Rupturas em barragens de rejeito : avaliação de efeitos de escala através de modelos computacionais de ensaios de calha

Abstract

Resumo: A indústria da mineração possui como passivo a geração de rejeitos, que são depositados conforme o tipo de minério extraído e o processamento pelo qual este foi submetido. O rejeito ao fim do processamento acaba por possuir elevado percentual de água em sua composição e, por consequência disto pode ser depositado hidraulicamente, como polpas na superfície. Dado à elevada umidade do material, este apresenta comportamento fluido e necessita de um sistema de contenção, normalmente com barragens empregadas. Estes rejeitos apresentam comportamento não-newtoniano e a modelagem e previsão de impactos gerados pela ruptura do sistema de contenção, impactos estes que estão cada vez mais intensos em virtude do aumento dos volumes depositados nas barragens atuais, apresentam distorções e efeitos de escala caso ensaios sejam utilizados para calibração do modelo. Este trabalho visa a concepção e validação de ensaios de calha através de análise dimensional e análise de efeitos de escala. Para isso, foram realizadas modelagens computacionais em três escalas, em relação protótipo:modelo, 1:1, 1:9 e 1:81, através do software HEC-RAS. Além disso, variou-se a largura do canal, altura de rejeito no reservatório e a concentração volumétrica do rejeito para avaliar a influência destes nos resultados, dentro de cada escala. Pode-se observar significativas distorções tanto no resultado de alcance quanto nos ângulos de repouso, principalmente para rejeitos mais espessos. Encontrou-se proporcionalidade nos resultados entre rejeitos, dentro das escalas específicas as quais foram comparadas. E, por fim, foi possível elaborar um gráfico com região de fluxo adimensional para se buscar faixas de alcances possíveis em função do aumento do barramento e variação das propriedades reológicas. O ensaio de calha se mostrou como uma opção em análises dam-break, porém com ressalvas tanto na consideração das distorções possíveis quanto na execução destes

Abstract: The mining industry has as a liability the generation of tailings, which are deposited according to type of ore extracted and processing by which it was subjected. The tailings at the end of processing turn out to have a high percentage of water in their composition and, as a result, can be hydraulically deposited as. Given the high humidity of the material, it has a fluid behavior and needs a containment system, normally with dams employed. These tailings present non-Newtonian behavior and the modeling and prediction of impacts caused by rupture of the containment system, present distortions and scale effects if physical tests used for model calibration. This work aims at the design and validation of flume tests through dimensional analysis and analysis of scale effects. For this, computer modeling was performed at three scales, in relation to prototype:model, 1:1, 1:9 and 1:81, using HEC-RAS software. In addition, the channel width, tailings height in the reservoir and the volumetric concentration of the tailings were varied to assess their influence on the results, within each scale. Significant distortions can be observed both in the reach result and in repose angles, especially for thicker tailings. Proportionality was found in the results between tailings, within the specific scales which were compared. And, finally, it was possible to draw a graph with a dimensionless flow region to search for possible ranges as a function of the increase in the bus and variation of the rheological properties. The gutter test proved to be an option in dam-break analyses, but with reservations both in the consideration of possible distortions and in their execution