MARDON BORGES MENDES COMPORTAMENTO GEOTCNICO DE UMA BARRAGEM DE REJEITO ALTEADA PARA MONTANTE Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia SO PAULO 2007 MARDON BORGES MENDES COMPORTAMENTO GEOTCNICO DE UMA BARRAGEM DE REJEITO ALTEADA PARA MONTANTE Dissertao apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia rea de concentrao: Engenharia Geotcnica Orientador:Prof.DoutorMarcos Massao Futai SO PAULO 2007 FICHA CATALOGRFICA Mendes, Mardon Borges Comportamento geotcnico de uma barragem de rejeito de minrio de ferro alteada para montante / M.B. Mendes. -- So Paulo, 2007. 189 p. Dissertao (Mestrado) - Escola Politcnica da Universidadede So Paulo. Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotcnica. 1.Barragens de rejeitos 2.Minerao 3.Mecnica dos solos 4.Monitorao dos solos 5.Percolao I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotcnica II.t. AGRADECIMENTOS Ao Deus Todo Poderoso, pela vida, fora, inteligncia, sabedoria e nimo. Sem Ele eu nada seria, nada faria, nada teria. famlia, principalmente pais e avs. minha esposa Fernanda Souza Ges Mendes pelo incentivo, compreenso e auxlio nos momentos difceis. Ao orientador e amigo professor Marcos Massao Futai por incentivar e apoiar o meu trabalho, por ser rigoroso e exigente no desenvolvimento da pesquisa. Aos colegas de mestrado, Tssia, Abdo, Raul, Alexei, Tiago, Valdir entre outros pela cooperao, auxlio, incentivo e apoio. Aos amigos da igreja pelo incentivo. Ao amigo e colega de trabalho Leonardo Saran Chagas pela disposio, apoio ecompanheirismoduranteosseismesesdeacompanhamentoerealizaodas investigaes de campo. AGeoconsultoria,atravsdapessoadoPauloCsarAbroeGuilherme SemensatoAbro,porapoio,incentivo,instruoedisposiodoescritrioe materiais de pesquisa para que a dissertao fosse escrita. companhiaVale,atravsdapessoadeWashingtonPiretedaSilvagerente degeotecniadaMinaCrregodoFeijoedostcnicosdeinstrumentaoe monitorao, pela disposio de toda infra-estrutura necessria para realizao das investigaes, alm das informaes tcnicas da barragem. AoAiresVennciodeAndradeJunioreFabolaTasCharamitarBaricelo Ramos pelo auxlio com grficos, desenhos e apoio. O que foi tornar a ser,o que foi feito se far novamente, no h nada de novo debaixo do sol. (Rei Salomo - Ecl. 1:9) RESUMO Este trabalho produto de uma pesquisa detalhada e extensiva que buscou estudar ocomportamentodeumabarragemderejeitoalteadaparamontante.Abarragem de estudo foi concebida para acomodar os rejeitos dos processos de beneficiamento deminriodeferro.Construdaem1976,estapassoupor8alteamentos, construdosemintervalosdetemposdiferenteseporempresasdiferentes.A operaodabarragemnoseguiuumpadroquepermitisseauniformidadede materiaisnoaterroenosdiquesconstrudoscomoprpriorejeitodepositadona praia. Asirregularidadesdeformaodoaterrodepositadoprovocaramcomportamentos atpicos como: o aparecimento de diferentes nveis piezomtricos em profundidade; gradienteshidrulicosdescendentesjuntoaosdiquesiniciais;surgnciasdegua emtaludesondeospiezmetrosmedirampressesneutrasnulas;artesianismo numaregioparticularprximofundao;inexistnciadequalquercorrelao linearplausvelentreosparmetrosgeotcnicoseaprofundidadeoudistnciada crista ou tenso efetiva. Oscomportamentosatpicosobservadosinstigaramumacampanhadeensaiosde campo e laboratrio, alm de instalao de novos instrumentos in situ. Os dados das investigaes geotcnicas e da instrumentao foram interpretados e tratados estatisticamente para obteno de parmetros para anlises de estabilidade probabilsticas.Estesdadostambmserviramparaexplicarosfenmenosatpicos dabarragemcomobjetivodeauxiliarnamitigaodeanomaliasepromoveruma operao segura e otimizada. Palavras-chave:BarragensdeRejeito.Percolao.MecnicadosSolos. Monitorao dos solos. Minerao. ABSTRACT This work is a result of a detailed and extensive research program on the behavior of oneparticularupstreamtailingsdam.Thedamstudiedwasbuilttocontainiron tailingsfromtheindustrialplant. The damwasstartedin 1976andbuilt bydifferent companiesineightraisesalongdistinctperiodsoftime.Theoperationofthedam wasnt able to follow an ordinary routine to guarantee the uniformity of the materials in the embankment. Irregularities in the embankment yielded atypical behaviors, like: different piezometric levelsalongdepth;downwardshydraulicgradientsnearthestartdykes;water emerging on slopes where no pore-pressure was indicated by piezometers and high pore-pressureindistinctconfinedregionsclosetothefoundation.Absenceofany suitablelinearcorrelationbetweengeotechnicalparametersanddepthorcrest distance or effective stresses was also noticed. Thoseatypicalbehaviorsobservedledtoacampaignoffieldandlaboratorytests, and installation of new in situ instruments. Theresultsofthegeotechnicalinvestigationsandmonitoringwereinterpretedand treated statistically to obtain parameters for probabilistic stability analysis. Those data were also helpful to explain the atypical phenomena observed at the dam, to develop mitigationplansfortheanomaliesfoundandtoallowforasafeandoptimized control. Keywords: Tailings dams. Seepage. Soil mechanics. Soil monitoring. Mining. SUMRIO 1.INTRODUO ...................................................................... 