11 September: Osama bin Laden

6.1.1 Conclusões Relacionadas à Revisão Bibliográfica

A liquefação é um fenômeno caracterizado pela grande redução da resistência ao cisalhamento de solos granulares, fofos e saturados, quando submetidos a um carregamento não drenado. A presença de finos coesivos, em geral, reduz a suscetibilidade à liquefação destes solos, devido ao acréscimo da parcela da resistência ao cisalhamento correspondente à coesão. Por outro lado, a influência de finos não coesivos é apenas negativa devido à redução da permeabilidade do solo e, consequentemente, da capacidade de drenagem durante um carregamento rápido. Os rejeitos granulares gerados na mineração, em geral, apresentam finos não coesivos e, portanto podem ser suscetíveis à liquefação.

A principal diferença entre a liquefação estática e a liquefação dinâmica está no tipo de carregamento responsável pelo gatilho, pois os fundamentos básicos que envolvem estes dois tipos de fenômenos são muito semelhantes.

A possibilidade de ativação da liquefação no campo está associada à probabilidade de ocorrência dos potenciais gatilhos e à diferença entre a maior e a menor resistência ao cisalhamento disponível ao longo da superfície de ruptura crítica, ou seja, ao nível de ruptura progressiva provável.

Quando a liquefação é ativada em uma camada de solo, não significa necessariamente que a ruptura em fluxo por liquefação irá ocorrer. Para a ocorrência da ruptura em fluxo é necessário que, ao longo da superfície de ruptura crítica, a tensão cisalhante atuante seja superior à resistência ao cisalhamento disponível, que inclui as parcelas de resistência ao cisalhamento liquefeita, dos materiais que sofreram liquefação.

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A existência de contrastes de permeabilidade no interior de um depósito de solo, suscetível à liquefação, pode provocar a formação de uma zona com resistência ao cisalhamento liquefeita muito reduzida, devido aos efeitos da redistribuição dos vazios ao longo do perfil do depósito. Estudos recentes, relacionados ao fenômeno da redistribuição dos vazios, associam a ocorrência da ruptura em fluxo por liquefação à formação de uma superfície de ruptura preferencial provocada pela expansão dos vazios abaixo de uma camada com permeabilidade reduzida.

Entretanto, como os estudos relacionados ao fenômeno da redistribuição dos vazios ainda estão fase de consolidação, não é possível afirmar que a ocorrência da ruptura em fluxo por liquefação está restrita a depósitos de solo estratificados. A existência de estratificações no interior de um depósito de solo granular deve ser entendida como um agravante para a ocorrência da ruptura em fluxo por liquefação, e não como uma condição indispensável.

Os rejeitos granulares, depositados hidraulicamente, estão frequentemente com alto índice de vazios e na condição saturada, o que torna relevante a preocupação com a ocorrência da liquefação estática em barragens de rejeitos. Dentre os diversos tipos de barramentos para a contenção de rejeitos, aqueles constituídos por alteamentos sucessivos para montante, representam as condições mais críticas com relação à possibilidade de ocorrência da liquefação estática. Nestes casos, o controle da linha de saturação no interior do maciço, com a consequente formação de uma extensa praia de rejeitos, é sem dúvida uma das principais medidas preventivas relacionadas à liquefação.

6.1.2 Conclusões Relacionadas às Metodologias de Avaliação da Liquefação

A principal diferença entre as duas metodologias aplicadas nesta dissertação está na definição da resistência ao cisalhamento dos solos suscetíveis à liquefação.

A dificuldade na definição da resistência ao cisalhamento de materiais que apresentam forte tendência de contração durante o cisalhamento é justificada pela grande geração de poropressões quando a drenagem é impedida. Neste caso, a necessidade de previsão do excesso de poropressões desenvolvido durante o cisalhamento torna difícil a utilização de parâmetros de resistência efetivos. Tanto a Metodologia de Olson (2001) quanto a

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Metodologia Comparativa utilizam resistências ao cisalhamento não drenadas para os materiais suscetíveis à liquefação. Desta forma as poropressões desenvolvidas durante e imediatamente após um carregamento rápido já estão representadas nas equações de resistência.

No caso da metodologia de Olson (2001), são utilizadas resistências ao cisalhamento não drenadas baseadas nas tensões verticais efetivas de adensamento, existentes imediatamente antes de um determinado carregamento. As razões de resistência de pico e liquefeita propostas por Olson (2001) são baseadas em correlações com valores de resistência à penetração de ensaios de campo, obtidas a partir da retro-análise de casos históricos de ruptura por liquefação. Já a Metodologia Comparativa utiliza diretamente valores de resistência ao cisalhamento não drenada obtidos a partir de ensaios triaxiais. As principais vantagens e desvantagens da Metodologia de Olson (2001), com relação à Metodologia Comparativa, estão apresentadas a seguir:

Vantagens:

Possibilita a estimativa da resistência ao cisalhamento com base nos ensaios de campo, podendo ser aplicada mesmo quando não se dispõe de ensaios de laboratório, ou quando se questiona a representatividade destes ensaios.

Considera a variação da resistência ao cisalhamento não drenada ao longo da camada de solo suscetível à liquefação.

As resistências ao cisalhamento liquefeitas obtidas a partir das razões de resistência sugeridas por Olson (2001) possuem incorporados os possíveis efeitos da redistribuição dos vazios, pois são correspondentes à retro-análise de casos reais de ruptura em fluxo por liquefação.

As resistências ao cisalhamento de pico e liquefeita obtidas a partir das razões de resistência sugeridas por Olson (2001), sendo baseadas em retro-análises de rupturas, são representativas das condições reais de campo.

