Análises de Estabilidade e Gestão de Riscos em Sistemas de Disposição de Rejeitos de Minerações de Pequeno Porte

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1 Análises de Estabilidade e Gestão de Riscos em Sistemas de Disposição de Rejeitos de Minerações de Pequeno Porte Cláudio Renato Carnevalli Dias Brumafer Mineração Ltda, Sabará, Minas Gerais, Brasil Romero César Gomes Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, Minas Gerais, Brasil Luís Fernando Martins Ribeiro Universidade de Brasília, Brasília, Distrito Federal, Brasil RESUMO: Este trabalho apresenta e discute os resultados dos estudos da investigação geotécnica e avaliação da estabilidade dos taludes da área de decantação de rejeitos da Brumafer Mineração, propondo uma sistemática de projeto passível de aplicação imediata e generalizada a outros empreendimentos de pequeno porte, na área do Quadrilátero Ferrífero de Minas Gerais. PALAVRAS-CHAVE: Mineração, Rejeitos, Gestão de Riscos, Análises de Estabilidade. 1 INTRODUÇÃO Num conceito geral, a gestão de riscos de um sistema convencional de disposição de rejeitos pode ser entendido como sendo o conjunto de todos os procedimentos de operação, inspeção, monitoramento e quaisquer intervenções efetuadas nos domínios da barragem e do seu reservatório, com o objetivo de garantir a sua segurança e minimizar o seu risco real (COPAM, 2002). O sistema de disposição de rejeitos da Brumafer Mineração Ltda pode ser considerado como um método alternativo de disposição. (Athmer e Pycroft, 1986; Kupper, 1991). Após o beneficiamento do minério, o rejeito é descartado na forma de polpa em um canal de decantação situado a jusante do lançamento. A separação das fases sólida e líquida do rejeito ocorre pela passagem da fase líquida, através de um extravasor, para uma barragem de recirculação de água e a sedimentação da fase sólida no interior do canal de decantação. A fase sólida retirada do canal por meio de escavadeira é carregada e transportada através de caminhões até uma nova área de disposição, onde será empilhada a seco na forma de bancadas ascendentes. Considerando a necessidade de desenvolver mecanismos específicos que garantissem a operacionalidade e segurança do seu sistema de disposição de rejeitos, a Brumafer Mineração Ltda iniciou, em setembro de 2002, o sistema de gestão de riscos da área de decantação de rejeitos. Neste período foram realizados os primeiros ensaios e investigações geotécnicas da área; o que possibilitou fazer uma avaliação preliminar da estabilidade dos taludes. Constatou-se nestes estudos que o talude de jusante da barragem de recirculação de água, localizado na porção sudoeste da área de decantação, possuía coeficiente de segurança relativamente baixo para as condições de operação e necessitava de uma intervenção através da construção de uma estrutura de estabilização. Em 2003, foram executadas análises de sensibilidade dos níveis de segurança dos taludes, com relação à variação do nível freático, devido às condições climáticas e operacionais. Estas análises deram origem as Cartas de Risco, que conjuntamente com o Manual de Inspeção, Manutenção e Operação e o Plano de Ação Emergencial, permitiram a avaliação instantânea dos níveis de segurança e a elaboração de um programa de monitoramento capaz de desencadear os níveis de alerta e emergenciais no caso da detecção de fatores, mecanismos ou feições potencialmente comprometedoras do sistema.

