de
pr-viabilidade. Ademais, tambm so definidos os dados bsicos sobre a disposio do
12
estril, como a origem, a quantidade, o tipo do material, e os mtodos sugeridos para
manejo e disposio.
A escolha do lugar para construo de uma pilha de estril deve ser criteriosa e objetiva,
e deve envolver algumas consideraes de ordem tcnica, ambiental e econmica. Esses
fatores devem, em primeiro lugar, ser analisados diferenciadamente, para logo serem
avaliados em conjunto, a fim de se determinar um lugar, onde os impactos ambientais
sejam minimizados, e os objetivos econmicos e tcnicos sejam maximizados. Por outro
lado, esses fatores so inter-relacionados, e a importncia de um depende
essencialmente da qualidade de estudo que se perfilhou na avaliao dos demais
(BOHNET, 1985).
Segundo Eaton et al., (2005) citado por Arago (2008), as ltimas fases do
planejamento so a fase de viabilidade e o projeto preliminar. Na primeira so
conduzidos estudos para o projeto preliminar, alm de tratar de questes especficas
esboadas no estgio anterior, submetidas ao rgo ambiental. Nesta fase, realizam-se
investigaes de campo para obter uma melhor avaliao das condies do local e sua
adequabilidade, alm de se determinar as caractersticas do material de fundao
(resistncia ao cisalhamento, durabilidade, composio qumica) e de materiais que vo
compor a pilha.
Planos preliminares para a disposio de estril, avaliaes das condicionantes
ambientais, impactos potenciais, estratgias de mitigao destes impactos e parmetros
de projeto para que possa ser submetido avaliao dos rgos competentes, devem
estar pormenorizados no projeto preliminar, e quando concludo, deve ser apresentado
ao rgo ambiental para o consentimento da licena. Caso alguns problemas sejam
observados, a licena no outorgada at que sejam resolvidos mediante apresentao
de estudos para a complementao do mesmo e passar a seguinte fase.
Finalmente, a ltima fase de desenvolvimento do projeto executivo consiste no
detalhamento das caractersticas da pilha, desde suas particularidades geomtricas,
passando pelo dimensionamento da drenagem interna e superficial at a proteo final
das bermas e o acabamento paisagstico, conforme destaca a NBR 13029 (ABNT,
13
2006). A anlise da estabilidade da pilha um ponto determinante e fundamenta-se em
informaes adquiridas no decorrer dos estudos preliminares. So avaliadas vrias
hipteses de ruptura para as diversas situaes das pilhas, sob diferentes condies
hidrogeolgicas. Desde o ponto de vista tcnico, a estabilidade deve ser sempre
assegurada ao longo de todas das fases de vida de uma pilha de estril.
2.4.2 Construo de Pilha de Estril
Depois da fase de planejamento, passa-se para a construo, que deve ser estabelecida
em ordem criteriosa e sequencial (Figura 2.3), abarcando aspectos tais como a
preparao da fundao; o controle das guas superficiais e a metodologia construtiva.
Figura 2.3: Progresso executivo de uma pilha de estril (PETRONILHO, 2010)
Preparao da Fundao
As abordagens de fundaes previstas e detalhadas a seguir devem ser efetuadas
medida em que a pilha seja construda, para que no se exponha toda a rea, no caso de
ngulos globais muito altos, aos efeitos do desgaste em geral por causa do
intemperismo:
14
Supresso da vegetao, com retirada da massa vegetal, sem o procedimento de
limpeza do solo atravs da retirada dos tocos ou restos de rvores (queimadas ou
cortadas) destocamento generalizado, ocorrendo tal necessidade somente nos
espaldares do dreno principal;
Limpeza de materiais inconsistentes casualmente localizados no fundo do vale,
como madeiras etc., quando acontecerem abaixo de drenos, com retirada para
fora da rea ou retidos no interior de zonas resistentes da pilha;
Limpeza da cobertura vegetal, caso a pilha seja construda numa extenso de
floresta densa ou mata (ABNT, 2006).
Segundo Eaton et al., (2005), os drenos de areia e/ou pedregulhos podem se caracterizar
como uma possibilidade executvel nos casos de reas com nascentes (surgncias
naturais) ou solos midos, conduzindo as guas para uma valeta ou vala coletora. Os
drenos de fundo podem se constituir de colches ou valas preenchidas de pedregulhos e,
no caso de grandes vazes, tubos perfurados podem ser instalados no ncleo destes
objetos de capacidade drenante. De qualquer maneira, os benefcios e a performance dos
drenos devem ser sempre avaliados, sempre que possvel, monitorados constantemente.
