Mateus Viana de Nazaré, Alfredo Nunes da Silva Neto, Caroline das Dores Zeferino, Markus Vinicius Araújo Dias, André Gonçalves de Azevedo

 

 

 

 

RESUMO: Este trabalho apresenta avaliação numérica de camadas de rejeitos filtrados compactados com comportamento “borrachudo” utilizando o Penetrômetro Dinâmico Leve (PDL), em estudo de caso no Quadrilátero Ferrífero, MG. O fenômeno “borrachudo” decorre da supercompactação com umidade acima da ótima, gerando saturação elevada, exsudação e deformabilidade excessiva. Foram executados 48 ensaios de PDL em camadas de 30 cm com proporções granulares/finos de 90/10 e 80/20, com equipamento conforme NBR 17014:2022. Registrou-se o N10 a cada 10 cm e realizou-se inspeção visual, classificando as camadas em: aprovada, “borrachudo” intermediário e “borrachudo”. Camadas aprovadas exigiram N10 > 50 golpes e ganho de resistência desde os 10 cm iniciais; intermediárias, 41-50 golpes com ganho parcial nos 10 cm finais; “borrachudo”, N10 < 40 golpes sem ganho significativo. Ensaios 24h após compactação mostraram aumento do N10 por secagem. Conclui-se que o PDL é ensaio rápido e objetivo para diagnóstico de campo, subsidiando decisões de aceitação ou retrabalho.

PALAVRAS-CHAVE: Rejeito Filtrado, Controle de Compactação, Ensaios de campo, Empilhamento, Pilha de Rejeitos.

ABSTRACT: This paper presents a numerical evaluation of compacted filtered tailings layers with “rubber-like” behavior using the Dynamic Probing Light (DPL), based on a case study in the Quadrilátero Ferrífero, MG. The “rubber-like” phenomenon results from overcompaction with moisture content above optimum, leading to high saturation, water exudation, and excessive deformability. A total of 48 DPL tests were performed on 30-cm-thick layers with granular/fines ratios of 90/10 and 80/20, using equipment in accordance with NBR 17014:2022. The N10 was recorded every 10 cm and visual inspection was conducted, classifying the layers as: approved, intermediate “rubber-like”, and “rubber-like”. Approved layers required N10 > 50 blows and exhibited strength gain from the initial 10 cm; intermediate layers recorded 41-50 blows with partial strength gain only in the final 10 cm; “rubber-like” layers presented N10 < 40 blows without significant gain. Tests performed 24h after compaction showed an increase in N10 due to drying. It is concluded that the DPL is a rapid and objective field test for diagnosis, supporting decisions on acceptance or rework.

KEYWORDS: Filtered Tailings, Compaction Control, Field Tests, Filtered Tailings Stacking

1 INTRODUÇÃO

Em resumo, Massad (2010) define como procedimento de compactação do solo qualquer atividade relacionada a redução, mais ou menos rápida, do índice de vazios, por meio de energia mecânica aplicada, com o resultado na expulsão ou compressão do ar dos vazios dos poros, diferente do processo de adensamento, tendo nesse a expulsão de água obtida de forma lenta. Ainda conforme o autor, o solo “borrachudo” é resultante de uma tentativa de super compactação de um solo, com umidade acima da ótima, elevação da saturação, de forma que a energia aplicada passa a ser transferida para a água, que tem como resultado um material elástico, com desenvolvimento de um processo de cisalhamento ao longo de planos horizontais, classificados como solo “borrachudo”, através da avaliação visual.

O Penetrômetro Dinâmico Leve (PDL) (também conhecido como DPL) é um ensaio que tem como o objetivo a cravação de um conjunto composto por uma ponteira cônica de área projetada de 10,0 cm² e hastes de 1,0 m de comprimento e 22,0 mm de diâmetro a partir da superfície, a fim de se obter o número de golpes necessários para o avanço a cada 10,0 cm (N10). Esse conjunto padronizado é associado a uma cabeça de bater e uma haste guia por onde um martelo de 10 kg cai de uma altura de 50 cm (NAVEIRA et al., 2022).

Salienta-se que pode ser considerado um ensaio rápido, simples e objetivo, com o uso comum em empreendimentos de menor porte, bem como, ensaio complementar para atividades de tratamento de fundações e possibilita uma análise numérica nas condições de resistência e deformabilidade dos solos (ALVES FILHO, 2010).

Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é apresentar uma avaliação numérica para caracterização de camadas de rejeito filtrado compactado com aspectos de “borrachudo”, por meio da correlação entre os resultados do ensaio PDL e a classificação visual da camada. Para tanto, foram realizados ensaios em camadas de 30 cm de espessura, com rejeito apresentando proporções granulares/finos entre 90/10 e 80/20, em pilhas de empilhamento localizadas na região do Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais. A classificação adotada considerou três categorias: camada aprovada sem “borrachudo”, “borrachudo” intermediário e “borrachudo”, a depender do nível de deformabilidade e exsudação de água observado em campo.

