É do conhecimento geral que uma das formas de melhoria do solo no tocante a suas propriedades hidráulicas (permeabilidade) e geomecânicas (compressibilidade e principalmente a resistência) pode ser conseguida por meio da compactação.
A construção de um depósito de estéril é uma obra de terra, porém ao contrário das grandes obras de engenharia, não passa por um controle rígido de compactação como, por exemplo, rodovias, aeroportos, barragens, etc. Esses depósitos não necessitam de tal acompanhamento por conta de que na maioria das vezes sua destinação final é serem incorporados ao meio ambiente e para isso basta que sejam autoportantes com uma margem de segurança aceitável e dentro da norma (ABNT, 2006).
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Pelo fato de não ser compactado, a estabilidade do depósito não é facilmente garantida. Vale, pois aprofundar um pouco sobre o tema da compactação ou a falta dela na construção dos depósitos. .
A compactação é o processo no qual um material particulado ou granular é densificado pela aplicação de energia e expulsão de ar dos vazios do solo. Esse processo pode ser feito de duas formas, através de rolo compactador ou pelo tráfego de veículos.
No caso de depósitos de estéril construídos pelo método convencional a compactação é feita primordialmente pelo tráfego de veículos na superfície, que se faz não com o propósito de compactação, mas com o objetivo de disposição do material.
A compactação por rolo compactador é feita por um equipamento especialmente projetado para trafegar na superfície com objetivo de aplicar uma força sobre o material para compactá-lo. Essa força pode ser aplicada pelo peso do rolo trafegando na superfície ou ainda uma força extra pode ser usada pela queda do rolo, como por exemplo, rolo de impacto ou giratório de um peso excêntrico.
No caso das pilhas formadas pela disposição por correia nenhuma dessas formas de compactação ocorrem sobre o material, sendo a densificação obtida exclusivamente pelo próprio peso do estéril.
A compactação ocorre porque as partículas são forçadas umas contra as outras, expelindo o ar e reduzindo volume de vazio. Nesse processo algumas partículas podem ser quebradas e o material fino resultante desse processo pode vir a preencher os espaços vazios.
O solo ou no caso o estéril tem geralmente uma composição variada, principalmente ser for solo residual ou de aluvião, dependendo muito do grau de intemperismo. A característica de compactação do solo está diretamente ligada ao tipo de energia que se é aplicada.
2.9.1. Resistência ao cisalhamento do solo compactado
A resistência ao cisalhamento do solo é uma propriedade da massa de solo resistir a ruptura ou deslizamento em qualquer plano (Braja, 2007). Essa resistência é de natureza principalmente friccional e, portanto depende do confinamento e compacidade do solo. No caso dos depósitos de estéril, esse material tem resistência ao cisalhamento e pode ser empilhado, mas não pode ser considerado um aterro compactado, já que não é buscada diretamente a operação de compactação para a formação dessa estrutura. Não existem controles de umidade, densidade, espessura da camada, e número de passadas de um equipamento especifico com seria realizados num aterro compactado.
Entretanto, tanto no método de bancadas e mais no método de camadas alguma compactação é alcançada indiretamente pelo esteiramento produzido pelo trator ao quebrar as pilhas e pelo tráfego de caminhões. Tal compactação
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na verdade é uma sub-compactação, que afeta apenas superficialmente o solo e com cobertura bastante variável e errática. Dependendo do método utilizado para o empilhamento do estéril, essa sub-compactação pode ser melhorada ou não.
2.9.2. Compressibilidade
Quando o solo é submetido a um esforço de compressão, o seu volume diminui através da redução dos vazios, expelindo-se ar e/ou água do solo. Essa resposta do solo se deformando é medida pela sua compressibilidade. Essa propriedade de engenharia do solo depende de seu estado de compacidade, no caso de solos granulares (não coesivos), ou de sua consistência, no caso de solos argilosos (solos coesivos). A forma como essa redução de vazios acontece depende também do estado do solo: seco, úmido ou saturado. No caso do estéril, quase sempre a umidade existente é baixa e a expulsão de ar é o mais provável mecanismo de redução de vazios. A exceção dessa condição é o estéril fino de coberturas, em baixadas, e no fundo de mina, que via de regra está saturado. Neste último caso a redução de vazios dá-se quase que exclusivamente por expulsão de água num mecanismo conhecido por adensamento. Essa drenagem de água será lenta se os finos do estéril forem argilosos ou relativamente rápida no caso de finos arenosos.