2 2 SISTEMA DE DISPOSIÇÃO DE REJEITOS As áreas pertencentes a Brumafer Mineração Ltda estão situadas no local denominado Serra do Brumado, no município de Caeté, Minas Gerais. No que se refere aos níveis de produção, no período aproximado entre , a produção de granulados oscilou entre e t mensais, atingindo t anuais, para uma capacidade instalada de trtamento da ordem de t/mensais. O processo de beneficiamento do minério de ferro produzido pela empresa é caracterizado pela simplicidade das operações unitárias de beneficiamento (cominuição e classificação por peneiramento a úmido), gerando rejeitos na forma de polpa. Diferentemente dos processos comumente utilizados para o descarte de rejeitos em forma de polpa, isto é, a disposição dos rejeitos em barragens de contenção, os rejeitos da Brumafer são submetidos à decantação em canais, para posterior transporte e disposição da parte sólida, pelo método ascendente, em pilhas com bancadas de 10 m de altura. A decantação dos rejeitos resultantes do processo de beneficiamento é executada alternadamente em dois canais de decantação. Durante a operação, enquanto o rejeito oriundo da planta, na forma de polpa, decanta em um dos canais de decantação, procede-se à limpeza e desassoreamento do outro canal por meio de uma escavadeira. A Figura 1 apresenta uma vista geral da área de decantação dos rejeitos em seu estágio atual. Figura 1.Vista geral da área de decantação de rejeitos 3 CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DOS REJEITOS Como etapa preliminar dos estudos, definiu-se um programa experimental objetivo e sintético visando estabelecer os principais parâmetros geotécnicos dos rejeitos (Gomes et al., 2002) e dos materiais presentes na área de disposição. As investigações geotécnicas da área de decantação dos rejeitos compreenderam a execução de sondagens geotécnicas com medidas de SPT para definição do perfil geotécnico das camadas do rejeito (avaliação do grau de compacidade e do ângulo de atrito do rejeito in situ ) e de sua fundação, a coleta de amostras deformadas e indeformadas para a execução de ensaios geotécnicos de laboratório, a execução dos ensaios geotécnicos de campo e a instalação da instrumentação para controle do nível freático no interior da pilha. O arranjo e o número de sondagens a percussão, com medidas de SPT, foram definidos com base no layout da área de decantação de rejeitos, levando-se em consideração o posicionamento dos taludes principais, o direcionamento preferencial dos fluxos oriundos dos talvegues naturais, a localização dos canais de decantação, da barragem de retorno e dos diques de contenção de sedimentos. Para otimizar a investigação, a área de decantação de rejeitos foi dividida em três porções NW, SW e NE. Em relação aos ensaios de laboratório, foram realizados ensaios de caracterização, índices de vazios máximo e mínimo, análises químicas, e mineralógicas, cisalhamento direto e ensaios triaxiais sob condições adensadas e drenadas. Estes ensaios permitiram estabelecer classes de rejeitos e uma compartimentação da pilha em zonas distintas, associadas a diferentes perfis de distribuições granulométricas, compacidades, teores de ferro e permeabilidades, para diferentes profundidades (Dias, 2005). Adicionalmente, estes estudos preliminares e a a formulação de zonas ou classes de rejeitos no contexto do empilhamento nortearam o planejamento dos ensaios especiais destinados à determinação dos parâmetros de resistência. Estes parâmetros, por sua vez, foram utilizados nas análises da estabilidade dos taludes da área de decantação de rejeitos.

3 A Tabela 1 mostra uma relação quantitativa dos ensaios de laboratório e ensaios de campo realizados para a caracterização geotécnica dos rejeitos e do material da fundação da área de decantação de rejeitos da Brumafer. Tabela 1 Ensaios de Caracterização Geotécnica dos Rejeitos da Brumafer Ensaios de Campo Quantidade Ensaios SPT 23 Ensaios de permeabilidade 21 Ensaios de Laboratório Quantidade Análises Granulométricas 11 Análises Químicas 09 Compacidade Relativa 06 Densidade dos Grãos 11 Compressão Triaxial CD 03 Compressão Triaxial CU 01 Cisalhamento Direto 02 O nível freático adotado em todas as análises de estabilidade foi o correspondente às leituras piezométricas máximas obtidas através das leituras piezométricas efetuadas no período de setembro/2002 a junho/2003. As análises de estabilidade consistiram da avaliação da possibilidade de formação de superfícies de rupturas globais ou localizadas em porções individualizadas dos taludes. A Figura 2 apresenta a análise da estabilidade global do talude para a porção NW da área de decantação de rejeitos. 