Os Taludes da Mineração: Importância e Riscos

Transcrição

1 B V P E N G E N H A R I A Workshop II Geotecnia e Hidrogeologia Aplicadas à Mineração Os Taludes da Mineração: Importância e Riscos Sérgio Brito

2 O COMPONENTE PRINCIPAL DE UMA MINA A CÉU ABERTO É O SEU TALUDE. A GEOLOGIA DA JAZIDA DEFINE A EXTENSÃO E A POSSÍVEL PROFUNDIDADE QUE PODE TER UMA CAVA. A GEOTECNIA DEFINE COM QUE INCLINAÇÃO UM TALUDE PODE SER ESCAVADO.

3 IMPACTOS DAS RUPTURAS DE TALUDES PODEM CAUSAR: SEGURANÇA / FATORES SOCIAIS -Perda de vidas/invalidez. -Perda de ganho para os trabalhadores. -Perda de confiança dos trabalhadores. -Perda de credibilidade da corporação tanto externamente como com os acionistas. FATORES ECONÔMICOS -Interrupção das operações. -Perda de minério. -Perda de equipamento. -Aumento de remoção de estéril. -Custo adicional de limpeza. -Perda de mercado. FATORES AMBIENTAIS E REGULATÓRIOS -Impacto ambiental. -Aumento do rigor dos regulamentos. -Impacto no fechamento da mina.

4 MESMO COM OS GRANDES AVANÇOS DA ENGENHARIA DE TALUDES, PRINCIPALMENTE DEPOIS DOS ANOS 70, VÁRIOS CASOS DE RUPTURA GLOBAL DE TALUDES OCORRERAM NOS ÚLTIMOS ANOS COM IMPORTANTES PERDAS DE VIDA E DE EQUIPAMENTOS. O BRASIL TEVE TAMBÉM VÁRIOS ACIDENTES FATAIS SE BEM QUE AS GRANDES RUPTURAS SÃO AS QUE CHAMAM MAIS A ATENÇÃO, FREQUENTEMENTE SÃO AS PEQUENAS, QUEDAS DE BLOCOS NA ESCALA DAS BANCADAS, QUE CAUSAM A MAIOR PARTE DAS MORTES.

5 DEFORMAÇÕES DE TALUDES Descarregamento. (Detectado por instrumentos, não visível claramente, linear, não leva necessariamente à ruptura ) Movimento. Primeiras evidências de instabilidade. (Trincas, estufamento do pé.) pode ser controlado por monitoramento. E pode parar devido a mudanças na geometria do talude, drenagem. Não havendo nenhuma intervenção, pode evoluir para ruptura. Ruptura. Um talude pode ser considerado como tendo rompido quando o deslocamento atingiu um valor em que não é mais seguro trabalhar ou operar nele. Diferença entre ruptura e colapso. Queda de rochas. Fragmentos ou blocos de rocha se desprendem do talude e caem nas partes inferiores. Pode ser indicativo de movimentos maiores. Defeito de projeto ou de execução, como detonação e deficiência no abatimento de choco. Desagregação do talude.

6 DEFORMAÇÕES DE TALUDES -TODOS OS TALUDES SE DEFORMAM -MUITOS TALUDES SOFREM TRINCAS E RACHADURAS -POUCOS TALUTES ROMPEM

7 FENDA

8 EM UM MOMENTO DE GRANDE ACELERAÇÃO DOS MOVIMENTOS - RETALUDAMENTO

9 TOMBAMENTO FLEXURAL OBSERVADO NA PARTE INFERIOR DO TALUDE

10 PROVÁVEL MECANISMO DE DEFORMAÇÃO NOVO RETALUDAMENTO

11 COMPONENTES BÁSICOS DE UM TALUDE: -ALTURA - JÁ ALCANÇA HOJE 1.000m -INCLINAÇÃO DEPENDE DO MATERIAL. É A RESPONSABILIDAADE DA GEOTECNIA EXISTE UMA RELAÇÃO INVERSA ENTRE ESTES DOIS PARÂMETROS: TALUDES MAIS ALTOS EM GERAL EXIGEM ÂNGULOS MAIS SUAVES