2  METODOLOGIA APLICADA PARA A AVALIAÇÃO DE CAMADAS COMPACTADAS DE REJEITOS ATRAVÉS DO PDL

A metodologia para avaliação das camadas compactadas de rejeito filtrado foi estruturada em duas etapas: execução do ensaio PDL e inspeção visual de campo. Sendo assim, adotou-se o procedimento descrito por Naveira et al. (2022), utilizando equipamento composto por:

a) Ponteira cônica de aço com 60° de abertura e área projetada de 10,0 cm²;

b) Hastes de extensão de 1,0 m de comprimento e 22,0 mm de diâmetro (considerando 30,0 cm);

c) Cabeça de bater acoplada à haste;

d) Martelo de 10 kg com dispositivo de queda livre de 50 cm de altura.

O ensaio foi executado imediatamente após a compactação da camada e, em pontos específicos, 24 horas após a compactação para avaliar o efeito da secagem. A cravação foi realizada até a profundidade total de 30 cm, registrando-se o número de golpes necessários para penetração a cada 10,0 cm, valor denominado N10. O N10 total correspondeu à soma dos golpes para cravação dos três segmentos de 10 cm. Foram realizados 48 ensaios distribuídos em diferentes frentes de empilhamento, garantindo representatividade estatística das condições operacionais

Paralelamente ao ensaio PDL, realizou-se inspeção visual da camada para identificação de:

a) Exsudação de água na superfície durante e após a passagem do equipamento de compactação;

b) Deformabilidade excessiva sob o peso próprio ou tráfego de equipamentos;

c) Formação de trincas de cisalhamento horizontais.

Com base nesses critérios, as camadas foram classificadas em:

Aprovada sem “borrachudo”: ausência de exsudação, deformação inferior a 2 cm sob tráfego e superfície estável;

“Borrachudo” intermediário: exsudação pontual, deformação entre 2 cm e 5 cm, com recuperação parcial após passagem do equipamento;

“Borrachudo”: exsudação generalizada, deformação superior a 5 cm, com formação de ondulações e cisalhamento visível.

Os valores de N10 foram anotados e correlacionados com a classificação visual. Geraram-se gráficos de N10 acumulado por profundidade e histogramas de frequência por categoria, conforme apresentados nas figuras, a seguir. A análise comparativa permitiu estabelecer faixas quantitativas de N10 para cada classe de comportamento da camada.

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES

Os registros de camadas compactadas com aspectos de “borrachudos”, com evidências de maiores deformabilidades, exsudação de água e super compactação com elevação da saturação do rejeito, são apresentados na Foto 1. Nota-se a baixa quantidade de golpes que foram necessários para a cravação da haste com a realização do ensaio.

Os registros das camadas em que não foram evidenciados “borrachudos”, com a compactação do rejeito filtrado na faixa alvo de umidade próximo da ótima, são apresentados na Foto 2. Observou-se que o número de golpes foi superior a 50 e, para ensaios realizados cerca de 24 horas após a atividade de compactação, houve a redução da umidade da camada e aumento considerável no número de golpes para cravação dos 30 cm no ensaio de PDL. Notou-se também certa dificuldade, com a deformação da haste durante a realização do ensaio, devido a elevada densificação da camada.

3.1     Resultados Obtidos no Controle de Compactação das Camadas

Com isso, foram realizados 48 ensaios de PDL, sendo: 16 aprovados sem borrachudo, 08 “borrachudos” intermediário e 15 “borrachudo”. Os gráficos com os respectivos resultados de número de golpes para cada profundidade de execução do ensaio são apresentados nas Figuras 1 e 2. Nota-se que para a cravação de 30 cm da haste com a execução do PDL foram necessários mais de 50 golpes nas camadas sem borrachudo, entre 41 e 50 golpes para o “borrachudo” intermediário e menos de 40 golpes para os “borrachudos”.

Sendo assim, da Figura 3 a Figura 5 são apresentados os comparativos entre os resultados obtidos para cada classificação da camada compactada, com uma avaliação quanto ao N10 (número de golpes necessários para o avanço de 10 cm).

 

Após a avaliação dos números de golpes necessários para o avanço de 30 cm (camada compactada), bem como os valores resultantes nos 10 cm iniciais (N10), observou-se que para as camadas definidas como “borrachudo”, com números de golpes totais inferiores a 40 golpes, não há ganho de resistência significativa ao longo da camada. Quanto à classificação de “borrachudo” intermediário, entre 41 e 50 golpes, notou-se um ganho parcial de resistência nos 10 cm finais da camada. Por fim, para a camada compactada sem a presença de borrachudos com valores superiores a 50 golpes, ou seja, aprovada para o empilhamento, houve o ganho de resistência desde os 10 cm iniciais da camada.

