Pesquisa da USP ajuda na gestão de risco de pilhas de rejeitos de mineração
Realizado em parceria com a mineradora Vale, o estudo avalia o comportamento hidráulico de minérios e pilhas de rejeitos quando submetidos a variações climáticas, infiltração de água e possibilidade d
O rompimento das barragens de Mariana e Brumadinho, em Minas Gerais, causou centenas de mortes e contaminou com rejeitos a água e o solo de diversos municípios localizados nas bacias do Rio Doce e do Rio Paraopeba, sendo considerados os maiores desastres da mineração brasileira.
A gravidade dos acidentes levou a Agência Nacional de Mineração a proibir a construção de barragens de mineração pelo método de montante e determinou que as barragens existentes passassem por uma descaracterização – processo de desativação da barragem, com a drenagem da água, a compactação dos rejeitos e a estabilização e recuperação da área, de maneira a eliminar o risco de rompimento.
Entre as principais alternativas para as barragens convencionais com reservatório está o empilhamento de rejeito filtrado, no qual o rejeito é desaguado e disposto como aterro, em camadas, com compactação controlada.
“Em termos gerais, tecnologias que reduzem o armazenamento de água e eliminam o lago tendem a reduzir o potencial de rupturas com comportamento de fluxo, liquefação e fluxo, reduzindo a eventual área de inundação. Ou seja, quanto menos água armazenada, melhor, pois reduz a mobilidade em caso de falha. No mundo todo, ainda predomina a disposição convencional, com rejeito úmido. No entanto, cresce a pressão da sociedade para a adoção de soluções com menos água”, explica o professor do Departamento de Geologia Ambiental e Aplicada do Instituto de Geociências (IGc), Fernando Marinho, que há 30 anos desenvolve estudos sobre a retenção de água em solos, o comportamento de rejeitos de mineração e fluxo em meios porosos.
Para o pesquisador, a comparação adequada entre as diferentes técnicas de armazenamento de rejeitos deve ser feita baseada no risco. “No Brasil, após 2019, houve aceleração de estratégias para reduzir dependência de barragens, com investimentos relevantes em filtragem e empilhamento de rejeitos. Entretanto, é importante esclarecer que os empilhamentos compactados não são isentos de risco. A técnica exige controle de umidade, compactação, estabilidade global, controle de erosão, poeira e gestão de água superficial.”
Desde 2022, Marinho está à frente do projeto Avaliação da retenção de água em rejeitos filtrados por meio de colunas instrumentadas, realizado em parceria com a mineradora Vale. O objetivo central da pesquisa é estudar o comportamento dos rejeitos por meio de colunas instrumentadas, concebidas para reproduzir, em escala controlada, os processos hidrológicos relevantes em pilhas de rejeitos filtrados. Essa abordagem permite compreender melhor o comportamento hidráulico das pilhas –a evolução de umidade, drenagem e resposta à infiltração – e elaborar previsões para o comportamento por meio de análises numéricas de fluxo, calibradas a partir de dados experimentais.
O valor do projeto está em aproximadamente R$ 4 milhões e inclui a aquisição de equipamentos, a concessão de bolsas de estudo e o desenvolvimento de técnicas e instrumentos.
A pesquisa avalia e quantifica a retenção e infiltração de umidade, tanto em rejeitos filtrados quanto no minério de ferro, e tem contribuído para a transição para o modelo de armazenamento de rejeitos com menos água, reduzindo as incertezas hidrogeotécnicas em empilhamentos e fornecendo parâmetros, métodos e evidências para as decisões de engenharia e gestão de risco.
Comportamento hidráulico de rejeitos e minérios
A primeira fase da pesquisa foi marcada pela construção de um sistema de colunas de rejeitos filtrados, concebido para reproduzir, em escala controlada, o comportamento hidráulico dos rejeitos filtrados compactados ao longo do tempo, sob condições semelhantes às do campo.