Desvantagens:

A metodologia de Olson (2001) pode utilizar tanto valores de resistência à penetração obtidos do ensaio SPT quanto do ensaio CPT. O procedimento de obtenção desta resistência por meio do ensaio SPT é bastante rústico. Os valores dos

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números de golpes medidos, principalmente para solos de baixa densidade relativa, podem sofrer a influência da falta de sensibilidade deste tipo de ensaio.

Os 33 casos históricos de ruptura por liquefação analisados por Olson (2001) podem não ser suficientes para o estabelecimento das correlações propostas entre as razões de resistência, de pico e liquefeita, e os valores de resistência à penetração, de SPT e/ou CPT.

As razões de resistência de pico e liquefeita obtidas das retro-análises realizadas, a partir dos casos históricos de ruptura por liquefação, estão sujeitas às incertezas e limitações dos dados disponíveis para cada caso histórico e também às limitações das técnicas empregadas nas retro-análises.

Dificuldades na obtenção de um valor característico de resistência à penetração para camadas de solo que apresentam grande dispersão nestes valores.

A aplicação da Metodologia Comparativa tornou possível uma melhor avaliação crítica dos resultados apresentados pela Metodologia de Olson (2001).

Na Tabela 6.1 estão re-apresentados os fatores de segurança obtidos, nas análises do gatilho e pós-gatilho, para as duas metodologias utilizadas nesta dissertação.

Tabela 6.1 – Fatores de segurança encontrados nas análises realizadas pela Metodologia de Olson (2001) e pela Metodologia Comparativa

Metodologia Olson (2001) Comparativa

Análise Gatilho Pós-Gatilho Gatilho Pós-Gatilho

Cenário 1 FS=2,007 FS=1,334 FS=2,314 FS=1,466

Cenário 2 FS=1,523 FS=0,660 FS=1,895 FS=0,808

Para os cenários considerados na avaliação da liquefação estática da Barragem A, a Metodologia de Olson (2001) apresentou fatores de segurança, tanto para as análises do gatilho quanto para as análises pós-gatilho, inferiores àqueles obtidos pela Metodologia Comparativa. Esta observação sugere que a Metodologia de Olson (2001) seja mais conservadora do que a Metodologia Comparativa. Entretanto, para se estabelecer uma conclusão deste tipo seriam necessárias avaliações para outros casos de estudo.

Conforme apresentado no capítulo 5, para as análises correspondentes ao cenário 2, as superfícies de ruptura críticas estão inteiramente contidas na camada de rejeitos suscetível à liquefação. O mesmo não acontece para as análises correspondentes ao

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cenário 1. Desta forma, como a principal diferença entre as duas metodologias está na definição da resistência ao cisalhamento da camada de rejeitos suscetível à liquefação, a comparação entre os fatores de segurança obtidos para o cenário 2, fornece resultados mais relevantes. Comparando os resultados encontrados para este cenário, a partir das duas metodologias, conclui-se que, para o caso de estudo analisado, os fatores de segurança obtidos pela Metodologia de Olson (2001) são cerca de 20% inferiores aos fatores de segurança encontrados pela Metodologia Comparativa.

As análises realizadas pelas duas metodologias indicam que, para os cenários analisados nesta dissertação, não há a possibilidade de ativação do gatilho da liquefação nos rejeitos depositados na Barragem A. Consequentemente, a ocorrência da ruptura em fluxo por liquefação nesta barragem, para os mesmos cenários, também não é possível. É importante ressaltar que as condições de estabilidade da Barragem A, como as de qualquer barragem de rejeitos com alteamentos sucessivos para montante, são amplamente dependentes da posição da linha de saturação no interior do maciço. Desta forma, para a manutenção da segurança relativa à liquefação estática, deve ser mantido um criterioso controle da posição do lançamento de rejeitos e da passagem de cheias pelo reservatório da barragem, mantendo-se sempre a largura mínima de praia.

Nas Figuras 5.24 e 5.25, apresentadas no capítulo 5, estão lançados os valores das resistências de pico e liquefeita versus as tensões confinantes iniciais para todas as séries de ensaios de compressão triaxial realizadas com os rejeitos da Barragem A. As faixas das razões de resistência obtidas para os casos históricos de ruptura por liquefação também estão apresentadas nestas figuras. A partir destas figuras, é possível observar que as linhas médias das razões de resistência, obtidas dos ensaios de compressão triaxial, estão localizadas acima das faixas das razões de resistência obtidas para os casos históricos apresentados por Olson (2001). De fato Olson & Mattson (2008) concluíram que o modo de cisalhamento predominante nestes casos históricos de ruptura por liquefação se ajusta ao cisalhamento direto simples. De acordo com estes pesquisadores, os ensaios de cisalhamento direto simples fornecem razões de resistência inferiores àquelas obtidas pelos ensaios de compressão triaxial. Caso se dispusesse também de resultados de ensaios de cisalhamento direto simples, para os rejeitos da

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Barragem A, seria possível a verificação da aderência dos resultados dos ensaios às conclusões de Olson & Mattson (2008).

A partir das análises realizadas nesta dissertação, para o caso de estudo da Barragem A, é possível concluir que a Metodologia de Olson (2001) se apresenta como uma ferramenta simples e eficaz para a avaliação da liquefação estática. As resistências ao cisalhamento não drenadas, de pico e liquefeita, utilizadas por esta metodologia, aparentemente, são mais conservadoras do que as correspondentes resistências ao cisalhamento não drenadas obtidas a partir de ensaios de compressão triaxial. Desta forma, recomenda-se que a aplicação da Metodologia de Olson (2001) seja incorporada na rotina dos projetos de barragens de rejeitos para garantir a segurança com relação à liquefação estática.