21 1.1JUSTIFICATIVA DA DISSERTAO ............................................................................................. 21 1.2OBJETIVO .............................................................................................................................. 22 1.3ESTRUTURA DA DISSERTAO ................................................................................................. 22 2.MINERAOEESTRUTURASPARACONTENODE REJEITOS ............................................................................................ 24 2.1REJEITOS GERADOS NA MINERAO ........................................................................................ 24 2.2FORMAS DE DISPOSIO ......................................................................................................... 24 2.3TIPOS DE BARRAGENS PARA CONTENO DE REJEITO .............................................................. 25 2.4OPERAO E CONTROLE DE UMA BARRAGEM DE REJEITO ......................................................... 28 2.5SEGREGAO HIDRULICA ...................................................................................................... 30 2.6CASOS HISTRICOS - PROBLEMAS E ACIDENTES ....................................................................... 31 3.PROPRIEDADESGEOLGICO-GEOTCNICASDOS REJEITOS ............................................................................................ 34 3.1MINERALOGIA ......................................................................................................................... 35 3.2NDICES FSICOS ..................................................................................................................... 37 3.3GRANULOMETRIA ................................................................................................................... 39 3.4FATOR TEMPO CIMENTAO ................................................................................................. 41 3.5PERMEABILIDADE ................................................................................................................... 41 3.6RESISTNCIA AO CISALHAMENTO DE REJEITOS DE MINERAO DE FERRO .................................. 43 4.COMPORTAMENTODEBARRAGENSDEREJEITO ALTEADAS PARA MONTANTE .......................................................... 48 6.2PERCOLAO ......................................................................................................................... 48 6.3DEFORMABILIDADE DE REJEITOS ............................................................................................. 55 6.4LIQUEFAO ESTTICA ........................................................................................................... 59 5.CASO PRTICO - BARRAGEM DE REJEITO DE MINRIO DE FERRO ALTEADA PARA MONTANTE ............................................... 64 5.1APRESENTAO DA BARRAGEM ............................................................................................... 64 5.2PRINCIPAIS PREOCUPAES E PROBLEMAS APRESENTADOS ..................................................... 70 6.INVESTIGAES GEOTCNICAS ...................................... 72 6.1ENSAIOS DE LABORATRIO ..................................................................................................... 72 6.2ENSAIOS DE CAMPO ................................................................................................................ 97 6.2.1Ensaio de densidade in situ ................................................................................................... 97 6.2.2Sondagem percusso ......................................................................................................... 102 6.2.3Ensaio de infiltrao em furo de sondagem ........................................................................... 105 6.2.4Ensaio de Palheta .................................................................................................................. 107 6.2.5Ensaio de piezocone (CPTu) ................................................................................................. 110 6.2.6Ensaio de eletro-resistividade ................................................................................................ 124 6.3TRATAMENTO ESTATSTICO E CORRELAES ......................................................................... 128 6.3.1Tratamento estatstico ............................................................................................................ 