Controle da gua Superficial
De acordo com as caractersticas prprias da rea onde se encontra instalada a pilha, o
sistema de drenagem superficial ocorre por meio de canais perifricos, em sequncia, a
para interceptao das guas pluviais provenientes das vizinhanas externas da pilha e o
redirecionamento dessas guas para um sistema extravassor final ao p da pilha.
Segundo McCarter (1990), as pilhas de estreis geralmente ocupam grandes reas e
certos cuidados precisam ser estabelecidos no sentido do controle da gua superficial. A
gua superficial deve ser conduzida de modo a impedir a saturao dos taludes
descobertos, de forma a evitar seriamente o desenvolvimento de superfcie fretica
dentro da pilha, para preservar a estrutura contra a perda de finos por piping (fenmeno
que acontece quando a presena do lenol fretico interceptada pela vooroca,
15
induzindo ao aparecimento de surgncias de gua), alm de minimizar eroses
superficiais que, em estgios avanados, podem mobilizar ou induzir mecanismos de
ruptura ao longo das superfcies dos taludes.
A gua superficial que se origina da precipitao ou de outras procedncias deve ser
coletada e direcionada para canais de escoamento ao redor da estrutura, ou conduzida
por drenagem interna. Desvios da gua superficial so geralmente factveis em pilhas
construdas em encostas ou em extenses planas, mas dificultoso de serem ajuntados
no caso de pilhas em vales fechados e curtos e aterros que cruzam vales extensos. A
plataforma de disposio da pilha deve ter um caimento de 1 a 2%, a partir da sua crista,
de maneira a direcionar a gua coletada para uma valeta situada na parte posterior da
plataforma. O dreno de fundo de enrocamento uma alternativa vivel e econmica
frente a canais de desvios de superfcie, que so construes caras e de difcil
manuteno. Os drenos de fundo de enrocamento so geralmente aceitveis, no caso de
fluxo de at 20 m/s (EATON et al., 2005).
Operao da Pilha
A disposio do estril deve ser realizada com maior relevncia ao longo do
comprimento da crista, de modo a fazer desta a mais longa possvel, minimizando a taxa
de elevao do aterro, o que beneficia a estabilidade. Um bom planejamento da
disposio do estril deve aproveitar todas as condies presentes do lugar. No
desenvolvimento de uma pilha, a disposio deve ser feita em vrios setores, no sendo
concentrada em um nico local (BCWPRC, 1991).
As restries de operao devem ser cumpridas nas fases de construo da pilha. O
desempenho da pilha deve ser controlado mediante constantes monitoramentos visuais e
por meio de instrumentos. Em caso de eventuais irregularidades, medidas preventivas
devem ser tomadas, incluindo-se a prpria suspenso de disposio, reduo na taxa de
disposio ou lanamento de camadas de material de granulometria grosseira
selecionado (EATON et al., 2005).
16
Materiais rochosos mais grosseiros devem ser dispostos em ravinas e gargantas, no leito
de cursos da gua bem definidos e diretamente sobre terrenos ngremes. Isto aumenta a
resistncia ao cisalhamento do contato e permite uma melhor drenagem de fundo. Os
materiais de pouca qualidade, moles e finos, devem ser dispostos fora de reas de
escoamento superficial. Outra maneira de trabalhar com os materiais de qualidade ruim
coloc-los em clulas de uma maneira arranjada, tendo como objetivo no gerar uma
zona favorvel de ruptura (BCWPRC, 1991).
Nos lugares onde a estabilidade da pilha mais difcil de ser prevista, a disposio
inicial deve ser realizada experimentalmente, de forma que possa se conferir as
hipteses do projeto. Fatores como as poropresses e as suas taxas de dissipao so
mais difceis de ser previstos, com base unicamente em ensaios de laboratrio. Assim,
instrumentaes para mensurao de poropresses devem ser instaladas em fundaes
em situao complicada, de modo a possibilitar a preparao de um modelo de
desenvolvimento que reproduza as medidas de campo.
Os objetivos de longo prazo devem ser bem ministrados no projeto da reabilitao da
pilha de forma a garantir, de certo modo, uma reduo dos custos, um aumento da
estabilidade de curto prazo (na construo) e diminuir os problemas operacionais. O
projeto da reabilitao deve ter objetivos que garantam a estabilidade e o controle de
eroses em longo prazo, de tal modo que a gua liberada pela pilha ao meio ambiente
local seja de uma qualidade admissvel e que tornem possvel um uso futuro apropriado
para as reas afetadas pelas pilhas (BOHNET e KUNZE, 1990).