12 QUASE TODOS OS TALUDES SÃO CONSTRUÍDOS COM BERMAS: -AJUDAM A ESTABILIDADE. -SEGURAM BLOCOS QUE SE SOLTAM. -FACILITAM A DRENAGEM. ALÉM DAS BERMAS, OS TALUDES SÃO TAMBÉM CORTADOS PELAS RAMPAS DE ACESSO.

13 EXISTEM TRÊS INCLINAÇÕES QUE COMPÕEM UM TALUDE. Berma Rampa Ângulo de Face Berma Ângulo Inter-rampa Rampa TRÊS ESCALAS DE ESTUDOS Ângulo Global

14 O DIMENSIONAMENTO DE UM TALUDE, BASICAMENTE A DEFINIÇÃO DAS SUAS TRÊS INCLINAÇÕES, FOI DURANTE MUITOS ANOS FEITO COM BASE NA EXPERIÊNCIA. HOJE SE BASEIA EM: -GEOLOGIA DE ENGENHARIA E HIDROGEOLOGIA. -MECÂNICA DOS SOLOS. -MECÂNICA DAS ROCHAS

15 A DEFINIÇÃO DA INCLINAÇÃO DE UM TALUDE É UMA DISPUTA ENTRE SEGURANÇA E ECONOMIA. A SEGURANÇA EXIGE TALUDES SUAVES E ÍNTEGROS. A ECONOMIA EXIGE TALUDES ÍNGREMES A ARTE DO PROJETO DE TALUDES É ENCONTRAR O PONTO DE EQUILÍBRIO ENTRE ESTAS DUAS DEMANDAS.

16 No ano de 1974, Evert Hoek e John Bray publicaram o livro Rock Slope Engineering (RSE) que foi objeto de uma série de edições adicionais como esta de Este livro se tornou a principal ferramenta para o dimensionamento dos taludes de nossas minas por vários anos. Seus conceitos muito bem apresentados e seus procedimentos extremamente práticos e amigáveis garantiram seu sucesso. A sua contribuição à mecânica das rochas aplicada à mineração foi impressionante.

17 NESTA ÉPOCA, DEVIDO ÀS LIMITAÇÕES DE RECURSO PARA MODELAGEM E ANÁLISE, OS MACIÇOS NATURAIS ERAM DIVIDOS EM DOIS GRANDES CONJUNTOS: -MACIÇOS HOMOGÊNEOS AQUELES QUE SE ROMPEM PELA MATRIZ. (INCLUEM EVIDENTEMENTE OS SOLOS). RUPTURAS CIRCULARES. -MACIÇOS ESTRUTURADOS AQUELES QUE SE ROMPEM PELAS SUAS DESCONTINUIDADES. EFEITO DA DETONAÇÃO.

18 O advento do computador permitiu o desenvolvimento de métodos de análises por equilíbrio limite e análises das deformações dos taludes que completaram as possibilidades de estudo da estabilidade dos taludes em quaisquer condições de solicitação e com praticamente todo tipo de heterogeneidade. Os avanços da mecânica das rochas aplicada a taludes de mineração foram gigantescos desde a publicação do RSE em Era necessário consolidá-los.

19 Sob a liderança de John Read do CSIRO (Austrália) e Peter Stacey (Consultor do Canadá) foi desenvolvido um projeto internacional de pesquisa e transferência de tecnologia Large Open Pit (LOP) Foi patrocinado por 14 das principais mineradoras do mundo. Foi iniciado em 2004, 30 anos depois da publicação do RSE. O seu coroamento foi a publicação, em 2009, do livro Guidelines for Open Pit Slope Design que consolida todo o conhecimento do projeto de taludes em mineração neste período.