128 6.3.2Correlaes e interpretaes dos dados ............................................................................... 132 7.INSTRUMENTAO E MONITORAO GEOTCNICA ....142 7.1APRESENTAO DA INSTRUMENTAO .................................................................................. 142 7.2MONITORAO ..................................................................................................................... 144 8.ANLISES NUMRICAS .....................................................151 8.1MODELAGEM E LIMITAES DE MODELOS NUMRICOS ............................................................ 151 8.2ANLISE DE PERCOLAO ..................................................................................................... 152 8.3ANLISE DE ESTABILIDADE .................................................................................................... 153 8.4DESCRIO E ANLISE DAS SEES ...................................................................................... 156 8.5ANLISE DO POTENCIAL DE LIQUEFAO ................................................................................ 168 9.SINTESE DE RESULTADOS E CONCLUSES ..................172 9.1CONCLUSES DA AVALIAO DO COMPORTAMENTO DA BARRAGEM 1 E OUTROS ASPECTOS GEOTCNICOS ....................................................................................................................................... 172 9.2PROPOSTAS DE PESQUISAS FUTURAS .................................................................................... 174 REFERNCIAS ...................................................................................175 APNDICE 1 RESULTADOS DE ENSAIOS DE LABORATRIO. ....................186 APNDICE 2 RESULTADOS DE ENSAIOS DE CAMPO. ..............................187 APNDICE 3 TABELAS E GRFICOS DE INSTRUMENTAO ....................188 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Mtodos construtivos padres de barragens de rejeito alteadas. ............ 27 Figura 2 Ilustrao dos sistemas de lanamento a) Hidrociclone, b) Spray Bar e, c) Espigote. .............................................................................................. 29 Figura3Classificaode199incidentesdebarragensderejeitoportipoepor condio (ativa ou inativa). Traduzido de Stranchan (2002). ................... 32 Figura 4 Nmero incidentes em barragens de rejeitos (199 casos) classificados por causaderupturaeporcondio(ativaouinativa).Modificadode (Strachan, 2002). ...................................................................................... 33 Figura 5 Curvas granulomtricas de diferentes rejeitos. ........................................ 40 Figura 6 - Regimes de presses neutras para barragens de rejeito (Martin, 2004). . 50 Figura7Monitoraoidealizadadepressesneutrasembarragensderejeito alteadas para montante (Martin, 2004). .................................................... 54 Figura 8 Mdulo de elasticidade de Young obtido em Monjolo e Xingu por Espsito (2000). ...................................................................................................... 56 Figura9PropostadeavaliaodopotencialdeliquefaoporRobertson& Campanella (1985). .................................................................................. 61 Figura10Comportamentonodrenadosobcondiesdecarregamento monotnico (Lade & Yamamuro,1997) ..................................................... 62 Figura 11 - Vista frontal da Barragem 1 - (Julho/2004 - Cortesia da Companhia Vale). ................................................................................................................. 64 Figura 12 Planta da Barragem 1 ............................................................................ 66 Figura 13 Sees geolgico-geotcnicas 1 e 2 ...................................................... 67 Figura 14 Sees geolgico-geotcnicas 3 e 4. ..................................................... 68 Figura 15 Sees geolgico-geotcnicas 0, 5 e 6. ................................................. 69 Figura16-Artesianismo-MNA-15,seo2,cristado4Alteamento(Cortesia Geoconsultoria). ....................................................................................... 71 Figura 17 Faixas granulomtricas do aterro de rejeito amostras superficiais. ..... 74 Figura 18 Histograma de porcentagens de materiais presentes no aterro. ............ 75 Figura 19 Teores de ferro no aterro em funo da profundidade. .......................... 77 Figura 20 Teores de ferro no aterro em funo da profundidade, seo 2. ........... 77 Figura 21 - Ensaios de adensamento curva de ndice de vazios e presso. Amostra indeformada em bloco ADG-05, ADG-09, ADG-10 e ADG-11. ................ 