4 ANÁLISES DE ESTABILIDADE Devido às características específicas dos rejeitos nas diferentes regiões da área de decantação, foram utilizadas basicamente duas combinações de parâmetros de resistência nas análises de estabilidade. Para as análises de estabilidade das porções NW e NE, em função da equivalência dos índices de vazios de campo com os valores de índices de vazios obtidos em laboratório para o estado fofo, foram adotados os parâmetros de resistência obtidos pelos ensaios triaxiais na simulação do estado fofo de compacidade (c = 0,45 kpa e φ = 34,5 ), para um peso específico do rejeito de 20,40 kn/m 3. Nas análises de estabilidade da porção SW, foram utilizados os parâmetros de resistência obtidos pelos ensaios triaxiais simulando as condições de compacidade in situ (e = 0,91) para a região situada entre a barragem de recirculação de água e o dique D-04, ou seja, c = 0 kpa e φ = 31,4 e o peso específico do rejeito de 20,40 kn/m 3. Os parâmetros utilizados para o material da fundação (filito) foram os mesmos para as três porções analisadas. Os parâmetros foram determinados a partir dos ensaios de cisalhamento direto em laboratório, tendo sido adotados os seguintes valores: c = 6,00 kpa, φ = 26 e γ nat = 17,50 kn/m 3. Figura 2. Porção NW/Seção S-01: Análise da estabilidade para a condição de ruptura global do talude entre as cotas 1.064,00 e 1.133,00 m (FS = 1,294). Os coeficientes de segurança encontrados demonstram que não existe a possibilidade de formação de superfícies de ruptura localizada nos taludes da porção NW da pilha, associadas as características geotécnicas dos materiais. Os possíveis riscos de instabilização localizada estão ligados as más condições de drenagem superficial das bermas entre os bancos. Apesar das boas condições de drenagem dos rejeitos, eventos naturais extremos poderiam levar ao acúmulo de água nos bancos e o galgamento deste excesso de água sobre os taludes poderia levar a uma ruptura localizada dos mesmos. Assim, foram tomadas alguns procedimentos corretivos no sentido de se estabelecer de forma sistemática um nivelamento adequado dos bancos e a execução de um sistema de drenagem superficial com canaletas e escadas de dissipação, de forma a controlar o escoamento das águas pluviais e promover a retirada da mesma.

4 As análises de estabilidade da porção SW foram executadas através de duas diferentes seções, sendo avaliadas as possibilidades de formação de mecanismos por ruptura generalizada e por bancadas específicas (Figura 3). Nesta figura, as linhas verticais curtas indicam a posição dos medidores de NA e as linhas verticais contínuas delimitam a massa de material potencialmente instável. Figura 4. Porção NE Seção S-05: trincheira drenante na base do talude. Figura 3. Porção NE/Seção SC03: Análise da estabilidade para a condição de ruptura global do talude (FS = 1,431). Nesta zona, as análises indicaram coeficientes de segurança relativamente baixos para o caso do talude de jusante da barragem de recirculação de água, situada imediatamente abaixo dos lagos de decantação. Assim, uma ruptura do talude de jusante da barragem de recirculação de água de processo, poderia desencadear uma movimentação de material de maiores dimensões, o que levaria a conseqüências ambientais indesejáveis. As análises de estabilidade dos taludes da porção NE foram executadas através de três seções, cujos perfis atravessam os taludes com a crista localizada no nível dos canais de decantação e pé localizado em estrada de acesso adjacente à estrutura. Nestes taludes, mesmo durante a fase de investigações geotécnicas in situ, foram observados pontos de surgência de água ao longo de sua base. A percolação descontrolada do nível freático ao longo da base do talude poderia levar a um processo de piping (erosão regressiva interna) e a sua conseqüente instabilização. Em face destes riscos, procedeu-se de imediato à construção de um dreno periférico na forma de uma trincheira drenante (Figura 4) para promover o controle da linha freática e garantir a estabilização local, fato ratificado pelos resultados das análises de estabilidade posteriormente executadas. Como procedimento complementar, todas as análises precedentes foram retomadas, a partir de análises de sensibilidade. A parametrização aplicada a problemas de estabilidade de taludes consiste na verificação da variação dos coeficientes de segurança dos taludes estudados em relação a variações hipotéticas do nível freático. O objetivo principal das análises de sensibilidade é o de possibilitar a elaboração das chamadas Cartas de Risco para a obra como um todo, compreendendo todos os taludes da mesma. Tal instrumento de controle e monitoramento de uma determinada obra geotécnica permite, em última instância, a definição das regiões potencialmente críticas, a avaliação das condições instantâneas de segurança e o desencadeamento de medidas adequadas de intervenção, no caso da detecção de eventuais problemas. A análise de sensibilidade dos taludes da área de decantação foi realizada de acordo com a mesma sistemática de subdivisão da área total nas mesmas porções e seções utilizadas nas análises prévias de estabilidade. Os valores obtidos no monitoramento das variações de NA na área do depósito, durante o período de setembro/2002 a abril/2003, foram comparados aos valores hipotéticos utilizados nas análises de sensibilidade, para aferição e elaboração das cartas de risco desenvolvidas para cada porção da área em estudo. As Figuras 5 e 6 apresentam, respectivamente, os dados obtidos com algumas das análises de sensibilidade realizadas na porção SW da pilha, para as posições dos níveis freáticos a 9,0 m e a 5,0m da superfície sobre a qual se encontra instalado o medidor de nível d água Pz-02.

