SEMINÁRIO DA REDE DE P&D&I
EM CARVÃO MINERAL
Projeto: Modelagem de Coberturas Secas em Rejeitos de Carvão
Grupo 25
Anderson Borghetti Soares
Vicente Paulo de Souza
Mario Valente Possa
Paulo Sérgio Moreira Soares
Porto Alegre ‐ RS, g ,
13 a 15 de abril de 2010.
1 Modelagem numérica
O b je t ivo s
Proposta de cobertura para aplicação em rejeitos (sem arealização de experimentos‐ bidimensional);realização de experimentos bidimensional);
Modelagem numérica (geotécnica) para avaliação do balançog (g ) p ç çhídrico de coberturas secas em sistemas do tipo rejeito ‐ cobertura;
Avaliar o uso de materiais da região carbonífera do estado deSanta Catarina como material de cobertura; e
Obter resultados que auxiliem no desenvolvimento de soluções deengenharia que conduzam à redução dos impactos ambientais
d lcausados pela DAM na região.
1 Modelagem numérica
Metodologia
Etapa 1 ‐ Seleção, amostragem e caracterização tecnológica dos materiais de cobertura
Etapa 2 ‐Modelagem numérica dos sistemas de cobertura
Etapa 3 – avaliações e interpretações
1 Modelagem numérica
Cobertura/rejeitos coletados em uma área de mineração e
Materiais estudados
empregados na Unidade Piloto CETEM / CCSA (em operação:Forquilhinha – SC)Características das instalações da CCSA (Forquilhinha):
Produção anual de rejeitos (CCSA) ‐ 2,8 x 106 t/anoBeneficiamento ‐ rejeitos grosso (D<1”) e fino (D<1mm)
BACIAS DE DECANTAÇÃO: REJEITOS FINOS
DEPÓSITO DE REJEITOSGROSSOS
UNIDADE PILOTO
A Unidade Piloto (UP)1 Modelagem numérica
� Projeto FINEP 0984/02 (convênio nº01.02.0167.00 ‐ CCSA e CETEM)
A Unidade Piloto (UP)
Aterro (células ), Laboratório , Estação meteorológica
Borghetti Soares et al., 2007, 2009, 2010; Souza et al., 2009, 2008; Soares et al., 2007
Modelos da UP1 Modelagem numérica
Modelos da UP
Balanço Hídrico (BH)
Precipitações ‐ pluviometria Umidade nas camadas ‐ sensores
P l ã /E fi i l l E ã t ã t ló iPercolação/Esc. superficial ‐ volumes Evaporação: estação meteorológica
A t t i ã t ló i 1 Modelagem numérica
Am os tra gem e c a ra c te riz a ç ão te c no lóg ic a
Amostragem
Coleta de material disponível na região (“argila vermelha”)
Amostragem
Ensaios laboratório Caracterização geotécnica
Condutividade hidráulica saturadaCondutividade hidráulica saturada
Compactação
Difração de raios X (mineralógica)Difração de raios X (mineralógica)
Curva característica
Parâmetros Alimentar software de balanço hídrico
(VADOSE)
Caracterização tecnológica1 Modelagem numérica
Caracterização tecnológicaCaracterização geotécnica Curva de compactação
Argila Vermelha
Condutividade hidráulica (permeabilidade) saturada
Parâmetros geotécnicos/climáticos1 Modelagem numérica
P a râm e tro s ge o té c n ic o s /c l im á tic o s
Ensaios de campo: curva característica, velocidade de infiltração,densidade aparente seca
Parâmetros geotécnicos in situ mais confiáveis estrutura “real”(macroporos, canais ‐ insetos)
Grumos Canais
Condições climáticas: precipitações/evaporação (Estação Meteor.)