Interao entre Projeto e Construo
A fase de construo sempre subordinada fase anterior de planejamento. No entanto,
eventos no previstos podem ocorrer e devem ser documentados. importante ter uma
informao precisa de todas as caractersticas, para um bom desenvolvimento do
processo construtivo; mas neste processo obtm-se outras informaes mais
aprofundadas que ajudam a melhorar o planejamento, as quais devem ser corretamente
17
registradas e guardadas. O projeto de uma pilha precisa sempre de uma auditoria
peridica pela equipe tcnica qualificada da prpria mineradora e melhor ainda se forem
conjuntamente com auditores externos.
2.4.3 Classificao de Pilhas de Estril
Geral
Em geral, um sistema de classificao disponibiliza representaes e caracterizaes
bsicas das pilhas de estreis como, por exemplo, o seu tipo e a forma de disposio do
estril numa determinada ordem. Essas informaes facilitam a comunicao e o
entendimento entre profissionais interessados nas fases de projeto e construo.
Alm disso, as descries frequentemente fornecem uma previso sobre o
comportamento interno da pilha (poropresses, nvel de gua, etc.) e previnem sobre
reas de riscos potenciais, com o intuito de serem investigados, minimizados ou
excludos o mais cedo possvel. Existem vrios esquemas, propostos na literatura, de
classificao de pilhas de estril quanto aos seus tipos, os quais se baseiam nos aspectos
referentes s caractersticas gerais da fundao e da configurao das pilhas (ARAGO,
2008).
Uma publicao do governo canadense intitulada Mined Rock and Overburden Piles
(BCMWRPRC, 1991) considera que os fatores para avaliar as pilhas de estreis
segundo o seu potencial de estabilidade, so a configurao da pilha, a inclinao do
talude de fundao e o grau de confinamento, o tipo de fundao, a qualidade do
material da pilha, o mtodo construtivo empregado, as condies hidrogeolgicas, a
taxa de disposio e a sismicidade.
Os tipos de pilhas classificados conforme o BC Mine Waste Rock Pile Research
Committee so destacados na Figura 2.4 (BCMWRPRC, 1991).
18
Figura 2.4: Tipos de pilhas de estril (BCMWRPRC, 1991)
Configurao da pilha
A estabilidade tem uma dependncia direta com a geometria e dimenses da pilha. A
altura da pilha, por exemplo, tem relao com carga que ser exercida sobre um
determinado terreno de fundao. As configuraes principais so a altura, o volume e a
inclinao geral do talude.
19
Inclinao do talude de fundao e grau de confinamento
Um cenrio mais apropriado a formao cncava dos taludes em vale fechado
(confinamento 3D); no caso contrrio seria uma formao convexa dos taludes de
fundao como no caso de aterros de crista mostrados na Figura 2.4.
Tipo de fundao
Na estabilidade geral da pilha este fator de grande importncia e a causa mais
frequente de ruptura. Nesse caso, categorizam-se as fundaes em competentes
(resistncia igual ou maior pilha), intermedirias (resistncia entre competente e fraca)
e fracas (capacidade de suporte limitada).
Qualidade do material da pilha
Outros fatores importantes na estabilidade da pilha so as caractersticas prprias do
material da pilha, como textura, resistncia ao cisalhamento e durabilidade. Os materiais
mais favorveis so aqueles constitudos por materiais grosseiros, de rocha dura e
durvel, com pouco ou nenhum fino. Materiais de capeamento ou rocha muito
intemperizada com grande percentagem de finos so menos favorveis.
Mtodo de construo
O mtodo construtivo tambm est diretamente relacionado com a estabilidade, sendo o
mais favorvel o mtodo ascendente (empilhamento ascendente) em formas de bermas,
e, no caso contrrio, o mtodo descendente em talude nico (denominado de bota-fora).
A construo em que se d preferncia para a expanso da pilha na direo das curvas
20
de nvel (para o lado, na direo do vale) favorece mais a estabilidade do que
perpendicular a elas (para baixo).
Condies Hidrogeolgicas
A gua sempre um fator desfavorvel estabilidade, conhecendo-se que a gua pode
entrar no aterro, seja por infiltrao direta, gua superficial, ou como percolao
subterrnea. Uma situao de desenvolvimento da linha fretica dentro da pilha ser
sempre uma condio adversa.