Por esses aspectos da compressibilidade e eventual adensamento é importante entender como eles acontecem num aterro sendo formado como é o caso do depósito de estéril. À medida que a estrutura vai ganhando altura, a estrutura vai se deformando por conta do peso próprio, o peso dos equipamentos, e tudo isso de acordo com a lei de compressibilidade do material (relação tensão versus deformação). Caso haja saturação e os finos do estéril sejam argilosos ou tenha uma fração argilosa expressiva é possível que haja aumento da poropressão da água e que nem toda a deformação que resulte em recalques possa acontecer pari-passu com o aumento em altura do depósito. Assim parte das deformações fica deferida no tempo por conta do processo de adensamento.
Do ponto de vista de modelagem de um depósito de estéril, a relação tensão versus deformação pode ser trabalhada de forma aproximada no regime elasto-plástico. Neste modelo define-se um módulo de deformação não necessariamente constante (elasticidade linear/não linear) e as deformações são praticamente permanentes (plástica).
Aplicando-se esses conceitos para caso da compactação com equipamentos é útil a consideração do bulbo de tensões/deformações, isto é a região do solo na subsuperfície afetada pela compressão/vibração produzida por esses elementos. A Figura 2-23 mostra esquematicamente o carregamento de uma carga pontual ou linear na superfície e como se propaga em profundidade o seu efeitos.
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Figura 2-23 – Bulbo de tensões que descreve o comportamento da carga P em profundidade
A intensidade do acréscimo de tensões/deformações induzidas em profundidade depende da magnitude do carregamento, da geometria da área carregada, da profundidade e da distância da carga na superfície em relação ao ponto de aplicação. No caso de equipamentos móveis usados na formação do depósito, os efeitos dependerão do peso do equipamento, do número de passadas e da espessura da camada.
Este é o aspecto determinante em que o método construtivo do depósito de estéril pode afetar a compactação do material. No método por correia e bancada, a compactação imediata só existirá na zona afetada pelo bulbo de tensões criado pelo peso do equipamento. Com o passar do tempo o prório peso do material irá compactar o material. Cada banco tem 10 metros de altura, construído em uma única camada. Estima-se que a influência do bulbo de tensões não ultrapasse 0,50 m. Assim nas zonas mais profundas de cada banco, abaixo do bulbo de tensões, existirão apenas os efeitos do peso próprio. A figura 2-24 dá ideia dessa influência restrita da compactação devido ao equipamento.
Figura 2-24 – Comparativo da zona sujeita a compactação pelo equipamento e a zona que só se densifica por peso próprio (altura de estéril). Modelo válido para os métodos de bancada e de correia.
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Já no método por camada, onde os bancos são construídos com camadas de 1,50 m, a zona afetada pelo bulbo de tensões é mais expressiva na camada e, portanto no banco. Mesmo assim haverá espaços sub- compactados no depósito formado. A figura 2-25 ilustra esses aspectos.
Figura 2-25 – Comparativo da zona sujeita a compactação pelo equipamento e a zona que só se densifica por peso próprio (altura de estéril). Modelo válido para os métodos de camada.
2.9.3. Permeabilidade
Permeabilidade é o ato de a água fluir através dos vazios existentes no solo (Braja, 2007), logo quanto maior o índice de vazios maior será sua permeabilidade.
Segundo Bueno e Costa, 2012 nos solos, inclusive os pedregulhos, a velocidade de percolação é muito baixa, e o fluxo é laminar. Nessa situação, a trajetória da água é regular e não sofre interferência de elementos adjacentes.O movimento da água só ocorre quando há uma diferença de carga hidráulica total entre dois pontos.
Geralmente os depósitos de estéril são considerados permeáveis, porém, dependendo do material formador do depósito e do método construtivo, isso não será uma verdade absoluta. Materiais de granulometria fina podem impermeabilizar determinadas porções do depósito, dificultando o fluxo gravitacional até o dreno de fundo.
O conhecimento da permeabilidade do solo é fundamental para os estudos de percolação que possibilitam o dimensionamento do sistema de drenagem e rebaixamento do nível de água. Apesar do coeficiente de permeabilidade do depósito de estéril poder ser obtido por meio de ensaios laboratoriais e de campo, o grau de incerteza é muito alto dada a heterogeneidade dos materiais que compõe a estrutura.
O comparativo da permeabilidade tendo em conta os métodos construtivos do depósito de estéril segue em parte o já discutido para resistência e compressibilidade. Assim, não se espera muita diferença entre os métodos
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tradicionais (bancada e camadas), mas no método de disposição por correia transportadora a pluviação aérea em geral aumenta o índice de vazios, e como consequência deve se esperar permeabilidades mais altas