Parâmetros geotécnicos/climáticos1 Modelagem numérica
P a râm e tro s ge o té c n ic o s /c l im á tic o s
Densidade ap. seca (frasco de areia)
Amostra Densidade (g/cm³)
Rejeito grosso 1,35
Rejeito grosso (duplicata) 1,35
Densidades dos materiaisSolo vegetal - célula 3 1,29
Solo vegetal - célula 3 (duplicata)
1,35
Solo vegetal - célula 4 1 27Solo vegetal - célula 4 1,27
Solo vegetal - célula 4 (duplicata)
1,48
1 Modelagem numérica
P a râm e tro s ge o té c n ic o s /c l im á tic o s
VI (Infiltrômetro de anel duplo)( f p )
VI x tempoVI x tempo
Parâmetros geotécnicos/climáticos1 Modelagem numérica
Parâmetros geotécnicos/climáticos
Evaporação potencial (Tanque p ç p ( qClasse A)
D d
Máxima Mínima RH RH Vento
Data Temperatura Temperatura Máximo MínimoVelocidad
e Chuva01/01/2008 1 24 57 23 91 92 42 67 60 0 0Dados 01/01/2008 1 24,57 23,91 92,42 67,60 0 002/01/2008 2 25,66 24,96 91,15 65,02 0,82 0,803/01/2008 3 25,78 24,96 87,02 56,96 1,37 504/01/2008 4 24,01 24,87 87,24 57,10 1,31 505/01/2008 5 24,66 24,21 92,98 75,94 1,45 1,406/01/2008 6 21,09 20,80 100,00 90,50 0,93 28,407/01/2008 7 22,60 21,94 86,10 58,75 0,49 007/01/2008 7 22,60 21,94 86,10 58,75 0,49 008/01/2008 8 24,60 23,89 80,19 48,02 0,99 009/01/2008 9 24,73 24,02 76,35 46,58 2,14 010/01/2008 10 26,85 26,03 78,36 45,21 0,73 311/01/2008 11 24,08 23,19 92,40 59,52 0,34 1,412/01/2008 12 22,49 22,07 88,46 64,35 0,85 22,613/01/2008 13 22,76 22,31 81,69 45,58 0,23 0, , , , ,14/01/2008 14 24,41 23,86 91,31 56,50 0,41 0,2
1 Modelagem numérica
Mode la gem ge o té c n ic a
Modelagem numérica BH: coberturas da UP (resultados experimentais x
g g
Modelagem numérica BH: coberturas da UP (resultados experimentais xnuméricos)
Modelagens numéricas unidimensional (BH)Modelagens numéricas unidimensional (BH)
Modelagens numéricas bidimensional do fluxo de águag f g
Modelagem geotécnica/UP1 Modelagem numérica
Mode la gem ge o té c n ic a /U PPor que modelar? Simulação matemática do mecanismo de fluxo de
água (equação não linear) ‐ balanço hídrico
Vantagens modelo numérico: Resultados rápidos, sem limitaçõest ti lt d õ i d d d di õ dconstrutivas, resultados por seções, variedade de casos, condições de
contorno etc (Obs.: modelo experimental
resultados lidos “NÃO TEM PREÇO...”)Ç
Passo inicial: aprendizado do modelo ‐ Vadose(Geoslope)
Aprendizado: Modelagem BH célula 1 (s/ cobertura) x célula 4(barreira capilar dupla)
Modelo numérico: Definição de malhas, condições de contorno,intervalo de tempo, parâmetros de entradap , p
Modelagem geotécnica da UP1 Modelagem numérica
Mode la gem ge o té c n ic a da U P
Precipitações UP (Jan 2008)
Modelagem numérica - balanço hídricoPeríodo: Janeiro 2008
10
Modelagem numérica - balanço hídrico barreira capilar dupla Período: Janeiro 2008
Argila
Solo orgânico
Condição de contorno climática10
3 4567 8910
Período: Janeiro 2008
impermeávelimpermeável
Condição de contorno climática
Ele
vaçã
o (m
)
6
7
8
9
Rejeito misturado
Cinzas
ç
impermeável
impermeávelEle
vaçã
o (m
)
6
7
8
9
1 2Drenagem
Distância (m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
5Rejeito grossodrenagem
Distância (m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
5
6
Rejeito s/ cobertura Rejeito c/ barreira capilar duplaRejeito s/ cobertura Rejeito c/ barreira capilar dupla
Modelagem geotécnica da UP1 Modelagem numérica
Modelagem geotécnica da UP(a) (b)
Perfis sucção x t x z (a) s/cobert (b) barreira capilar duplaPerfis sucção x t x z: (a) s/cobert. (b) barreira capilar dupla
(a) (b)
Balanço hídrico: (a) s/cobert. (b) barreira capilar dupla