Taxa de Disposio
Altas taxas de elevao da pilha podem dar origem a um excesso de poropresses,
favorecendo para a instabilidade do arranjo estrutural, alm de tornar difcil o
adensamento do material.
Sismicidade
Embora a Amrica do Sul forme uma placa continental que em contato com a Placa de
Nazca ocasionam os terremotos, o movimento ssmico no Brasil geralmente baixo,
mas os eventos causados por desmonte de rocha, que provocam vibraes, deve ser um
fator a ser considerado.
21
2.4.4 Fechamento de Pilhas de Estril
Como um componente ou uma estrutura de uma mina, o fechamento de pilhas de estril
tratado no fechamento de mina. O fechamento de pilhas de estril, dado sua forma
construtiva por mtodos ascendente, permite que as operaes de recuperao
progressiva sejam empregadas concomitantemente com a construo da pilha nos
bancos inferiores dessa. Portanto, atividades como rebatimento do talude dos bancos,
para um ngulo de talude final, revegetao e instalao de sistemas de drenagem
superficial devem ser implementadas logo aps a finalizao do banco. Tais atividades
permitem alm da incluso das despesas de recuperao no custo operacional da mina,
uma reduo no carreamento de sedimentos para a bacia de captao, reduo de
rupturas localizadas no talude do banco e, consequentemente, menor custo de
manuteno. Detalhes do fechamento de mina e das etapas envolvidas so descritos por
Flres e Lima (2012).
2.5 METODOLOGIAS DE DISPOSIO E CO-DISPOSIO DE
ESTRIL
As condies atuais de requerimentos legais e de gesto corporativa de muitas empresas
estabelecem que um sistema de disposio ou co-disposio de estril seja entendido
como uma estrutura projetada e implantada para acumular materiais de forma segura,
econmica e ambientalmente satisfatria. A disposio e/ou co-disposio de estreis,
em carter temporrio ou definitivo, devem ser colocadas de modo planejado e
controlado para garantir suas condies de estabilidade.
No documento NRM19 (DNPM, 2001) so estipulados os principais critrios e
premissas que regulam a construo de uma pilha de estril, assegurando sua adequada
implantao, controle operacional e futura desativao (fechamento). Em pilhas de
estril, aos custos de disposio acrescentam-se os de cuidado da cobertura vegetal, de
drenagem, de transporte do estril, de reteno de finos gerados por carreamento de
22
slidos durante e aps a formao da pilha, de manuteno e conservao ao longo da
vida da pilha. A disposio de estril feita de modo normal e habitual por meio de
camadas espessas, formando uma sucesso de plataformas de lanamento espaadas a
intervalos de 10 m ou mais de altura. Assegura-se a estabilidade da pilha por meio do
controle da largura e do comprimento das plataformas, bem como do espaamento
vertical entre elas. Entre as plataformas deixam-se bermas, sendo a funo principal de
acesso, como estrutura auxiliar na drenagem superficial e controle de eroso e de
suavizao do talude geral da pilha. Fundamentalmente, uma pilha de estril
construda pelos mtodos descendente ou ascendente (EATON et al., 2005).
2.5.1 Disposio de Pilhas de Estril
Pilha executada pelo Mtodo Ascendente
mtodo recomendvel para a construo de uma pilha de estril, uma vez que o
comportamento geotcnico da estrutura pode ser bem acompanhado e controlado ao
longo dos alteamentos sucessivos. Pode dar-se de duas formas por camadas ou por
bancadas conforme demonstrado na Figura 2.5.
Figura 2.5: Construo de uma pilha de estril pelo mtodo ascendente (FREITAS, 2004)
23
Resumidamente, a metodologia construtiva pode ser definida de acordo com as
seguintes fases:
Execuo de jusante para montante, em direo s cabeceiras da bacia de
drenagem, a partir de um enrocamento de p;
Transporte de material por meio de caminhes ou motoraspadores
(motoscrapers) e lanamento do estril sobre a plataforma de trabalho, de
maneira a conformar pilhas de pequena altura (tipicamente entre 2,0 e 3,0m);
Espalhamento do material feito por trator de esteira (camadas entre 1,0 e 1,5m
de espessura), com compactao induzida pelo prprio trfego dos veculos;
Formao de bancadas e bermas pelo mtodo ascendente (entre 10,0 e 15,0m de
altura) e retaludamento posterior com trator de esteira, sendo a camada
superficial regularizada e estabilizada por compactao final (Figura 2.6);
Implantao de dispositivos de drenagem e de proteo superficial dos taludes
concludos.
