Liquefação Em Pilhas De Codisposição: A Zona Cinzenta Entre Pilha De Estéril E Rejeito e TSF

A agenda global de segurança de barragens deslocou o foco da indústria para TSFs, protocolos de gestão de risco e conformidade regulatória. Em paralelo, sem a mesma visibilidade, parte relevante do risco geotécnico migrou para outro lugar: pilhas de estéril com alto teor de finos, pilhas construídas sobre materiais complexos e arranjos de codisposição em que rejeitos e estéreis passam a compartilhar o mesmo corpo de aterro.

Essas estruturas híbridas ocupam uma zona cinzenta entre o arquétipo clássico de “pilha de estéril drenante” e o de “barragem de rejeitos saturada”. Na maior parte dos cadastros, continuam registradas como pilhas, mas, do ponto de vista da mecânica dos solos e da hidrogeologia, muitas delas operam como reservatórios granulares parcialmente saturados, com porções internas suscetíveis à liquefação estática e a comportamentos de fluxo em caso de ruptura.

Reconhecer, caracterizar e gerir essa zona cinzenta é hoje um dos pontos cegos mais relevantes da governança de risco em mineração. Este artigo aprofunda os mecanismos físicos envolvidos, as limitações dos modelos tradicionais de pilhas, uma estrutura técnica para avaliação de liquefação em estruturas híbridas e as implicações para a governança corporativa.

Redução de barragens, aumento de estruturas híbridas: o deslocamento silencioso do risco

A combinação de pressão regulatória, expectativas de investidores, compromissos ESG e memória de falhas catastróficas levou a indústria a reduzir a dependência de grandes barragens convencionais. Em resposta, proliferaram soluções como rejeitos filtrados, pilhas de codisposição, backfill em cavas, pilhas com maior proporção de finos, reconformações complexas e arranjos em que rejeitos e estéril são tratados como um único volume operacional.

Em teoria, essas abordagens prometem ganhos claros. Reduzem o volume de água armazenada, diminuem áreas inundadas, potencialmente mitigam drenagem ácida e racionalizam o portfólio de estruturas. Na prática, no entanto, grande parte dessas soluções é implementada sobre premissas herdadas do projeto de pilhas de estéril, sem uma revisão profunda do comportamento resultante quando finos, saturação elevada e drenagem complexa entram na equação.

O efeito agregado é um deslocamento do risco de liquefação. O número de barragens classificadas como TSF pode diminuir, mas a quantidade de estruturas que contêm volumes com comportamento de rejeito saturado, embora cadastradas como pilhas, aumenta. Se a governança não acompanha esse movimento, a organização passa a operar com uma percepção de risco inferior à realidade física.

A zona cinzenta: um contínuo de comportamento entre pilha e TSF

Não existe, na prática, uma fronteira rígida entre “pilha de estéril” e “barragem de rejeitos”. Há um contínuo de comportamento controlado por um conjunto de variáveis físicas e operacionais. Entre essas variáveis, destacam-se o teor de finos e sua distribuição, o grau de saturação e a conectividade hidráulica, a densidade relativa e o histórico de tensões efetivas, o mecanismo de deposição e segregação, o padrão de alteamento e o nível de confinamento lateral, além da interação com a fundação e com estruturas adjacentes.

À medida que o projeto e a operação empurram esses parâmetros para regimes de alto teor de finos, saturação elevada, baixa densidade relativa, drenagem ineficiente e ciclos de carregamento agressivos, o comportamento global da estrutura se aproxima do de uma TSF, ainda que ela continue sendo chamada de pilha. Em codisposição, isso é especialmente evidente: estéril grosseiro e rejeitos finos, quando misturados de forma heterogênea, tendem a formar volumes internos com assinaturas hidráulicas e mecânicas próprias, diferentes do envelope médio utilizado em análises simplificadas.

A zona cinzenta surge exatamente quando a classificação cadastral e a percepção de risco permanecem no universo “pilha”, enquanto o comportamento real, principalmente em cenário extremo, se desloca em direção ao universo “TSF”.

Mecanismos de liquefação em pilhas de codisposição

Os mecanismos básicos de liquefação estática e ciclicamente induzida são bem conhecidos na literatura de rejeitos. O que muda nas estruturas híbridas é o contexto: heterogeneidade elevada, geometrias complexas, regimes hidráulicos pouco intuitivos e forte dependência da trajetória de tensões ao longo da vida útil.

Um primeiro mecanismo crítico é o comportamento contrátil de matrizes finas saturadas. Camadas, lentes ou bolsões de material silto-arenoso ou arenoso fino, dispostos com baixa densidade relativa e mantidos próximos à saturação, tendem a apresentar forte tendência a contração sob carregamento não drenado. Em termos de estado crítico, o material opera com índice de estado elevado, posicionado acima da linha de estado crítico, o que significa que pequenos incrementos de tensões, sem drenagem, podem empurrá-lo para uma trajetória de aumento de poropressão, redução de tensão efetiva e colapso da resistência não drenada.

