Análises de estabilidade em 2D são a abordagem mais comum para estruturas geotécnicas no contexto da mineração no Brasil, mesmo sabendo-se que esse tipo de análise pode não representar características do comportamento 3D que, por vezes, são importantes, como variações na geologia, no fluxo d´água etc. A modelagem em 3D permite correlacionar informações de diferentes fontes, aumentando a representatividade e confiabilidade das análises. Este artigo se propõe a apresentar um estudo de caso sobre um modelo 3D de uma pilha de estéril com cerca de 30 anos de existência e localizada a jusante de uma cava com nível de água do lago em recuperação. Os dados disponíveis possibilitaram modelar a fundação, bem como o empilhamento em si, pela correlação de dados de investigações diretas e indiretas, dados de instrumentação hidrológica e informações históricas. O projeto As Is da pilha forneceu informações do comportamento do solo, baseando-se em sondagens SPT, ensaios triaxiais e de infiltração. A análise conjunta da investigação e da geofísica permitiu identificar fluxos preferenciais internos à estrutura, incluindo um ‘bolsão suspenso’. A abordagem 3D deste estudo de caso permitiu a análise da freática da estrutura, correlacionando a geofísica com as leituras dos Indicadores de Nível de Água e sua relação com a estrutura por meio de análises estatísticas e compartimentalização geomecânica, aumentando o entendimento do comportamento da pilha e reiterando a importância do uso de modelo tridimensional.