Figura 2.6: Retaludamento da face do banco em conformao ao projeto geotcnico da Pilha (FREITAS, 2004).
Este mtodo apresenta uma grande contribuio segurana da estrutura, uma vez que
qualquer ruptura ter de passar pelo banco anterior, que tambm atua como apoio para o
p do talude do banco superior e fornece certo confinamento para os solos de fundao.
Outro ponto positivo que o p de cada banco suportado em uma superfcie plana
(berma) superior (Eaton et al., 2005 citado por Arago, 2008).
24
Com relao aos processos utilizados nas minas para remoo e disposio do estril,
estes tendem a gerar ambientes favorveis para a predominncia de sistemas
heterogneos de escoamento pelo macio da pilha, devido grande variabilidade das
propriedades fsicas dos estreis. Tal fato pode ser reforado, ainda mais, caso o mtodo
de disposio utilizado seja o mtodo descendente.
Pilha executada pelo Mtodo Descendente
Este mtodo era realizado com pouco ou nenhum controle geotcnico, em depsitos de
ponta de aterro (tipo bota-fora), pelo lanamento e basculamento direto do estril a
partir da cota mais elevada dos taludes da pilha, construda j na sua altura mxima a
montante (Figura 2.7). As condies de fundao e os taludes do terreno natural na
regio do p da pilha so os elementos que, em geral, condicionam a estabilidade da
pilha.
Os equipamentos de transporte do estril no assumem a atividade de compactao e os
taludes evoluem com a dinmica do empilhamento, sem possibilitar, assim,
procedimentos de cobertura vegetal. Formam estruturas bastante instveis, altamente
susceptveis a processos erosivos e a escorregamentos generalizados (Figura 2.7).
Assim, apresentam enormes restries de aplicao prtica, sendo indicadas apenas para
materiais francamente drenantes (enrocamentos) e/ou em reas confinadas.
Figura 2.7: Construo de uma pilha de estril pelo mtodo descendente (FREITAS, 2004)
25
Conforme a NBR 13029 (ABNT, 2006) este mtodo citado no pode ser adotado pela
indstria de minerao. Um processo alternativo o chamado empilhamento por
stacker (Figura 2.8), utilizando-se sistemas de correias transportadoras. Este
equipamento empregado para manuseio de material a granel, mais utilizado para
empilhamento de minrio, mas que pode ser tambm empregado para sistemas de
disposio de estreis, por sua versatilidade e velocidades de alteamento.
Figura 2.8: Tcnica de empilhamento por stacker1
Esta tcnica apresenta maior velocidade de alteamento que os demais, com uma baixa
perda de umidade do estril. Por conseguinte, essas elevadas velocidades no permitem
a dissipao das poropresses da fundao, o que exige maiores estudos e anlises
quanto sua aplicao. Como no ocorre a presena de equipamentos de transporte e o
trfego nulo, no apresenta nenhum tipo de compactao, nem mesmo superficial.
1http://www.takraf.com/en/products/yardequipment/stacker.htm, (Acesso em 11 de Jul. 2014)
26
2.5.2 Co-Disposio de Pilhas de Estril
Pilhas de estril em minas de minrio sulfetado podem gerar drenagem cida pois a
estrutura porosa e a circulao de ar mais a mida favorecem tal processo. Quando se
trata de rejeito, o risco de liquefao de pilhas e barragens grande visto que tais
materiais so consolidados e podem permanecer semifluidos e, pela caracterstica
granulomtrica, podem dificultar a drenagem e, em consequncia a elevao das
poropresses. Neste sentido, tem sido adotado pela indstria a tcnica da co-disposio
estril com rejeito. O mtodo de co-disposio tem por finalidade limitar a transferncia
de oxignio nos vazios do estril em uma pilha e garantira estabilidade fsica e
geoqumica da pilha formada.
Segundo Wickland e Wilson (2005), a co-disposio envolve a combinao de estril e
rejeitos. Existem alguns tipos de co-disposio, que variam em funo do percentual da
mistura (% de estril / % de rejeito) e mtodo de arranjo, incluindo:
Disposio compartilhada: rejeitos e estreis no se misturam, mas so dispostos
em extremidades opostas de uma cava;
Co-disposio em camadas: estreis e rejeitos so colocados alternadamente em
camadas;
Co-disposio por bombeamento: materiais grosseiros e finos so suspensos
juntos e bombeados para uma barragem; e
Misturas homogneas, estreis e rejeitos esto intimamente misturados.
