Sensibilidade a parâmetros reológicos na modelagem de fluxo hiperconcentrado proveniente de rupturas de barragens de rejeitos de mineração

• Autor(a) principal: Malena Lúcia Sousa Freire de Melo
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/55006
• topic: Fluido não-newtoniano; Barragem de rejeito; Propriedades reológicas; HEC-RAS; Análise de sensibilidade; Engenharia sanitária; Recursos hídricos - Desenvolvimento; Reologia; Análise de sensibilidade; Fluídos não-newtonianos; Modelagem de dados; Avaliação de riscos; Barragens de rejeitos - Brumadinho (MG)

O risco de rupturas de barragens de rejeito é relativamente pequeno, mas historicamente tem se mostrado consideravelmente maior que o risco de ruptura de barragens de armazenamento de água. A modelagem de inundações permite o mapeamento dos locais e populações mais vulneráveis para orientar o alerta e evacuação de comunidades potencialmente afetadas. A avaliação da sensibilidade de modelos hidrodinâmicos a parâmetros reológicos visa identificar incertezas nos resultados simulados causadas pela alta variabilidade desses parâmetros, com o propósito de obter mapeamentos mais confiáveis. O novo módulo não-newtoniano do HEC-RAS permite a simulação de escoamento hiperconcentrado e dispõe de quatro modelos reológicos: Bingham, Herschel-Bulkley, Quadratic e Clastic-Grain Flow. Neste estudo busca-se avaliar a influência de parâmetros de reologia de fluidos hiperconcentrados nos resultados da modelagem de inundações decorrentes de rupturas de barragens de rejeitos com o HEC-RAS. Foi utilizada uma abordagem probabilística e desenvolveu-se a automatização das simulações no HEC-RAS por meio de programas em linguagem Python. Os parâmetros reológicos dos modelos de Bingham e Herschel-Bulkley foram definidos como parâmetros de testes e as faixas de valores desses parâmetros foram obtidas com base em revisão de literatura. A amostragem dos parâmetros se deu pelo método Latin Hypercube Sampling (LHS). Foram desenvolvidos dois estudos de caso, sendo o primeiro da barragem fictícia proposta por Zenz e Goldgruber (2013) em estudo promovido pelo ICOLD, onde foi analisado o impacto causado nos resultados. E no segundo, buscou-se a calibração de parâmetros reológicos da modelagem hidrodinâmica a partir de dados de ruptura real. Para tal, foi realizada a modelagem da ruptura da antiga Barragem B1 da Mina do Córrego do Feijão, em Brumadinho-MG, que rompeu em 2019. Os resultados mostraram que no cenário do modelo de Bingham do estudo de caso do ICOLD, o aumento dos valores de concentração volumétrica de sólidos (Cv) e do parâmetro b da curva de tensão de escoamento causou a redução da área inundada e aumento das profundidades máximas. Já no cenário de Herschel-Bulkley, valores maiores de tensão de escoamento também causaram a redução da área e aumento das profundidades. No que tange os resultados de tempo de chegada para profundidade de 0,3 m e 0,61 m, os valores variaram de forma mais significativa na seção de análise mais a jusante (15 km) da barragem. A variação da área inundada nos cenários do ICOLD se deu no alcance da onda de inundação, apresentando pouca variação na largura da mancha. No cenário do estudo de caso de Brumadinho, a calibração da mancha de inundação simulada a partir da mancha observada na ruptura real foi igual a 85,4% segundo Fit metric F. Os tempos de chegada simulados divergiram entre 1 e 3 minutos dos tempos observados nos pontos de interesse. A partir das análises realizadas, infere-se que ainda que outros aspectos da modelagem possam causar influências mais significativas na modelagem, a sensibilidade da modelagem hidrodinâmica aos parâmetros reológicos não pode ser desprezada, uma vez que foram observadas variações significativas em alguns resultados.