Tecnologia de Barragens e Disposição de Rejeitos

Os primeiros estudos sobre do projeto de barragens e performance de suas estruturas começaram em 1850, com o engenheiro civil William John Macquorn Rankine, da Universidade de Glasgow. Desde então, as técnicas evoluíram, mas alguns princípios básicos continuam válidos.

Atualmente, existem no mundo pouco mais de 56 mil barragens. A maior concentração está na China (23.842), depois vêm os Estados Unidos (9.260), Índia (5.100), Japão (3.112) e Brasil, que conta com mais de 1.400 barragens.

Você sabia?

O primeiro registro que se tem de uma barragem é de 2900 a.C. A estrutura, localizada em Kosheish, no rio Nilo, era utilizada para fornecer água para a região

Barragens mais antigas do mundo

ano 130 Proserpina – Espanha
ano 400 Ichibanike – Japão Sumiyoshiike – Japão

Barragens mais altas do mundo

335m Rogun – Tajiquistão
315m Bakhtiyari – Irã
305m Jinping 1 – China

O que é barragem?

As barragens são estruturas construídas transversalmente aos vales e utilizadas basicamente para a acumulação de água, embora também sejam utilizadas para deposição de outros materiais, como rejeitos de processos industriais. Tais estruturas podem ser de terra ou de concreto e tanto seu projeto como construção devem seguir técnicas de Engenharia e Geotecnia.

  • Reservas de água
  • Geração de energia elétrica
  • Controle de cheias
  • Contenção de sedimentos
    Controle de erosão
  • Contenção de
    rejeitos industriais

Tipos de barragens

Existem vários tipos de barragem, que variam de acordo com sua finalidade e conformação do terreno onde se localizam.

Arco (Abóbada)

As barragens em Arco, também conhecidas como abóbadas, normalmente são construídas em vales mais estreitos e têm formato curvo, o que possibilita que as pressões sobre o maciço sejam transferidas para as ombreiras.
Esse tipo de construção exige grandes escavações para atingir a rocha sã e garantir o suporte adequado. Os esforços sobre a fundação são maiores neste tipo de barragem, tanto no fundo quanto nas ombreiras. A geologia é fator muito importante para a estabilidade nesse tipo de barragem. Um exemplo é que não pode haver descontinuidade da rocha nas ombreiras.

Gravidade em concreto

As barragens de gravidade em concreto normalmente são construídas em locais onde há restrição de espaço ou dificuldade para terraplenagem (falta de acesso ou falta de solos e enrocamento). Elas requerem uma fundação competente e são constituídas por uma parede de concreto, maciça ou vazada. Essa parece resiste, pelo próprio peso, ao empuxo horizontal da água, transmitindo as pressões para o assoalho da fundação. Porém, a estabilidade desse tipo de barragem é crítica, por deslizamento e tombamento.

Contraforte de concreto

O corpo deste tipo de barragem é formado por uma laje impermeável de concreto, apoiada por lajes de sustentação denominadas contrafortes. Devido à pequena área da base, a pressão é reduzida, mas, ainda assim, é exigido um maior tratamento das fundações (tirantes e injeção de calda de cimento) e um maior controle geológico. Um dos aspectos positivos nesse tipo de construção é a maior economia de concreto. Exemplo: Barragem da Usina Hidrelétrica de Itaipu - Brasil.

Enrocamento com Face de Concreto

Este tipo de barragem é um aterro construído com fragmentos de rocha e cascalho e compactado em camadas com rolos vibratórios. Normalmente é construída sobre fundações de rocha sã, mas também pode ser feita sobre rocha alterada, aluviões compactadas e outros materiais resistentes. O maior problema dessas barragens é a acomodação do enrocamento com o peso e a saturação, que podem trincar a face. Exemplos: Segredinho, Machadinho e Itá – Brasil.

Terra

Este é o tipo mais comum e também o mais antigo (há exemplo de uma barragem construída no Ceilão, em 504 A.C) de barragem, normalmente construída para armazenar água. Pode estar apoiada em tipos variados de fundação, que vai da rocha compacta até materiais inconsolidados, e tem dois tipos: homogêneo ou zonado. O homogêneo é quando se usa uma única espécie de material - com exceção da proteção dos taludes, que requer material impermeável. Os taludes precisam ser suaves para que haja adequada estabilidade. Já o tipo zonado tem um núcleo central impermeável, envolvido por zonas de materiais mais permeáveis para suportar e proteger o núcleo. Estes materiais podem ser areia, cascalho, fragmento de rocha ou uma mistura dos três.