As duas primeiras opes sero heterogneas, e podem, portanto, permitir que o
material estril permanea no saturado. As condies no saturadas podem permitir o
fluxo convectivo de oxignio e, portanto, a oxidao pode ocorrer a taxas mais elevadas
do que para as condies saturadas. Os mtodos de co-disposio por bombeamento e
misturas homogneas tm o potencial para produzir depsitos saturados que reduzem a
oxidao e a possibilidade de gerao de drenagem cida (WICKLAND e WILSON,
2005).
27
CAPTULO 3
COMPORTAMENTO DOS SOLOS GRANULARES
3.1 INTRODUO
Neste capitulo, so apresentadas algumas caractersticas fundamentais de solos
granulares que tendem a servir de fundamento para a anlise do comportamento
geotcnico de estreis. De uma forma geral, materiais estreis podem ser avaliados a
partir da anlise do comportamento de solos arenosos. Esta aproximao se apia nas
correspondncias que acontecem nas propriedades destes materiais. A menor
concentrao de finos plsticos e o efeito da compacidade, em ambos os materiais, tem
justificado a adoo de tcnicas de avaliao, metodologias de ensaios similares s
usadas para solos propriamente arenosos.
Porm, deve ser destacado que alm do estril ter uma similitude com a granulometria
da areia, o seu comportamento no pode ser estimado exatamente ao mesmo de uma
areia, devido principalmente s caractersticas mineralgicas que o diferencia e
presena predominante de partculas de ferro (no caso do rejeito de minrio de ferro
objeto desse estudo) e outros minerais, fundamentando assim uma anlise mais
cuidadosa. No entanto, existem trabalhos referentes a solos granulares no coesivos, em
especial com rejeitos, tal como os mais antigos feitos por Reynolds (1885), Casagrande
(1940), Taylor (1948), Bishop (1954), Rowe (1962), Lee e Seed (1967), Lambe e
Whitman (1969), que foram considerados neste captulo.
28
3.2 RESISTNCIA AO CISALHAMENTO DOS SOLOS
GRANULARES
Normalmente os solos granulares consistem de arranjos com formas irregulares
aleatoriamente formados por partculas de granulometria variada. Assim, os mais
importantes fatores que influenciam a resistncia ao cisalhamento de uma massa de solo
granular so o tipo de partcula que forma este solo, o arranjo das partculas e ndice de
densidade (ID), comumente conhecido como compacidade relativa (CR). O
comportamento dos solos granulares quando dependente de foras externas regido
pelas foras individuais e deslocamentos que ocorrem em cada ponto de contato. Sendo
as tenses transmitidas nos pontos de contato muito grandes, pode-se afirmar que a
resistncia ao cisalhamento desses solos devida, basicamente, ao componente
horizontal da fora entre suas partculas. Para mobilizar a resistncia ao cisalhamento
devem ocorrer deformaes no solo, sendo o movimento referente entre os gros o
principal agente desta ao. Deste modo, a relao entre resistncia ao cisalhamento e
movimento relativo das partculas evidente.
O rolamento e deslizamento entre gros exercem influncia na resistncia ao
cisalhamento; no primeiro caso, porque os gros podem tambm rolar uns sobre os
outros, influenciando o contato entre partculas. No segundo, porque os gros podem
deslizar uns sobre os outros, originando o atrito. Por sua vez, a rugosidade superficial
das partculas exerce influncia nestes dois fatores.
Ao longo dos anos, vrias pesquisas buscam investigar a resistncia ao cisalhamento de
solos granulares e vrias destas investigaes se baseiam na anlise da resistncia
drenada e no-drenada de areias, sendo analisado a maioria dos fatores que contribuem
para a resistncia ao cisalhamento de solos granulares, como o efeito da tenso de
confinamento, do ndice de vazios, etc. (PRESOTTI, 2002).
Reynolds (1885) chama de dilatncia o efeito da dilatao de um solo granular denso,
como a areia, durante o cisalhamento. Um solo fofo, por outro lado, comprimido o que
chamado de contrao. Destaca-se tambm que um solo denso exibe uma resistncia
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de fora de contato mais elevada do que quando fofo. Isto significa que a mobilizao
do ngulo de atrito () consiste em vrios componentes, no apenas do componente da
fora com