4 CONCLUSÕES

O presente estudo avaliou numericamente a caracterização de camadas de rejeito filtrado compactado com comportamento “borrachudo” por meio do ensaio de Penetrômetro Dinâmico Leve (PDL), em pilhas localizadas no Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais. Com base nos resultados obtidos em 48 ensaios de campo, estabelecem-se as seguintes conclusões.

4.1 Correlação entre o número de golpes e o comportamento da camada

O ensaio PDL demonstrou-se eficaz como ferramenta de controle de compactação em campo para rejeitos filtrados. Foi possível estabelecer faixas quantitativas de classificação da camada compactada de 30 cm: camadas aprovadas, sem aspecto “borrachudo”, apresentaram N10 > 50 golpes; camadas com “borrachudo” intermediário registraram N10 entre 41 e 50 golpes; e camadas com aspecto “borrachudo” apresentaram N10 < 40 golpes.

4.2 Ganho de resistência ao longo da camada

Observou-se comportamento distinto quanto à evolução da resistência com a profundidade. As camadas classificadas como “borrachudo” não apresentaram ganho significativo de resistência ao longo dos 30 cm ensaiados. As camadas “borrachudo” intermediário evidenciaram ganho parcial de resistência apenas nos 10 cm finais. Já as camadas aprovadas, sem “borrachudo”, exibiram ganho de resistência desde os 10 cm iniciais, indicando densificação adequada e umidade próxima à ótima durante a compactação.

4.3 Influência da umidade e do tempo

Constatou-se que camadas compactadas na umidade ótima, sem exsudação de água e sem deformabilidade excessiva, demandaram número de golpes superior a 50 para cravação total da haste. Em ensaios realizados 24 horas após a compactação, verificou-se redução da umidade da camada e aumento expressivo no N10, chegando a ocorrer deformação da haste devido à elevada densificação. Tal comportamento reforça a influência do processo de secagem pós-compactação no ganho de resistência do material.

4.4 Aplicabilidade do método

O PDL mostrou-se um ensaio rápido, objetivo e de baixo custo para diagnóstico preliminar de camadas com comportamento “borrachudo” em pilhas de rejeito filtrado. A associação entre a avaliação visual de exsudação e deformabilidade e os valores de N10 obtidos permitiu a segregação quantitativa das camadas, fornecendo subsídios técnicos para tomada de decisão quanto à aceitação, retrabalho ou remoção da camada no processo de empilhamento.

4.5 Considerações Gerais

Dessa forma, conclui-se que o número de golpes obtido no ensaio PDL pode ser utilizado como parâmetro de controle tecnológico complementar para avaliação da qualidade da compactação de rejeitos filtrados com proporções granulares/finos entre 90/10 e 80/20. Recomenda-se a adoção do critério de N10 > 50 golpes para aprovação de camadas de 30 cm, associado à inspeção visual de campo. Para trabalhos futuros, sugere-se a correlação dos resultados de PDL com ensaios de laboratório de densidade in situ e teor de umidade, visando ampliar a confiabilidade do método e estabelecer curvas de calibração específicas para diferentes tipologias de rejeito.

AGRADECIMENTOS

Agradece-se à equipe técnica e operacional envolvida na execução deste estudo, pelo suporte na coleta de dados em campo, na realização dos ensaios geotécnicos e na consolidação das informações que subsidiaram a avaliação das medidas de controle tecnológico aplicadas às atividades de compactação de rejeitos filtrados. A contribuição dos profissionais foi fundamental para a obtenção dos parâmetros de controle de qualidade e para a análise da conformidade dos resultados com os critérios estabelecidos em projeto.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 17014: Solo — Penetrômetro dinâmico leve (DPL) — Método de ensaio. Rio de Janeiro: ABNT, 2022.

ALVES FILHO, Carlos Eduardo Sales. Correlações para obtenção de parâmetros geotécnicos de argilas compressíveis com utilização de penetrômetro dinâmico leve. Dissertação (Mestrado em Geotecnia) – NUGEO, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2010.

MASSAD, Faiçal. Obras de terra: curso básico de geotecnia. 2 ed. São Paulo: Oficinas de Textos, 2010.

NAVEIRA, L. S. C., Jannuzzi, G. M. F., Danziger, F. A. B., & Di Gregorio, L. T. O Uso do Penetrômetro Dinâmico Leve em projetos de habitação de interesse social. XX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica, Campinas-SP, 2022.