Barragem de rejeitos

O que é?

As barragens de rejeito são estruturas construídas com terra, enrocamento, rejeitos e até mesmo concreto, para armazenar resíduos de alguns processos industriais. No caso da mineração, esses resíduos resultam do beneficiamento do minério, que é quando acontece a separação do produto bruto em concentrado (material rico, com valor econômico) e rejeito (material sem demanda de mercado).

Como funciona?

A barragem é como uma barreira. Lá são dispostos, de maneira controlada, planejada e segurada os rejeitos gerados no processo de beneficiamento do minério. Os rejeitos são transportados e dispostos em forma de polpa, ou seja, uma fração líquida com sólidos em suspensão.

Mina Minério Estério Pilha de estéril Usina de Concentração Produto Rejeitos
(sólidos + água)
Barragem de rejeitos Captação
de água

Rejeitos

Os rejeitos de minério de ferro são formados por partículas ultrafinas contendo Ferro, Alumina, Fósforo e Sílica e são classificados de acordo com sua granulometria.O tipo de rejeito influencia diretamente nas características e no tipo de barragem.

Rejeito granular

Constituído por areias finas a médias, não plásticas. Apresenta alta permeabilidade, resistência ao cisalhamento e baixa compressibilidade.

O uso do próprio rejeito na construção das barragens é o método mais difundido, em razão do menor custo, disponibilidade do material e facilidade construtiva. Nesse caso, as barragens comportam-se como aterros hidráulicos, que são estruturas construídas pelo transporte e deposição de solo em meio aquoso.

Rejeito fino

Denominado de lama, é constituído por siltes e argilas. Apresenta alta plasticidade e compressibilidade, sendo de difícil sedimentação.

Similares às barragens de contenção de água, mas construídas com solo argiloso ou em enrocamento com núcleo argiloso.

Comportamento dos rejeitos

Uma vez dispostos nas barragens, os rejeitos passam por várias transformações físicas ao longo do tempo.

  • Fase de construção
    Sedimentação, adensamento,
    compressão imediata e filtração
  • Concluídos os trabalhos de disposição
    Adensamento e filtração
  • Vida útil da barragem
    Dessecação e dessaturação

Aterro hidráulico

A construção de barragens por aterro hidráulico pode ser feita a partir três métodos principais: alteamento à montante, alteamento à jusante e método da linha de centro. Todas as formas incluem a construção de um dique de partida.
A diferença está na direção em que o alteamento é feito.

  • Método à montante

    Os rejeitos são depositados hidraulicamente a partir da crista do dique de partida, formando uma praia de rejeito. Com o tempo, esse material se adensa e serve de fundação para futuros diques de alteamento, que são feitos com o próprio material de rejeito. O processo é repetido, até atingir a cota de ampliação.

  • Método à jusante

    Os alteamentos subsequentes ao dique de partida são feitos para a direção da corrente de água, até atingir a cota de projeto. Nesse caso, cada alteamento é estruturalmente independente da disposição do rejeito, o que melhora a estabilidade da estrutura. Além disso, é possível construir todo o alteamento da barragem com o mesmo material do dique de partida.

  • Método da linha de centro

    Sistema de disposição similar ao método à montante. Os rejeitos são lançados a partir da crista do dique de partida. A construção segue de modo similar, com alteamentos com diques sucessivos, mas mantendo o eixo de simetria da barragem constante. Este é o método mais seguro para construção de barragens de rejeito.

O lançamento dos rejeitos na barragem é feito ao longo da crista do dique, por ciclones ou séries de pequenas tubulações, para que haja uma formação uniforme da praia. A sedimentação das partículas dá-se em função do seu tamanho e densidade, isto é, as partículas mais finas e leves ficam em suspensão e são transportadas para o centro da barragem, enquanto as partículas mais grossas e pesadas sedimentam-se rapidamente mais próximo do dique.

