A BVP atua com modelagens hidráulicas computacionais, de forma a subsidiar a elaboração dos projetos de estruturas, analisar o desempenho, condições de operação de estruturas e sistemas existentes, desenvolver soluções para diversos problemas de engenharia e avaliar os riscos associados com a ruptura de uma barragem ou de depósitos de rejeitos e resíduos de mineração
Um desafio mais recente nas avaliações de segurança de estruturas de mineração envolve a modelagem numérica do fluxo hipotético causado pela liquefação de certo volume de rejeito ou um resíduo sólido qualquer. O estudo do fluxo hipotético se presta a uma série de aplicações desde projetos de barreiras de retenção, como medidas protetivas de natureza sócio-ambiental.
No Case apresentado foi realizada a simulação da propagação da massa instável em velocidades compatíveis com o regime instantâneo de fluxo de liquefação a partir da região do desprendimento em uma parede de rejeitos e seu alcance a jusante até a paralisação contra uma barreira de retenção projetada na rota do fluxo.
A primeira parte do modelamento de fluxo requer a definição da geometria 3D das cunhas que apresentam potencial de ruptura. A delimitação das cunhas é obtida por um estudo de equilíbrio limite para averiguação das profundidades das superfícies críticas enquadradas no padrão “Pior Cenário Realístico”. Esta análise é feita com base em parâmetros de campo (sondagens mecânicas e piezocones) e laboratório (índices físicos, limites de Atterberg, ensaios de resistência em condições representativas do material, parâmetro reológico), além do balanço de massas.
Com base na caracterização geotécnica a massa de rejeitos é compartimentada em setores diferenciados e de risco potencial associado. As cunhas são delimitadas no interior de cada Setor de Risco definido na massa potencialmente instável. Além da liquefação, outros tipos reológicos de fenômenos de movimento de massas podem ser tratados na simulação da propagação da massa instável.
Em seguida, mediante a observação de vestígios morfológicos de rupturas antigas (arcos de escarpas de movimentação prévia) ou trincas se definiram a geometria e volumes das cunhas hipotéticas para simulação do fluxo.
A Figura 1 mostra o perfil da massa potencialmente instável por liquefação com a sua delimitação em profundidade obtida em função do contraste mecânico entre as unidades geotécnicas e mediante análises de estabilidade por equilíbri-limite.
Figura 1 – Perfil típico da cunha potencial definida em função do contraste mecânico da massa de argila mole sobreposta ao terreno natural e por evidências morfológicas de movimentação pretérita.
Para a simulação deste estudo de ruptura hipotética, foi utilizado o modelo computacional bidimensional RiverFlow2D® (HYDRONIA, 2016). O objetivo foi deste estudo foi verificar um possível galgamento da estrutura de contenção, caso venha a ocorrer um deslizamento da massa de rejeitos. A Figura 2 apresenta o Modelo Digital de Terreno utilizado na análise com a localização das massas a serem mobilizadas e a estrutura de retenção a jusante.
O fluxo simulado neste caso com vistas à representação do impacto de uma liquefação considera como ‘inputs’ a concentração de sólidos (finos) que resulta em uma mistura de partículas e água, propagando-se em fluxo plástico, não-newtoniano, sob uma série de condições paramétricas no tocante à ‘yield stress’ da massa.
Figura 2 – Modelo Digital de Terreno com a indicação das Cunhas em 3D para simulação da ruptura hipotética e a estrutura de retenção a jusante.
A partir das simulações foi possível obter resultados de velocidades máximas e alturas máximas alcançadas pelo rejeito na rota do fluxo até a barreira de retenção, propiciando à BVP embasar o projeto da barreira com segurança adequada frente ao galgamento pela massa em deslocamento que adentra a bacia de espera com velocidade acima de 4 m/s, conforme mostra a Figura 3. O limiar de velocidade aproximado na fronteira entre fluxo de lama viscoso e fluxo inercial ocorre em torno de 2m/s, confirmando a simulação de velocidades compatíveis com fluxos de liquefação.
Figura 3 – Velocidades máxima alcançadas.
Como resultado principal, para os volumes de ruptura propostos, não se observou galgamento da estrutura de contenção.