5 (ii) procedimentos de controle propostos para cada intervenção; (iii) conseqüências e precauções associadas a cada procedimento adotado; (iv) a indicação do profissional responsável em cada caso. Figura 5. Seção SC-01: Análise da sensibilidade de FS em função da posição da linha freática (indicada pela linha tracejada) - (N.A = 9,0 m ; FS = 1,251). Figura 6. Seção SC-01: Análise da sensibilidade de FS em função da posição da linha freática (indicada pela linha tracejada) - (N.A = 5,0 m ; FS = 1,140). COEFICIENTE DE SEGURANÇA 1,40 1,20 1,00 0,80 CARTA DE RISCO PORÇÃO "SW" 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 LEITURA PIEZOMÉTRICA (m) Pz - 02 Pz - 11 Figura 7. Carta de Risco da Porção SW do depósito de rejeitos da Brumafer Mineração Como etapa final do processo de avaliação do sistema de disposição de rejeitos da Brumafer Mineração, estabeleceu-se, como procedimento complementar e integrante do plano de gestão da disposição de rejeitos da empresa, um conjunto de procedimentos para inspeção, aferição, operação e controle de todas as atividades inerentes ao mesmo, na forma de um Manual de Inspeção, Manutenção e Operação da Área de Decantação de Rejeitos. Esta série de diretrizes foi elaborada na forma de tabelas diversas, segmentadas para cada fase do processo de disposição (Tabela 2), contemplando os seguintes itens: (i) caracterização do tipo e descrição resumida do procedimento operacional; 5 CONCLUSÕES Em se tratando de uma mineração de pequeno porte, a aplicabilidade de um sistema integrado de gestão do sistema de disposição de rejeitos teve que ser adaptado às realidades e características específicas do empreendimento. Em outras palavras, impôs-se a necessidade de se compatibilizar as exigências de segurança e viabilidade ambiental do sistema, face às novas prescrições legais impostas às empresas de mineração do estado de Minas Gerais (COPAM, 2002, 2005), com a realidade da logística e dos recursos financeiros disponíveis. Neste sentido, todo o planejamento, desde a fase de investigação geotécnica até a elaboração das cartas de risco foi governado por estes princípios. Os estudos implementados permitiram aferir de forma adequada as condições de segurança do empreendimento, mediante uma sistemática simples, objetiva e econômica, caracterizando uma metodologia facilmente aplicável a outros empreendimentos de mineração de pequeno e médio porte de Minas Gerais. REFERÊNCIAS Athmer, J.B.E.M. e Pycroft, A.S. (1986). Methods and Results of Quality Control for Hydraulic Placed Sand Fill. 11 th World Dredging Congress, Vol.I, p COPAM (2002). Deliberação Normativa N 0 62 de 17 de dezembro de 2002, Diário do Executivo, Minas Gerais. COPAM (2005). Deliberação Normativa N 0 87 de 17 de junho de 2005, Diário do Executivo, Minas Gerais. Dias, C.R.C. (2005). Gerenciamento de Riscos da Área de Decantação de Rejeitos da Brumafer Mineração Ltda. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto/MG, 130p. Gomes, R.C; Ribeiro, L.F.M; Botelho, A.P.D e Pereira, E.L. (2002). Caracterização Tecnológica de Rejeitos de Mineração em Sistemas de Disposição, X Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia, Ouro Preto/MG, p Kupper, A.M.G. (1991). Design of Hydraulic Fill. PhD Thesis, department of Civil eengineering, Univerity of Alberta, Edmonton, Canada, 525p.

6 Tabela 2. Exemplo de procedimentos definidos no Manual de Inspeção