Composição de uma barragem de rejeitos

Ensecadeira

Tem como função desviar as águas do leito do rio, total ou parcialmente, com o objetivo de permitir o tratamento das fundações nessas áreas e, eventualmente, nas áreas das planícies de inundação, possibilitando a construção em seco dos diques de terras ou estrutura de concreto. As ensecadeiras mais comuns são aquelas construídas com terra e blocos de rocha. Em alguns casos, é necessária a utilização de chapas metálicas ou diafragmas impermeáveis.

Túneis de desvio

Têm a mesma finalidade das ensecadeiras, sendo, porém, construídos em cursos d’água com vales íngremes e, quando possível, nos locais onde existam curvas. Em muitos casos, o túnel de desvio é usado posteriormente como túnel de adução, para transportar as águas do reservatório para a casa das máquinas.

Borda livre

A borda livre (também conhecida como “folga”, “revanche” ou “freeboard”) é a distância vertical entre a crista da barragem e o nível das águas do reservatório. Essa borda tem por objetivo a segurança contra o transbordamento que pode ser provocado pela ação de ondas formadas pelos ventos, evitando-se danos e erosão no talude de jusante. Sua determinação tem como base a previsão da altura e a ação das ondas.

Crista

Na crista deve haver um sistema de drenagem para permitir que o escoamento das águas de chuva ocorra de maneira segura, evitando-se erosões e empoçamento de água. Caso não haja tráfego de veículos sobre a pista, esta pode ser protegida apenas com a plantação de grama. Se houver tráfego frequente de veículos, a crista deve ter uma proteção, como a construção de um pavimento, senão pode ocorrer o desgaste da superfície pela ação das chuvas e passagem de veículos.

Talude de montante
e jusante

O talude de montante é a parte do maciço que fica diretamente em contato com a água do reservatório, o que exige atenção especial na fase do Projeto, no cálculo de sua estabilidade, além de cuidados especiais em sua manutenção durante a fase de operação do reservatório.

Vertedouro

Funciona como um dispositivo de segurança, quando a vazão do curso d’água atinge valores que colocam em risco a estabilidade da barragem, ou servem para impedir que o nível máximo estabelecido para a barragem cause danos às propriedades agrícolas ou industriais à jusante da barragem. A capacidade do vetor é calculada de forma a permitir o escoamento máximo (enchente catastrófica), que poderia ocorrer na secção da barragem. Em linguagem popular, o vertedouro é conhecido como sangradouro.

Tomada d’água

É o conjunto de obras que permite a retirada, do reservatório, da água a ser utilizada, seja para a obtenção de energia ou para outros fins. O tipo de tomada d’água varia de acordo com o tipo de barragem. Assim, nas barragens de concreto, a tomada d’água consiste geralmente em um conduto que pode atravessar o maciço da barragem ou ser colocado em sua proximidade, enquanto nas barragens de terra a tomada d’água é construída nas ombreiras do reservatório.

Rip-rap

O “rip-rap” consiste de uma camada dimensionada de blocos de pedra lançada sobre um filtro de uma ou mais camadas, de modo que este atue como zona de transição granulométrica, servindo como obstáculo à fuga dos materiais finos que constituem o maciço. A rocha a ser utilizada deve possuir dureza suficiente para resistir à ação dos fatores climáticos. As pedras ou blocos utilizados na construção do “rip-rap” devem ter, preferencialmente, o formato alongado, evitando-se, tanto quanto possível, os blocos de formato arredondado. Assim, as possibilidades de deslizamentos são menores.





Alternativa às barragens de rejeitos

A Vale e o ITV já atuam intensamente na busca e desenvolvimento de tecnologias que tornem o reaproveitamento de rejeitos uma realidade. Isso porque os rejeitos depositados em barragens têm teor igual – e em alguns casos até maior — ao mineral bruto que é lavrado em outras minas.

A recuperação e o aproveitamento desse material iria possibilitar um aumento da recuperação metalúrgica e em massa nas plantas de beneficiamento e contribuir para a redução do impacto e passivo ambiental das empresas mineradoras. Dessa forma, ainda seria possível evitar os custos e o tempo gasto para obtenção das licenças ambientais necessárias para ampliação ou construção de novas barragens de rejeito.