A infraestrutura possui capacidade para montar até três colunas independentes de 5 metros de altura, operando em paralelo. Cada coluna é segmentada em módulos, o que viabiliza a preparação e a compactação controlada do material em etapas e a instalação da instrumentação em níveis predefinidos ao longo da altura. A instrumentação de cada coluna inclui sensores para monitorar aspectos como o teor de umidade, sucção e temperatura. Na base, há um sistema de controle de drenagem, que permite regular a saída de água, estabelecendo cenários como drenagem livre ou controlada, conforme o protocolo do ensaio. No topo, há um conjunto que permite impor evaporação e infiltração, de modo a simular condições climáticas e sequências de eventos, como períodos secos seguidos de chuvas.
As colunas foram monitoradas por um período de 18 meses e os dados foram utilizados para construção de modelos matemáticos de previsão de comportamento de pilhas de rejeitos filtrados de ferro ao longo do tempo, quando submetidas a variações climáticas, infiltração de água e possíveis problemas de liquefação.
Atualmente, parte do estudo está sendo desenvolvida pela mineradora Vale, compreendendo um número maior de colunas e sensores para esse monitoramento.
Após a consolidação dessa base experimental e de modelagem, a pesquisa avançou para uma segunda etapa, ampliando as possibilidades de pesquisas e abordando aspectos como modelagem da dinâmica da água no empilhamento e o uso de polímeros superabsorventes como recurso para captura de água em minério de ferro.
Um aspecto especialmente promissor é o de retenção de água no minério de ferro e seu comportamento, em termos hidráulicos e mecânicos, ao longo das etapas críticas da cadeia logística – empilhamento e estocagem em pátios, carregamento e transporte marítimo –, com ênfase no controle operacional da umidade e da estabilidade do minério para reduzir riscos.
O estudo vem sendo desenvolvido pela aluna de doutorado Talita Menegaz, que atualmente está realizando um estágio como pesquisadora visitante na Universidade de Hong Kong para a realização de novos ensaios e ampliação da base experimental. O objetivo é reforçar a robustez dos parâmetros hidráulicos e mecânicos, de modo a transformar os resultados em critérios práticos para aceitação, manuseio, estocagem e expedição do minério de ferro com controle efetivo de umidade e mitigação de risco durante o transporte marítimo.
“Esses estudos têm potencial para reduzir custos logísticos da mineração brasileira, acelerar o embarque e desembarque nos portos e ampliar a exportação de minério de ferro, tornando a logística de escoamento do produto mais eficiente e competitiva”, avalia Talita.
Reconhecimento
A importância da pesquisa desenvolvida pelo grupo de Marinho foi reconhecida na primeira edição do Prêmio Inovação Geotécnica de Mineração Prof. Carlos de Sousa Pinto, concedido pela Diretoria de Geotecnia da Vale.
O pesquisador Yuri Gouvêa Corrêa foi agraciado com a terceira colocação na classificação geral e a doutoranda Talita Menegaz foi agraciada na categoria especial Impacto Prático para a Mineração.
“Essa premiação representa um reconhecimento institucional, com relevância tanto para a USP quanto para a geotecnia de mineração brasileira, por evidenciar e valorizar a formação de profissionais, estimular a pesquisa aplicada, gerar soluções com impacto prático para a mineração e consolidar métodos que sustentam boas práticas”, afirma Marinho.
O docente reforça que “é o reconhecimento externo da relevância prática das linhas de pesquisa desenvolvidas, além de consolidar a cooperação entre Universidade e empresas como mecanismo efetivo de geração de conhecimento, formação de alunos e fortalecimento de grupos de pesquisa com inserção nacional e capacidade de transferência tecnológica”.
O prêmio destaca as pesquisas de excelência técnica e acadêmica na área de geotecnia, desenvolvidas em parceria com a mineradora Vale. Nesta primeira edição, foram inscritos 94 trabalhos, sendo 70 artigos. Os trabalhos foram avaliados por uma banca composta de especialistas da Vale e de universidades estrangeiras.
A cerimônia de entrega foi realizada no dia 10 de dezembro de 2025, em Carajás (PA).
Matéria: Erika Yamamoto | Jornal da USP.