Um segundo mecanismo é o acúmulo de poropressões em zonas confinadas. Interfaces entre blocos grosseiros e matrizes finas, contatos com fácies de baixa permeabilidade ou transições abruptas de condutividade hidráulica criam “armadilhas” de poropressão. Sob alteamentos sucessivos, recarga de chuva extrema ou elevações de nível freático, essas zonas não conseguem dissipar rapidamente a água sob excesso de pressão, o que conduz a estados de tensões efetivas muito mais baixos do que aqueles assumidos em modelos simplificados.

Um terceiro ponto é a transição lenta de regimes não saturados para regimes saturados ao longo do tempo. Projetos que pressupunham sucção matricial relevante, conferindo resistência adicional por efeitos de tensões aparentes, podem ver essa margem desaparecer à medida que sistemas de drenagem se degradam, drenos se entopem, rotinas de manutenção falham ou o clima se torna mais extremo e concentrado. Zonas antes parcialmente secas passam a operar em saturação alta, com redução significativa da resistência mobilizável sob condições não drenadas.

Um quarto mecanismo está associado ao carregamento incremental sem consolidação adequada. Em estruturas híbridas, é frequente a combinação de ciclos de alteamento curtos, tráfego intenso, empilhamento agressivo e, muitas vezes, ausência de controle de densificação. Isso significa que camadas inferiores podem permanecer em estado de consolidação incompleta por períodos prolongados. A aplicação de novos carregamentos em um sistema ainda longe do equilíbrio efetivo torna mais provável que trajetórias de tensão cruzem superfícies de estado crítico com perda rápida de resistência.

Por fim, há o mecanismo de degradação físico-química e evolução de finos. Em pilhas reativas, processos de oxidação, lixiviação e precipitação secundária podem gerar novos finos, preencher vazios, alterar permeabilidade, aumentar compressibilidade e enfraquecer ligações entre partículas. Isso redesenha, ao longo dos anos, o mapa interno de permeabilidades e resistências, criando planos preferenciais de ruptura e zonas de fluxo potencial que não existiam na concepção original do projeto.

Por que os modelos clássicos de pilhas são estruturalmente insuficientes

Grande parte da engenharia de pilhas foi construída sobre pressupostos que raramente são verdadeiros em pilhas de codisposição. Assume-se, explicitamente ou não, que o material é predominantemente grosseiro, com alta drenagem interna, comportamento friccional simples, regime quase permanente de fluxo e reduzida dependência da história de saturação.

Quando esses modelos são transpostos para estruturas híbridas, alguns vieses se tornam sistemáticos. Em primeiro lugar, parâmetros de resistência efetiva “médios” são adotados para volumes geotécnica e hidraulicamente heterogêneos. Zonas criticamente suscetíveis a liquefação são diluídas em valores representativos que atendem confortavelmente a fatores de segurança desejados, sem refletir a fragilidade de fácies específicas. Em segundo lugar, o modelo hidráulico é frequentemente reduzido a uma superfície freática simplificada, suavizada, que ignora bolsões pressurizados, caminhos de fluxo tortuosos e efeitos de anisotropia de permeabilidade induzida pelo método de deposição.

Em terceiro lugar, as análises de estabilidade tendem a focar em modos de ruptura clássicos, amarrados à geometria externa da pilha, negligenciando superfícies condicionadas por interfaces internas entre fácies, por contatos com fundação fraca ou por zonas de rejeitos antigos incorporados ao corpo do aterro. Em quarto lugar, a suscetibilidade à liquefação estática é tratada, quando muito, de forma indireta, por fatores empíricos ou verificações pontuais, sem um enquadramento consistente em termos de estado crítico, índice de estado ou curvas tensão-deformação não drenadas derivadas de ensaios apropriados.

O resultado é uma lacuna entre a segurança “calculada” e a segurança “real”, sobretudo em cenários de estresse: eventos extremos de chuva, alterações bruscas de regime de água, reconformações e intervenções de fechamento.

Estrutura técnica centrada em comportamento

Superar essa lacuna exige abandonar a lógica de tipologia e adotar uma estrutura centrada em comportamento. Em vez de perguntar “esta estrutura é uma pilha ou uma barragem?”, a pergunta relevante passa a ser “quais são os estados de tensão, saturação e densidade relativa ao longo do tempo, quais mecanismos de falha são plausíveis e que consequências eles podem gerar?”.

O primeiro pilar dessa estrutura é um modelo geotécnico e hidrogeológico verdadeiramente integrado. Isso implica construir um modelo de domínio que una geologia, fácies de deposição, sequências de alteamento, fundação, sistema de drenagem, regimes de recarga e condições de contorno dinâmicas. Esse modelo pode ser implementado por meio de ferramentas numéricas 2D ou 3D, mas o essencial é que represente explicitamente as heterogeneidades relevantes para poropressão e resistência, em vez de assumir um maciço homogêneo.