79 Figura 22 Permeabilidade em funo do ndice de Vazios e da constante e3/(e+1). ................................................................................................................. 82 Figura 23 Ensaio CAUsat realizado com amostra Osterberg (AO-02) a 4 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-04. .............................................. 85 Figura 24 Ensaio CIUsat com amostra Osterberg (A0-05), retirada a 2,5 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-03. .............................................. 86 Figura 25 Ensaio CAUsat com amostra Osterberg (A0-03), retirada entre 5,0 a 5,5 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-05. ............................. 87 Figura26EnsaioCAUsatliquefaocomamostraOsterberg(A0-03),retirada entre 5,0 a 5,5 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-05. ..... 88 Figura27EnsaioCAUsatliquefaocomamostraOsterberg(A0-02),retirada entre 4,0 a 4,5 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-04. ..... 89 Figura28EnsaioCAUsatliquefaocomamostraOsterberg(AS-05),retirada entre 2,5 a 3,0 metros de profundidade junto ao ensaio de CPTu-03. ..... 90 Figura29EnsaioCAUsatliquefaocomamostratipobloco(ADG-05),retirada entre 0,3 a 0,6 metros de profundidade na praia de rejeitos. ................... 91 Figura30EnsaioCAUsatliquefaocomamostratipobloco(ADG-09),retirada entre 0,6 a 0,9 metros de profundidade na praia de rejeitos. ................... 92 Figura31EnsaioCAUsatliquefaocomamostratipobloco(ADG-10),retirada entre 0,4 a 0,7 metros de profundidade na praia de rejeitos. ................... 93 Figura32EnsaioCAUsatliquefaocomamostratipobloco(ADG-11),retirada entre 0,6 a 0,9 metros de profundidade na praia de rejeitos. ................... 94 Figura 33 Resumo de valores de p e q na ruptura. ........................................... 95 Figura 34 Variao do mdulo de elasticidade com a tenso confinante. .............. 96 Figura 35 Resistncia no-drenada normalizada em funo da tenso confinante. ................................................................................................................. 97 Figura 36 Porcentagens de finos (#k (rejeito) cerca de 10 e 100 BP a AP Rpido (>8m/ano) Estreita, com lamas tangenciando o p do talude Condies no adensadas dentro do aterro, mas a fundao totalmente adensada e condiciona o dobro de condies de drenagem. Presses neutras positivas menores que a hidrosttica (d) Superfcie fretica baixa (regio de carregamento de gua) >k (rejeito) cerca de 10 e 100 BP a PM N/A Estreita, com lamas tangenciando o p do talude Pode indicar uma condio no adensada onde a percolao inteiramente vertical, ou uma condio totalmente adensada onde o fluxo tem componentes horizontais e verticais Presses neutras prximas de zero (e) Superfcie fretica baixa (regio de carregamento de gua) >k (rejeito) cerca de 10 e 100 NP Lenta (< 6 a 8 m/ano) Praia larga, com lamas no tangenciando o p do talude Indica uma condio totalmente adensada com percolao para baixo devido boa drenagem da base No saturado (f) Superfcie fretica baixa (clima rido) >k (rejeito) cerca de 10 e 100 NP Lenta ( 100), razo de presso neutra baixa (< 0) e razo de atrito prximo ou acima da unidade. Avariabilidadedomaterialdepositadobemvisvelnosbacoseno obedecemnenhumacorrelaosatisfatriacomaprofundidadeoulocalizaono aterro. A classificao do rejeito baseado no baco ficou a merc da simplificao feita paraadeterminaodopesoespecficodosmateriaisem funodaprofundidade. Comonofoipossveldeterminaropesoespecficodomaterialacadametro, estimou-se uma mdia baseada nos ensaios de laboratrio. 112 Figura 43 Classificao do rejeito da barragem 1 utilizando os ensaios de piezocone e o sistema de classificao de Robertson (1991). Asamostrasindeformadas,principalmenteasdotipoOsterberg,devidoao transporte,podemsofrerdensificaodevidovibrao,aumentandoopeso 11010010000,1 1 10FR (%)Qt Areia areia siltosaAreiaAreia siltosasilte arenosoNAsensibilidadeArgila siltosaargilaSilte argilosoargila siltosaSilte arenososilte argilosoOCR e cimentaoSolo fino sensvelMaterial orgnicoArgilaBq pequeo e Qt altoCPTu01CPTu02CPTu03CPTu04CPTu05CPTu06CPTu07CPTu081101001000-0,6 0 0,6 1,2BqQtCPTu-01 CPTu-02 CPTu-03 CPTu-04CPTu-05 CPTu-06 CPTu-07 CPTu-08ArgilaArgila SiltosaSilte ArgilosoSilte ArenosoSolo fino sensvelMaterial OrgnicoAreia SiltosaOCRsensibilidade113especfico.Comoaresistnciadepontanormalizadacalculadaemfunoda tensovertical,penalizadapelassimplificaes.Estareduomudaa classificao do rejeito, mesmo porque as faixas de classificao dos solos no eixo dasordenadas(Qt)somenores,poissoexpressasnobacoemescala logartmica. A execuo dos ensaios de piezocone foi limitada em algumas profundidades devido presena de um material granular muito denso com pedregulhos esparsos, sendonecessriorealizaralgumasmanobrasparaultrapassaressascamadas. Estas manobras foram denominadas