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21 A estrutura básica do livro é: - Fundamentos do projeto de taludes. - Coleta de dados de campo. - Modelo Geológico. - Modelo Estrutural. - Modelo do Maciço Rochoso. - Modelo Hidrogeológico. - Modelo geotécnico. - Incerteza de Dados. - Critérios de Aceitação. - Métodos de Projeto de Taludes. - Implementação do Projeto. - Comportamento e Monitoramento. - Manejo de Risco. - Fechamento de Taludes. MODELOS

22 PROCESSSO INTERATIVO Os Taludes da Mineração Importância e Riscos GEOLOGIA ESTRUTURA MACIÇO ROCHOSO HIDROGEOLOGIA MODELO GEOTÉCNICO DOMÍNIOS GEOTÉCNICOS FLUXOGRAMA PROPOSTO NO GUIDELINES RESISTÊNCIA MODOS DE RUPTURA ESTRUTURA REGULAÇÕES SETORES DE PROJETO CONFIGURAÇÃO DAS BANCADAS ÂNGULOS INTERRAMPA EQUIPAMENTO CAPACIDADE PLANEJ. DE LAVRA ESTRUTURA ÂNGULO GLOBAL TALUDES PRELIMINARES RESISTÊNCIA ÁGUA NO TERRENO TENSÕES IN-SITU ANÁLISES DE ESTABILIDADE PROJETO FINAL TALUDE GLOBAL AVALIAÇÃO DE RISCO DETONAÇÃO DRENAGEM IMPLEMENTAÇÃO I FECHAMENTO DESPRESSURIZAÇÃO MONITORAMENTO MOVIMENTO MODELO DE PROJETO

23 FUNDAMENTOS DO PROJETO DE TALUDES DE MINERAÇÃO As principais características dos taludes de mineração, que os diferenciam dos taludes de engenharia civil em geral são: -As ênfases no projeto dos taludes civis são a confiabilidade e seu comportamento. Custo benefício não é em geral uma prioridade. -Em taludes de mineração, instabilidades são aceitáveis desde que os riscos sejam controláveis. -A inclinação dos taludes deve minimizar os riscos sobre pessoal e equipamentos oriundos da instabilidade, maximizar a recuperação do minério e minimizar o volume de estéril. - A mineração confia no tempo mais curto de exposição dos taludes na fase operacional e o alto nível de monitoramento que é possível estabelecer.

24 CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO CONSEQUÊNCIAS FS PROB. BANCADA BAIXO A ALTO 1, % INTERRAMPA BAIXO 1,15-1,2 25% MÉDIO 1,2 20% ALTO 1,2-1,3 10% GLOBAL BAIXO 1,2-1, % MÉDIO 1,3 10% ALTO 1,5 5%

25 COM OS RECURSOS QUE TEMOS HOJE PODEMOS ANALISAR -MACIÇOS BRANDOS AQUELES QUE SE ROMPEM PELA MATRIZ. (INCLUEM EVIDENTEMENTE OS SOLOS). É O FOCO PRINCIPAL DA PRÓXIMA FASE DO LOP -MACIÇOS ESTRUTURADOS AQUELES QUE SE ROMPEM PELAS SUAS DECONTINUIDADES. - MACIÇOS MISTOS BRANDOS + ESTRUTURADOS

26 NAS ROCHAS ESTRUTURADAS (DURAS) OS TALUDES SÃO INFLUENCIADOS POR: -RESISTÊNCIA DAS DESCONTINUIDADES (FRATURAS E FALHAS). -DETONAÇÃO -ÁGUA PRATICAMENTE NÃO TEM IMPORTÂNCIA. PROBLEMAS SÃO RESOLVIDOS COM FUROS DE DRENAGEM. TÊM IMPORTÂNCIA PRINCIPALMENTE NA ESCALA DA BANCADA E SECUNDARIAMENTE NA INTER-RAMP. UMA RUPTURA GLOBAL SÓ OCORRE NAS ROCHAS DURAS SE CONTROLADA POR FALHA (S). SE OS TALUDES FOREM BEM PROJETADOS, NÃO EXIGEM CUIDADOS ADICIONAIS PARA O ABANDONO.

