Alternativas de simulação de rompimento de barragem de rejeitos no software HEC-RAS : uma análise comparativa

Abstract

O setor de exploração mineral é um relevante setor da economia brasileira, ao qual está atrelada uma expressiva geração de resíduos, que são comumente dispostos em barramentos. Acidentes e incidentes envolvendo estas estruturas possuem potencial impacto ao vale de jusante, podendo causar perdas econômicas, sociais e ambientais. Nesse sentido, faz-se relevante o estudo dos impactos de eventuais rompimentos através de modelagens hidrodinâmicas. Estas modelagens são usualmente realizadas para barragens de água, ou seja: realizam a propagação de fluido com características Newtonianas. Entretanto, o material contido no reservatório de uma barragem de rejeitos não é um fluido Newtoniano, por não ser água pura e conter partículas em suspensão, caracterizando-se como fluido hiperconcentrado. Portanto, faz-se necessária a adaptação das metodologias tradicionais de simulação, a fim de que os resultados das modelagens sejam coerentes com a realidade. Nesse contexto, este trabalho buscou avaliar comparativamente diferentes metodologias para simulação do rompimento de uma barragem de rejeitos, com propagação de fluidos hiperconcentrados, através de simulações hidrodinâmicas 2D no software HEC-RAS 6.2. Foram simulados cinco cenários: o primeiro, é a propagação típica de água, com cenário Newtoniano; o segundo e terceiro são baseados no aumento do coeficiente de Manning no vale de jusante para compensar características de fluidos não-newtonianos; e os cenários quatro e cinco correspondem à duas simulações que consideram o comportamento não- newtoniano do fluido como plástico de Bingham, com diferentes dados de entrada. Como resultados, foram obtidas manchas de inundação extremamente semelhantes entre si, provavelmente pela região simulada se tratar de um vale encaixado, entretanto os parâmetros de velocidades, profundidades máximas e tempo de chegada divergem – sendo mais próximos entres si nos cenários 1, 4 e 5. Além disso, os cenários 2 e 3, que correspondem ao aumento do coeficiente de Manning, apresentaram resultados de velocidades menores e tempos de chegada maiores, o que pode ser prejudicial em estudos cuja finalidade é a elaboração de Planos de Ação de Emergência, uma vez que, para definição da Zona de Auto-Salvamento variáveis como as velocidades e tempos de chegada do escoamento são fundamentais.

The mineral exploration sector is a relevant actor in the brazilian economy, which is related to an expressive generation of waste, which are commonly deposed in dams. Accidents occurring with these structures have the pottential to impact the donwstream valley, causing econominal, social and environmental losses. Therefore, the study of the dam break impacts trhought hydrodinamic modeling is relevant. These models are usually made for water dams so they propagate the fluids with Newtonian characteristics. However, the content of tailings dams is not a Newtonian fluid, as it is not pure water and contains suspension particles, characterizing it as a hyperconcentrated fluid. Therefore, it is necessary to adapt these traditional simulation methodologies so that the results of these models are coherent with reality. In this context, this work sought to comparatively evaluate different methodologies for simulating the failure of a tailings dam, with propagation of hyperconcentrated fluids, through 2D hydrodynamic simulations in the HEC-RAS 6.2 software. Five scenarios were simulated: the first is the typical propagation of water, with a Newtonian scenario; the second and third are based on increasing the Manning coefficient in the downstream valley to compensate for characteristics of nonNewtonian fluids and scenarios four and five correspond to two simulations that consider the non-Newtonian behavior of the fluid as a Bingham plastic, with different input data. As a result, extremely similar flood areas were obtained, probably due to the valley characteristics from the simulated area. However the parameters of speeds, maximum depths and arrival time diverge - being closer to each other in scenarios 1, 4 and 5. In addition, scenarios 2 and 3, which correspond to the increase in Manning's coefficient, presented results of lower speeds and longer arrival times, which can be harmful in studies whose purpose is the elaboration of Emergency Action Plans, since, for the definition of the Self-Rescue Zone, variables such as the speeds and arrival times of the flow are fundamental.