de pr-furo. As figuras 44, 46, 48, 50, 52, 54, 57 e 59 apresentam vrios grficos contendo aresistnciadepontacorrigida(qt),aresistnciaporatritolateral(fs),arazode atritonormalizada(FR),apressoneutramedida(u)eaestratigrafiadeterminada com base na classificao de Robertson e Campanella (1985), aferida pela inspeo visual e outras sondagens. A estratigrafia est representada numericamente de acordo com a tabela 20, seguinte: Tabela20Representaonumricautilizadanaclassificaodascamadasdesolo identificadas pelos ensaios de piezocone. IdentificaoClassificao 1Sensvel, granulometria fina 2Solos orgnicos Turfas 3Argilas argilas a argilas siltosas 4Misturas de silte -silte argiloso a argila siltosa 5Misturas de areia areia siltosa a silte arenoso 6Areias areia limpa a areias siltosas 7Areia pedregulhosa a areias 8Areia muito rija a areia argilosa 9Muito rijo, granulometria fina altamente pr-adensado, cimentado 114 Figura 44 Ensaio do CPTu-01 Prof. atingida: 15,70 m Seo 2 7 Alt. Osensaiosdepiezoconeforamseguidosdeensaiosdedissipao,que consistemnaparalisaodaponteiracnica,aplicaodeexcessosdepresso neutraemonitoraodadissipaodessaspresses.Aevoluodaspresses neutrasmonitoradaaolongodotempo,empregando-seosistemadeaquisio automtica. Osensaiosdedissipaosoteisparaidentificarcamadasque desenvolvempressesneutraselevadaseparaestimarocoeficientede adensamento no campo. Asfiguras45,47,49,51,53,56,58e60apresentamosresultadosde dissipao correspondente a cada ensaio de piezocone. Figura 45 - Ensaio de dissipao CPTu-01 Seo 2 7 Alt. Prof.: 15,84 m. Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia024681012141618200 10 20 30 40 50024681012141618200 100 200 300 400 500024681012141618200 2 4 6 8 1002468101214161820-100 0 100 200 300 400 500 024681012141618200Pr furoPr furoPr furo Pr furo Pr furoPr furo Pr furo Pr furo837Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)0501001502002503003500 5 10 15 20 25 30 35 400501001502002503003501 10 100 1000 10000115 Figura 46 Ensaio do CPTu-02 Prof. atingida: 20,04 m Seo 2 4 Alt. Figura 47 - Ensaio de dissipao CPTu-02 Seo 2 4 Alt. Prof.: 15,84 m. Figura 48 Ensaio do CPTu-03 Prof. atingida: 24,42 m Seo 2 3 Alt. Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia024681012141618200 5 10 15 20 25024681012141618200 50 100 150 200 250024681012141618200 2 4 6 8 1002468101214161820-100 0 100 200 300 400 Pr furo Pr furo Pr furoPr furoPr furo Pr furo Pr furoPr furo024681012141618200Pr furo Pr furo Pr furo Pr furo6363636Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)0204060801001201401601802000 10 20 30 40 500204060801001201401601802001 100 10000Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia0358101315182023250 4 8 12 16 200358101315182023250 40 80 120 160 2000358101315182023250 2 4 6 8 10035810131518202325-100 0 100 200 300 400 500 Pr furo Pr furo Pr furo Pr furo035810131518202325063636363116 Figura 49 - Ensaios de dissipao CPTu-03; Seo 2; 3 Alt. Profs.: 2,6; 8,6; 19,4 e 23,4 m. Figura 50 Ensaio do CPTu-04 Prof. atingida: 19,22m Seo 2 praia. Figura 51 - Ensaios de dissipao CPTu-04 Seo 2 praia Profs.: 11,17 e 16,79 metros. Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)0501001502002503003504004505005506006507007500 10 20 30 400501001502002503003504004505005506006507007501 100 10000Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia024681012141618200 5 10 15 20024681012141618200 50 100 150 200024681012141618200 2 4 6 8 1002468101214161820-100 0 100 200 300 400 0246810121416182006764747Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)02550751001251501752002252500 10 20 30 40 5002550751001251501752002252501 100 10000117 Figura 52 Ensaio do CPTu-05 Prof. atingida: 26,02m Seo 2 praia. Figura 53 - Ensaios de dissipao CPTu-05 Seo 2 praia Profs.: 5,04; 10,02 e 15,0 m. Figura 54 Ensaio do CPTu-06 Prof. atingida: 21,16m Seo 5 praia. Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia0369121518212427300 5 10 15 200369121518212427300 20 40 60 80 1000369121518212427300 2 4 6 8 10036912151821242730-200 0 200 400 600 800 036912151821242730064647Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)0501001502002503003504000 5 10 15 20 25 30 35 400501001502002503003504001 100 10000Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia0358101315182023250 5 10 15 200358101315182023250 50 100 150 2000358101315182023250 2 4 6 8 10035810131518202325-100 0 100 200 300 400 500 035810131518202325063737118Algumas caractersticas identificadas no ensaio de CPTu-06 foram de grande valianainterpretaodaformaodascamadasnoaterroesuperfciesde saturao.Aanlisedasvariaesdaspressesneutrasdosensaioscoma profundidade conduziu a percepo de linhas de saturao em diferentes nveis de profundidades,possivelmenteinfluenciadaspelaflutuaodonveldoreservatrio duranteosalteamentos.Avariaodapressoneutraobtidaatravsda