27 NOS TALUDES EM ROCHA DURA FRATURADA, AS DUAS ATIVIDADES GEOMECÂNICAS MAIS IMPORTANTES PARA CONTROLE DOS RISCOS NA FASE OPERACIONAL SÃO: -MAPEAMENTO ROTINEIRO DAS BANCADAS IDENTIFICANDO AS JUNTAS E FALHAS. ANÁLISE INDIVIDUALMENTE E EM CONJUNTO DOS SEUS EFEITOS NA ESTABILIDADE DA BANCADA. REVER O DIMENSIONAMENTO DAS BANCADAS. -CONTROLE DA DETONAÇÃO

28 NAS ROCHAS BRANDAS OS TALUDES SÃO INFLUENCIADOS POR: -RESISTÊNCIA DO MATERIAL. Pode ser anisotrópica. -PRESENÇA DE ÁGUA TÊM IMPORTÂNCIA NAS TRÊS ESCALAS DE OPERAÇÃO: BANCADA, INTER-RAMPA E GLOBAL. A MAIOR PARTE DAS RUPTURAS GLOBAIS OBSERVADAS NAS MINAS OCORRE EM ROCHAS BRANDAS. EXIGEM CUIDADOS EXTREMOS PARA A FASE DE ABANDONO.

29 NAS ROCHAS BRANDAS OS CONTROLES PRINCIPAIS SÃO: -MAPEAMENTO DOS DIFERENTES TIPOS DE SOLOS -MONITORAMENTO DE TRINCAS. -MONITORAMENTO E CONTROLE DA ÁGUA (SURGÊNCIAS PZ s E MNA s) TÊM IMPORTÂNCIA NAS TRÊS ESCALAS DE OPERAÇÃO: BANCADA, INTER-RAMPA E GLOBAL. A MAIOR PARTE DAS RUPTURAS GLOBAIS OBSERVADAS NAS MINAS OCORRE EM ROCHAS BRANDAS. EXIGEM CUIDADOS PARA A FASE DE ABANDONO.

30 FASES DE ESTUDO SR SR SR SR SR FASE DE PROJETO A INVESTIGAÇÃO É FEITA BASICAMENTE POR SONDAGENS. MAIORES ERROS COMETIDOS: -SONDAGENS NÃO SR SR PENETRAM SR ADEQUADAMENTE NO ESTÉRIL, QUE EM GERAL VÃO CONTROLAR SR OS TALUDES. -NÃO SE MEDE O NÍVEL DE ÁGUA NAS SONDAGENS. DIFICULDADE EM IDENTIFICAR CARACTERÍSTICAS DAS DESCONTINUIDADES. SR

31 PROJETO SALOBO: FASE DE PROJETO BÁSICO BASE DE DADOS: 7 FUROS GEOTÉCNICOS ORIENTADOS Dados da Cava Produção: 24Mta Extensão: 3,5Km Profundidade: 550m

32 Metodologias de Orientação: Impressão de Argila (Salobo;118 - Brasil), Eazy Mark e Acoustic Televiewer (Brisas Venezuela) Projeto Salobo (Método da Impressão de Argila) Brisas (Método Eazy Mark)

33 DELIMITAÇÃO DOS SETORES E PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE RUPTURAS

34 GEOMETRIA DE BANCADAS

35 SR SR SR SR SR FASE OPERACIONAL MAPEAMENTO E SONDAGENS, ANTIGAS E NOVAS. GRANDE ERRO: NÃO TER EQUIPE DE GEOTECNIA NA MINA SR SR SR