O segundo pilar é uma campanha de caracterização orientada a estado crítico e liquefação. Ensaios de laboratório e de campo devem ser definidos com o objetivo de entender o comportamento volumétrico e de resistência em diferentes estados, e não apenas de alimentar tabelas de parâmetros. Ensaios triaxiais drenados e não drenados, monotônicos e cíclicos, conduzidos em amostras que reproduzam as principais fácies de codisposição, permitem mapear a posição do material em relação à linha de estado crítico, estimar índices de estado e avaliar a tendência dilatante ou contrátil em condições relevantes de tensão e densidade.

O terceiro pilar é a avaliação do regime de saturação e poropressão em função do tempo. Isso requer a combinação de modelagem de fluxo e instrumentação de campo, com piezômetros estrategicamente posicionados, monitoramento de nível d’água, medições de deformação superficial e, quando aplicável, monitoramento remoto. O foco deve ser identificar onde se concentram os maiores graus de saturação, quais zonas operam com sucção reduzida, onde há potencial para acúmulo de poropressão e como esses padrões reagem a eventos extremos e a mudanças operacionais.

O quarto pilar é a análise de estabilidade orientada a modos de falha plausíveis. Para além das verificações tradicionais com parâmetros efetivos e superfícies de ruptura “clássicas”, é necessário simular cenários de liquefação estática em zonas críticas, utilizando parâmetros não drenados móveis e curvas tensão-deformação extraídas de ensaios. Em estruturas localizadas em regiões sísmicas, deve-se considerar também a avaliação simplificada ou acoplada da resposta cíclica.

O quinto pilar é o feedback contínuo via monitoramento. Modelos e hipóteses não podem permanecer estáticos; precisam ser confrontados com dados reais, atualizados periodicamente. Isso inclui revisões de modelo após eventos de grande recarga hidráulica, verificação de tendências de poropressão e deformação e redefinição de prioridades de mitigação em função de evidências de campo.

Governança, apetite a risco e a “propriedade” das estruturas híbridas

Mesmo a melhor estrutura técnica tende a falhar se não estiver acoplado a uma governança clara. Estruturas híbridas frequentemente caem em um limbo organizacional. Nem sempre fazem parte do escopo da área de barragens, por serem classificadas como pilhas, nem sempre recebem atenção proporcional ao seu potencial de dano nas matrizes corporativas de risco e raramente estão no radar da alta gestão com a mesma prioridade de uma TSF de alto potencial de consequência.

Uma abordagem madura exige definir, de forma explícita, critérios para identificar pilhas com potencial de comportamento líquido em caso de ruptura. Essas estruturas devem ser integradas ao inventário corporativo de risco com o mesmo rigor aplicado às TSFs, com classificação que considere a probabilidade de falha por liquefação, a mobilidade da massa, a interação com comunidades e infraestrutura e o impacto ambiental associado.

É necessário também atribuir “propriedade” clara dessas estruturas dentro da organização, estabelecer gatilhos objetivos de ação baseados em leituras de instrumentos e ter planos de resposta definidos para cenários de anomalia. Em um contexto de crescente escrutínio por parte de reguladores, investidores e sociedade, não enxergar a zona cinzenta não é neutro; é uma escolha de exposição.

Onde a VinQ se insere: da física da estrutura à decisão de risco

Estruturas híbridas exigem uma leitura combinada de mecânica dos solos em estado crítico, hidrogeologia, modelagem numérica, gestão de risco e governança. O papel da VinQ é conectar esses elementos em uma abordagem de ciclo de vida, que vá da concepção ao pós-fechamento.

Na prática, isso se traduz em diagnósticos de portfólio que identificam, entre dezenas de pilhas, aquelas que efetivamente operam na zona cinzenta e que, portanto, merecem prioridade de investigação e mitigação. Significa construir modelos geotécnicos e hidrogeológicos que enxerguem o interior da estrutura, traduzir resultados de ensaios avançados em parâmetros de projeto orientados a estado crítico, desenhar sistemas de monitoramento que dialogam com os mecanismos de falha plausíveis e estruturar planos de ação proporcionais ao risco real, não apenas ao rótulo cadastral.

Mais do que “cumprir norma” ou “zerar pendências”, a proposta é ajudar as operações a tomarem decisões informadas sobre alocação de capital em mitigação, priorização de intervenções de engenharia, redefinição de estratégias de disposição e fechamento e comunicação com stakeholders.

Em última instância, rótulos não seguram taludes. A física de material fino e alta saturação em estruturas híbridas opera independentemente de classificações administrativas. A diferença entre uma operação exposta e uma operação resiliente está em reconhecer essa realidade, quantificar o risco e agir sobre ele enquanto ainda existe margem de manobra. É exatamente nessa interseção entre comportamento, risco e decisão que a VinQ escolhe atuar.