monitoraocontnuaduranteacravaodoconemostracamadassilto-argilosas comespessurasdeaproximadamente3,0metrosquecriaumabarreiramenos permevel, produzindo duas superfcies de saturao. Afigura55mostraavariaodapressoneutraobtidacomoensaiode piezoconeecomparadacomaleituradeumindicadordenveldegua(INA-16) instalado no local. Realizou-se tambm uma sondagem percusso (SPT-15), onde soapresentadososvaloresdeNSPT.possvelverificarainexistnciade correlao entre a leitura do INA com os resultados de CPTu. Verifica-senafigura56,umcomportamentotpicodematerialgranularna profundidadede20metros.Materiaisgranularesdensostendemasedilatarao seremcisalhadosdurantecarregamentosaumentandoosvaziosesuccionandoa guanosporos,fatoqueexplicaapressoneutranegativanomomentode aplicao da presso. Figura 55 Regio investigada Interpretao do CPTu-06, praia. 119 Figura 56 - Ensaios de dissipao CPTu-06; Seo 5; praia Profs.: 3,0; 8,7; 11,5; 17 e 20m. Figura 57 Resultados do ensaio do CPTu-07 Prof. atingida: 19,20 m Seo 3 3 Alt. Figura 58 - Ensaios de dissipao CPTu-07 Seo 3 3 Alt. Profs.: 2,44 e 7,81 metros. Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)-100-500501001502002503003504004500 5 10 15 20 25 30 35 40-100-500501001502002503003504004501 100 10000Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia024681012141618200 5 10 15 20024681012141618200 50 100 150 200024681012141618200 2 4 6 8 1002468101214161820-100 0 100 200 300 400 500 024681012141618200363763Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)03060901201501802102402703000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 5003060901201501802102402703001 1000120 Figura 59 Ensaio do CPTu-08 Prof. atingida: 19,98 m Seo 4 3 Alt. Figura 60 - Ensaios de dissipao CPTu-08 Seo 4 3 Alt. Profs.: 2,56 e 5,01 metros. A determinao do coeficiente de adensamento horizontal foi feito a partir de grficosdepressoneutraeutilizandoaexpressopropostaporTeheHouslby (1991), conforme a equao 5 apresentada anteriormente. Adotou-se uma faixa para oscoeficientesde adensamentohorizontalbaseadanosndicesderigideziguaisa 50 e 500. Os resultados foram apresentados na tabela 21. Tabela 21 - Resumo dos coeficientes de adensamento horizontal. FuroEnsaio Profundidade do ensaio (m) Ch (m2 / s) IR = 50 Ch. (m2 / s)IR = 500 CPTu-1DPT-01-0115,0011,68 x 10-536,86 x 10-5 Resistncia de ponta corrigida - qt (MPa)Atrito lateral - fs (kPa) Poro presso - u (kPa)Profundidade (m)Razo de atrito - FR (%) Estratigrafia024681012141618200 5 10 15 20024681012141618200 50 100 150 200024681012141618200 2 4 6 8 1002468101214161820-100 0 100 200 300 400 500 02468101214161820046Poro Presso (kPa)Raiz do Tempo (s1/2) Tempo (s)Poro Presso (kPa)0204060801001201401600 5 10 15 20 25 30 35 400204060801001201401601 100 10000121FuroEnsaio Profundidade do ensaio (m) Ch (m2 / s) IR = 50 Ch. (m2 / s)IR = 500 DPT-01-0220,05-- CPTu-2 DPT-02-019,913,30 x 10-510,41 x 10-5 DPT-02-0215,010,94 x 10-52,98 x 10-5 DPT-02-0320,025,09 x 10-516,07 x 10-5 DPT-02-0425,06-- DPT-02-0530,04-- CPTu-3 DPT-03-0110,032,02 x 10-56,40 x 10-5 DPT-03-0215,021,55 x 10-54,90 x 10-5 CPTu-4 DPT-04-0110,023,11 x 10-59,83 x 10-5 DPT-04-0214,021,39 x 10-54,39 x 10-5 CPTu-5 DPT-05-0112,08-- DPT-05-0217,010,77 x 10-52,45 x 10-5 CPTu-6 DPT-06-015,061,39 x 10-54,41 x 10-5 DPT-06-0210,003,11 x 10-59,83 x 10-5 DPT-06-0315,005,61 x 10-517,70 x 10-5 DPT-06-0420,25-- CPTu-7 DPT-07-016,552,17 x 10-56,84 x 10-5 DPT-07-0211,91-- CPTu-8 DPT-08-0110,564,45 x 10-514,04 x 10-5 DPT-08-0215,003,74 x 10-511,79 x 10-5 DPT-08-0319,9953,78 x 10-511,95 x 10-5 CPTu-9 DPT-09-015,612,54 x 10-58,02 x 10-5 DPT-09-0210,610,78 x 10-52,47 x 10-5 DPT-09-0315,68-- Asmdiasdoscoeficientesdeadensamentohorizontalcalculadosficaram entre 3,19 x 10-5 m/s (IR = 50) e 1,01 x 10-4 m/s (IR = 500), uma variao de quase 32vezes.Estesvaloresobtidosporesteprocedimentocorrespondema propriedades de solo na faixa pr-adensada, uma vez que, durante a penetrao, o material ao redor do cone submetido a elevados nveis de deformaes e a partir desteestadocomporta-secomoumsoloemrecompresso(Baligh,1986;Balighe Levadoux, 1986). Oscoeficientesdeadensamentohorizontalforamestimadosparaumafaixa decomportamentonormalmenteadensada(NA)atravsdaformulaosemi-empricapropostaporJamiolkowskieoutros(1985),comovistoanteriormenteno item 6.3. A formulao consta de um coeficiente de correo que envolve a razo de resistncia (RR) e a compacidade relativa (CR), conforme apresentado na equao 6 do item 6.3. Valores experimentais medidos do coeficiente variaram na faixa entre 0,13e0,15.Aconversodoscoeficientesdeadensamentohorizontalpara normalmenteadensadojustificadapelosresultadosobtidosnosensaiosde piezocone. 