M d l té i d UP1 Modelagem numérica
Modelagem geotécnica da UP(a) (b)
Perfis umidade x t x z: (a) s/cobert. (b) barreira capilar dupla
Saturação argila (>85%)
R lt d i t i t i1 Modelagem numérica
R e s u ltado s p re v is to s x e x pe rim e n ta isResultados balanço hídrico campo x modelagem
Parcelas Pc – precipitação Es – “runoff “
.......(1)Evt)......(E∆wPP sec ++=−
p p ç ff
Evt ‐ evapotranspiração Δw ‐ água armazenada
Pe ‐ percolaçãop ç
(Litros)Célula 1 Célula 2 Célula 3 Célula 4
1.Total percolado 97337,76 27635,74 611,99 13132,02
2. Total Precipitado 294085,32 254194,30 337288,88 556472,88
3. Escoamento superficial 62174,89 61908,86 80791,09 83000,23
4. Evaporação 126133,13
152673,1 231202,75 418402,98
5. Retido 8439,53 11976,63 24683,05 41937,66
balanço hídrico (dados experimentais): 14/10/07 a 22/05/2009
1 Modelagem numérica
Mode la ge n s un i e b id im e ns iona l
Modelagens unidimensionais (argila empresa x argila vermelha)
Barreira capilar dupla
Barreira capilar sem cinzas ‐ camada inferior
Argila assentada sobre rejeito misturado (40 cm)
Modelagens bidimensionais
Seção real depósito de rejeito (3) coberturas selecionadas
C l d li i i ã2 Ensaios de laboratório
� Estudar a cinética da oxidação do rejeito do beneficiamento do
Colunas de lixiviação
carvão, considerando 2 modelos em colunas de lixiviação
(1) sem cobertura;
(2) b t il(2) cobertura com argilas
Coletar regularmente dados de sucção umidade e temperaturaColetar regularmente dados de sucção, umidade e temperaturanas camadas (aquisição automática)
Coletar amostras de efluente e analisar as espécies químicasdissolvidas e dados fisico‐químicos
2 Ensaios de laboratório
T raba lho s re a liz ado s
Projeto e confecção das colunas de lixiviaçãoProjeto e confecção das colunas de lixiviação
Amostragem e caracterização de materiais (rejeito/cobertura)
Saturação/calibração sensoresç / ç
Preparação das amostras (solo/rejeito) para disposição nascolunas
Colocação dos materiais nas colunas
Colocação dos sensores e teste iniciais da instrumentação
Ensaios de laboratório
Análises de dados
ConclusõesConclusões
As modelagens numéricas (unidimensionais e bidimensionais) servirãoAs modelagens numéricas (unidimensionais e bidimensionais) servirãopara avaliar o BH de coberturas secas em sistemas rejeito‐cobertura daregião de estudo.
Novos materiais foram coletados e caracterizados (argila vermelha)
Os resultados das simulações do balanço hídrico das coberturasprojetadas na UP estão sendo comparados com os dados experimentais
Os resultados do projeto servirão de base para execução de projetos deengenharia futuros (coberturas de rejeitos de carvão da região)
A determinação da taxa de oxidação do rejeito no local de estudo seráobtida com auxílio do experimento de colunas de lixiviação
Recursos utilizados (Rede Carvão) Recursos utilizados (Rede Carvão)
Tensiômetros (12)
Sensores de umidade (7)
Sensores de temperatura (7)
Data loggerData logger
Medidor manual TDR (1)
Medidor manual tensiômetro (1)
Laptop (1)
d ( l lh )Ensaios de caracterização (argila vermelha)
AgradecimentosgCarbonífera Criciúma S.A.
d ãRede Carvão
Obrigado!Obrigado!Anderson Borghetti Soares (CETEM) e-mail: [email protected] ( )
Vicente Paulo de Souza (CETEM) e-mail: [email protected]
Mario Valente Possa (CETEM) e-mail: [email protected]
Paulo Sérgio Moreira Soares (CETEM) e mail: psoares@cetem gov brPaulo Sérgio Moreira Soares (CETEM) e-mail: [email protected]
Marcus Vinícius Silva (CETEM) e-mail: [email protected]