Novo modelo prevê distância de rompimento de barragens de rejeito

Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Jiangxi, na China, desenvolveram um novo modelo para prever a distância que os rejeitos percorrem quando uma barragem de mineração se rompe. O estudo foi publicado na revista Scientific Reports e assinado por Wulong Liu, Jianping Pan, Yuhong Xie, Xuebin Zhang e Yuwei Wen.

O trabalho é relevante para o Brasil, que viveu duas das maiores tragédias do tipo no mundo — os rompimentos das barragens de Fundão, em Mariana (2015), e da mina do Córrego do Feijão, em Brumadinho (2019). Saber até onde o material pode chegar é essencial para definir áreas de risco, planejar rotas de fuga e dimensionar estruturas de contenção.

O problema que a pesquisa resolve

Prever a distância de alcance dos rejeitos é um dos maiores desafios da segurança de barragens. Os métodos existentes se dividem em três grupos.

O primeiro são as fórmulas empíricas, baseadas em estatística de casos anteriores. O segundo são as simulações numéricas complexas, que reproduzem o movimento do material, mas exigem muitos dados e alto poder de computação. O terceiro são os modelos analíticos simplificados, que buscam equilíbrio entre simplicidade e base física.

Segundo os autores, faltava um modelo que combinasse mecanismo físico claro com praticidade de engenharia. É aí que entra a proposta da pesquisa.

Como o modelo funciona

A ideia central é dividir o movimento do material em duas etapas: aceleração e desaceleração. Na primeira, o material desce a encosta ganhando velocidade. Na segunda, percorre a área plana até parar.

Os pesquisadores introduziram dois coeficientes de desintegração, chamados de λ₁ e λ₂. Eles medem quanta massa se perde durante o movimento, conforme o material vai se fragmentando e se depositando pelo caminho.

Essa perda de massa é o ponto-chave. Modelos antigos tratavam o deslizamento como um bloco rígido que não se desfaz. Na realidade, o material se espalha, parte fica pelo caminho e só o restante segue adiante. Ignorar isso faz o modelo errar para menos.

O cálculo também usa o ângulo de atrito residual — uma medida da resistência do rejeito depois que ele já foi cisalhado e perdeu parte da coesão. Esse parâmetro foi determinado a partir de ensaios de cisalhamento direto repetidos, com amostras de rejeito coletadas em Ganzhou, na China.

Os ensaios de laboratório

Para calibrar os coeficientes, os pesquisadores montaram um canaleta de metal com inclinação ajustável, de 20° a 45°. A parte inclinada tem 2 metros, e a horizontal, 1,5 metro. O rejeito foi solto do topo e o material depositado foi medido ao final.

Os testes foram repetidos para seis inclinações diferentes e dois volumes de material. Depois, os mesmos cenários foram reproduzidos em simulação numérica com o software PFC2D, que modela o comportamento de partículas.

O resultado mostrou uma relação clara: quanto maior a inclinação, menor a desintegração. Em 20°, o coeficiente λ₁ ficou em 57,14%. Em 45°, caiu para 29,39%. Ou seja, em encostas mais íngremes, o material desce tão rápido que chega à base antes de se desintegrar completamente.

A validação com um caso real

O modelo foi testado no rompimento da barragem de rejeitos da mina de ouro de Zhen'an, na província de Shaanxi, China. O acidente aconteceu em 30 de abril de 2006, quando a barragem atingiu 54 metros de altura durante a sexta etapa de alteamento.

O modelo calculou uma distância de 870,34 metros. A distância real medida por imagens de satélite foi de 659,45 metros. A diferença é de 210,89 metros, ou seja, o modelo superestimou o alcance em 32%.

Os autores explicam o erro: o cálculo considera que o material desliza sem restrição lateral. Na realidade, ele corre por uma ravina e sofre atrito com as encostas dos dois lados. Quando sai para o terreno aberto, se espalha e perde energia. Tudo isso reduz a distância final.

Como o modelo se compara a outros métodos

A pesquisa comparou quatro abordagens para o mesmo caso.

A simulação numérica SPH previu cerca de 400 metros, errando 39,3% para menos. A equação de regressão empírica previu 588,84 metros, com erro de 10,7% para menos — foi a mais precisa. O modelo de bloco rígido previu 433 metros, errando 34,3% para menos.

O modelo de desintegração progressiva, proposto no estudo, foi o único que errou para mais. E os autores veem isso como uma característica, não como defeito.

Em segurança de barragens, superestimar a distância de alcance significa adotar margem de segurança maior. Se o modelo diz que o rejeito pode chegar a 870 metros, mas chega a 659, a área de proteção será mais ampla do que o necessário. É conservador, mas protege vidas.

O que a análise de sensibilidade revelou

Os pesquisadores fizeram uma análise global de sensibilidade, variando cada parâmetro em ±50% para ver qual deles mais afeta o resultado.

O ângulo de atrito residual foi o mais influente, seguido pelo ângulo da rampa de desaceleração e pelo coeficiente de desintegração λ₁. A altura da zona de aceleração e o ângulo da encosta tiveram influência menor.

Um dado chamou atenção: apenas 35,96% da variação do resultado vem de cada parâmetro isolado. Os outros 64,04% vêm das interações entre eles. Isso significa que não adianta ajustar um parâmetro só. Eles precisam ser analisados em conjunto.

Para a prática de engenharia, a conclusão é direta: na investigação de campo, é preciso dar prioridade à medição precisa do ângulo de atrito residual, do ângulo da rampa de desaceleração e do coeficiente de desintegração.

Limitações do estudo

Os próprios autores listam as limitações. O modelo assume que a superfície de deslizamento é reta, o que só vale para terrenos regulares. Assume também que a desintegração é uniforme, baseada em ensaios específicos de laboratório. Não considera o confinamento lateral do terreno. E foi validado com apenas um caso real.

Como próximos passos, a equipe pretende introduzir fatores de correção para o relevo, usar simulações mais refinadas e testar o modelo em outros casos de rompimento.

Por que isso importa

O Brasil tem centenas de barragens de rejeito, muitas em áreas próximas a comunidades. Um modelo rápido e de baixo custo computacional pode ajudar órgãos fiscalizadores e empresas a estimar áreas de risco sem depender de simulações caras e demoradas.

O estudo deixa claro que o modelo não substitui métodos mais precisos. Ele serve para avaliação preliminar, quando não há dados detalhados nem tempo para simulações complexas.

Se você atua em mineração, defesa civil ou licenciamento ambiental, vale conhecer esse tipo de modelo para avaliações preliminares de risco. Mas atenção: os próprios autores recomendam usar o método em conjunto com outras ferramentas, como simulações numéricas e equações empíricas, e nunca de forma isolada. Para consultar o estudo completo, acesse a Scientific Reports e busque pelo DOI 10.1038/s41598-026-71253-3.