122Aconversodoscoeficientesdeadensamentohorizontal(Ch)paravertical (Cv) para fins de comparao com os ensaios de adensamento Oedomtrico foi feita atravsdamultiplicaodessesvalorescomaanisotropiadepermeabilidade horizontalevertical(kv/kh).Consideradooscoeficientesdeadensamentohorizontal calculadoscomndicederigidezde50e500,arazoRR/CRiguala0,15ea anisotropiade1,12obtidadeensaiosrealizadosemcampanhasanteriorespor outrasempresas,obtiveram-seosvaloresdecoeficientedeadensamentovertical variando entre 5,36 x 10-2 cm/s e 0,17 cm/s. Ocoeficientedeadensamentoverticalmdioobtidopeloadensamento Oedomtricofoide5,39x10-3cm/s,sendobemmenorqueosvaloresestimados pelos ensaios de dissipao. Umvalorparaondicederigidezcorrespondenteaorejeitodeminriode ferrofoideterminadoatravsdoclculodarazoentreomdulodecisalhamento no-drenado(G)earesistnciano-drenada(Su)obtidosnosensaiosde compresso triaxial.O mdulo de cisalhamento no-drenado foi estimado atravs da relao G = 1/3xEu,ondeEuomdulodeelasticidadeno-drenado.Estaformulao considera que a resistncia ao cisalhamento do solo independente das condies depressoneutra,podendoseadmitir,parafinsprticos,umsolotipicamente elstico e isotrpico. Amdiaobtidaparaondicederigidezfoiigual30,poucoabaixodolimite inferiorde50utilizadoanteriormente.Estevalorverificadopeloaltovalordo mdulocisalhanteno-drenado.Osrejeitosindicarampequenasdeformaes iniciais para as tenses desviadoras de ruptura. Ocoeficientedeadensamentocalculadoparaondicederigideziguala30 ficouem4,15x10-2cm/s,consideradocoerentecomosvaloresreferidosna bibliografia para este tipo de rejeito. O ensaio de piezocone foi usado para estimar a resistncia no-drenada (Su) conformeapresentandonoCaptulo4,atravsdevaloresdecapacidadedecarga (Nkt). Os valores de Nkt foram obtidos estatisticamente das correlaes com o ensaio de Palheta. Estes, geralmente, variam entre 10 e 20, sendo sugerido um valor mdio igual a 15 para consideraes iniciais em materiais argilosos. A determinao deste valorpararejeitosfinosareno-siltososfoifeitalocalmenteparafinscomparativos, clculodocoeficientedeadensamentoverticaledasanlisesdeestabilidade.As 123tensesverticaisforamdeterminadasutilizandoamdiadospesosespecficos naturaliguala30,0kN/m,determinadosapartirdasamostrasindeformadas coletadas em diferentes profundidades (figura 61). Figura 61 Determinao de Nkt a partir da resistncia no-drenada dos ensaios de Palheta. O valor da capacidade de carga estimado variou entre 8 e 18, sendo adotado um valor mdio igual a 13 para as camadas argilo-siltosas. Este valor foi estendido paratodososdadosderesistnciadosensaiosdeCPTu,possibilitandoverificara distribuiodessesvalorescomaprofundidade,atravsdogrficodafigura62. Observou-se que a razo de resistncia no-drenada mnima obtida decresceu nos primeiros15metros,permanecendoconstante(~0,1)depoisdestaprofundidade. Estarazoderesistnciamnimasedeveacamadasdescontnuasargilo-siltosas depositadas no aterro. n = 24,1 kN/m n = 30,0 kN/m n = 24,1 kN/m n = 30,0 kN/m n = 24,1 kN/m--0,21 373,55 465,00 277,650,29 397,65 495,00 291,750,78 187,98 234,00 187,980,42 289,20 360,00 296,40,10 404,88 504,00 364,080,37 72,30 90,00 72,30,31 120,50 150,00 119,50,12 241,00 300,00 1900,22 361,50 450,00 260,50,10 89,17 111,00 89,170,34 209,67 261,00 209,670,47 277,15 345,00 277,150,20 327,76 408,00 306,760,09 65,07 81,00 65,070,12 209,67 261,00 203,270,30 289,20 360,00 249,80,280,18v (kPa) Su/ 'v 0200400600800100012001400160018000 50 100 150 200Su (kPa)qt - v (kPa)VT-02 -> 30,0 kN/m VT-03 -> 30,0 kN/mVT-04 -> 30,0 kN/m VT-05 -> 30,0 kN/mVT-06 -> 30,0 kN/mNkt = 13Nkt = 18Nkt = 8124 Figura 62 Resistncia no-drenada calculada para Nkt = 13 para todos os dados de CPTu. Osmateriaisderejeitocommaiorresistnciaapresentamcoeficientesde capacidadedecargamaiores.Estesvaloresforamestimadoseapresentadosno subitem 8.3. 6.2.6Ensaio de eletro-resistividade Oensaiodeeletro-resistividadeummtodogeoeltricoquevisamedira variaodaresistividadeeltricadasrochasemsubsuperfcie.Asuautilizao abrangeaterrossanitrios,minas,guassubterrneas,terraplenagem,sejana identificaodecontaminantesematerros,dereservasminerais,desalinase irregularidades de camadas, respectivamente, mas nenhum trabalho de maior vulto focandoreconhecerasvariaesgeotcnicasderejeitosdeminriolanadosem barragens foi publicado at o momento. Aresistividadeeltricadependebasicamentedacomposiomineralgicae granulomtrica,porosidade,graudesaturaoesalinidadedaguaquepreenche os vazios (poros e fraturas) do solo ou da rocha. A presena de gua e carga inica dissolvidanossolosourochascontrolaaresistividadeeltricajustificandoa 0510152025300 1 2 3 4 5Su/ 'v(Nkt=13)Prof. (m)CPTu-01 CPTu-02 CPTu-03 CPTu-04CPTu-05 CPTu-06 CPTu-07 CPTu-08125aplicaodomtodo.Noentanto,demesmaformaqueasguasintersticiais,as partculas metlicas indica baixa resistividade, confundindo os resultados. Osconceitosfsicosetericosdaeletro-resistividadenosoabordados nestetrabalho,podendoserconsultadosnostrabalhosKoefoed(1979)eOrellana (1972). Afigura63mostraasvariaesderesistividadedealgumasrochasesolos identificados por Ward (1990). Figura 63 - Variaes de resistividade em rochas e solos. Modificado de Ward (1990). Osmateriaismaisdensosdevempossuirresistividadesmaioresesolos resistividades menores que as rochas. Diversastcnicasdeimageamentoeltricosoempregadasparaaquisio de dados, e para atender o objetivo deste trabalho, cita-se:-atcnicadasondagemeltricaverticalmedeavariaoverticalda resistividadeemsubsuperfciegerandoumacurvaderesistividadeaparente.O modeloemumadireo(1D)deresistividadesverdadeiraspodeentoser calculado; -tcnicadocaminhamentoeltricomedeavariaolateralderesistividade em subsuperfcie; 126-tcnicadoimageamentoeltricobidimensional(2D)semedetantoa variaoverticalquantoalateral,combinando-searranjosdeeletrodos,comuma quantidade de medidas numerosas. Atcnicadoimageamentoeltricobidimensionalapresentamaiseficazna aquisiodosdados,masestasviveleconomicamentepelofatodequeo equipamentoutilizadorealizaasmediesautomaticamentedemaneirabastante rpida.Emcercadeduashoraspodemserrealizadasaproximadamente500 medidas.Essagrandequantidadedemedidasresultanaobtenodeseescom alto grau de detalhe dos alvos a serem investigados em subsuperfcie. Osensaiosgeofsicoscompreenderamoprogramadeinvestigaesde campo,comointuitodedetectarzonasdesaturao,surgnciasdeguae identificaodediferenteszonasdemateriaisnoaterro.Osensaiosocorreramem vrias sees longitudinais e transversais na barragem. As figuras 64 e 65 mostram olocaldasseesemplantaeosperfisresultantesdatcnicadeimageamento bidimensional. Os materiais de menor resistncia eltrica apresentam em tonalidades de azul nasfiguras.Estesmateriaispossuemelevadaquantidadedeferro,eaindapodem estarsaturados.Verifica-sequeelesformamgrandesbolsesdebaixaresistncia eltrica no aterro. Asanlisesdemineralogiaindicaramporcentagensdeferroextremamente altaparaumabarragemderejeito,cercade60%,podendoserconfirmadase identificadas no aterro conforme o imageamento geofsico. As zonas mais claras de tonalidadeazulsugeremapresenadegua,noentanto,estaspodemser confundidas por materiais com algum teor de ferro. 127 Figura 64 Ensaio de geofsica sees transversais (Cortesia Geoconsultoria). 128 Figura 65 Ensaio de geofsica sees longitudinais (Cortesia Geoconsultoria). Assees2e4indicaramzonascompossveissurgnciasdeguano talude.Estassurgnciaspodemserobservadastambmnocampo,atravsda mudanadacoloraonavegetaodeproteosuperficialenoterrenomido nesseslocais.Anecessidadedoentendimentocorretodessassurgnciaseda forma do fluxo conduziu a instalao de piezmetros, indicadores de nvel de gua e a execuo de sondagens em diferentes profundidades. Os dados de monitorao e outras investigaes so apresentados no desenvolvimento deste captulo. 6.3Tratamento estatstico e correlaes 6.3.1Tratamento estatstico Otratamentoestatsticoprocuroudestacardeformasimplesastendncias dosparmetrosatravsdehistogramasdefreqnciarelativaeasprobabilidades de ocorrncia, assim como a mdia, o desvio padro e coeficiente de correlao. 129Asdispersesdosparmetrosencontradosnasamostrasensaiadasso comumentetratadasatravsdemdias,masnemsempreasmdiasmostramas tendncias dos valores. A determinao da distribuio relativa uma boa forma de obter essas tendncias. Osignificadomatemticodecadaumdostermosapresentadosdefinido neste captulo. A mdia aritmtica de uma amostra ( x ) dada por: ==niixnx1.1(16) Odesviopadrodeumaamostragemanlogoaoraiodegiraodeum slido,ouseja,indica oformatodeumacurvadedistribuio.Quanto maioroseu valor,maisdistantesosvaloresestodamdia.Ovalorobtidopossuiamesma unidade dos dados amostrados e descrito conforme a eq. (17). 5 , 012 2. .1||

\| ==niix n xn (17) Outrocoeficienteparaoentendimentodocomportamentodosdadosa varincia(2 ),queoquadradododesviopadro.Avarinciarepresentao momentodeinrciaqueasdistnciasaoquadradodecadavalordocentrode gravidade ou da mdia. Os coeficientes, desvio padro e varincia, independem do tamanho da amostra. Isto devido diviso dos quadrados das distncias por n. Adeterminaodacurvasdedistribuiodefreqnciarelativaeos coeficientes estatsticos para os principais parmetros foram apresentados a seguir: Afigura66apresentaasanlisesestatsticasparaporosidadeedensidade seca,obtidadosresultadosdeensaiosdepermeabilidadeemcmaratriaxial, adensamentoOedomtricoedensidadeinsitu.Osdadosseencontramno Apndice 1. 130 Elementos: 41 Mdia: 50,71 Desvio padro: 5,27 Mximo: 51,71 Mnimo: 41,18 Elementos: 41 Mdia: 21,88 Desvio padro: 2,68 Mximo: 28,03 Mnimo: 18,50 Figura 66 Curvas de distribuio de probabilidades para porosidade e densidade seca. Osdadosdeporosidade,densidadesecaepesoespecficodosgros indicaramumacurvadedistribuiodefreqnciarelativaNormal,comdesvio padrorazoavelmentepequeno,indicandoumadispersopequenadestes parmetros. O mesmo no ocorre com o teor de finos (