36 Seção crítica AT Seção crítica COL SAP MIG MTB SAP MIG SAP GN MTB col Sap mig MTB VEIO QTZO MTB SAP GN GN

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38 O PROJETO DE TALUDES DEVE COMEÇAR SEMPRE PELO DIMENSIONAMENTO DAS BANCADAS. -A ALTURA É DEFINIDA OPERACIONALMENTE MAS EM GERAL ESTÁ ENTRE 10 E 15m. -O ÂNGULO DE FACE E A LARGURA DA BERMA SÃO DIMENSIONADOS COM BASE NA AVALIAÇÃO DOS MODOS DE RUPTURA QUE PODEM OCORRER E NOS VOLUMES QUE PODEM SER MOBILIZADOS. SÃO FUNÇÃO DA ESTRUTURA DA ROCHA E DAS PROPRIEDADES DAS DESCONTINUIDADES. -A METODOLOGIA QUE MAIS TEM SIDO USADA ENVOLVE UMA ANÁLISE ESTATÍSTICA DAS DESCONTINUIDADES E A DEFINIÇÃO DAS FORMAS E VOLUMES DAS MASSAS INSTÁVEIS.

39 MODOS DE RUPTURA MAIS COMUNS

40 ESTA É UMA PLANILHA TÍPICA PARA O CASO DE RUPTURA POR CUNHA.

41 112/45 151/45 151/85 215/45 215/85 254/45 254/85 112/85 38/85 319/85 38/45 319/45 MAPA DE RISCO

42 AS ANÁLISES DE ESTABILIDADE INTERRAMPA E GLOBAL ENVOLVEM NORMALMENTE O MÉTODO DO EQUILÍBRIO LIMITE E AS ANÁLISES TENSÃO DEORMAÇÃO CUJO FERRAMENTAL COMPUTACIONAL FOI EXTREMAMENTE APROMORADO NOS ÚLTIMOS ANOS MAS SEM UMA GRANDE INOVAÇÃO CONCEITUAL. DEIXAREMOS DE LADO ESTE TÓPICO DEVIDO AO NOSSO TEMPO MUITO CURTO. ALGUNS EXEMPLOS TIRADOS DO QUIDELINES

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44 . Os Taludes da Mineração Importância e Riscos

45 . Os Taludes da Mineração Importância e Riscos

46 . Os Taludes da Mineração Importância e Riscos

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50 NOS TALUDES DE ROCHA DURA FRATURADA, O CONTROLE EXECUTIVO MAIS IMPORTANTE E COM IMPACTO GEOMECÂNICO MAIS POSITIVO É O CONTROLE DE DETONAÇÃO. DE NOVO NESTE PONTO EXISTE UMA DISPUTA ACIRRADA ENTRE A NECESSIDADE DE PRESERVAÇÃO DOS MACIÇOS, QUE EXIGE ENERGIAS DE DETONAÇÃO MAIS BAIXAS E A PRODUÇÃO QUE DESEJA ENERGIAS ALTAS PARA MELHOR FRAGMENTAR AS ROCHAS. SÓ MUITO RECENTEMENTE SE VEM PERCEBENDO OS BENEFÍCIOS QUE UM BOM CONCTROLE DE DETONAÇÃO PODE TER NA ECONOMIA DA MINA. TÉCNICAS DE FOGO CONTROLADO JÁ VEM SE TORNANDO ROTINA EM MUITAS MINAS.

51 KCGM PIT PREFISSURAMENTO, 30m, 1,2 A 1,3m, 70º A 75º, DESACOPLADO

52 A ÁREA GEOTÉCNICA SUGERIU MUDAR O ÂNGULO INTERRAMPA DE 54º PARA 60º O QUE EXIGIA O USO DE BANCADAS TRIPLAS COM ÂNGULO DE FACE DE 80º. O LUCRO PARA O TALUDE DE 210m DE ALTURA E 900M DE EXTENSÃO FOI DE US$ 10 Mi

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55 Geometria das Cavas da Mina do Sossego Comportamento geomecânico: Instabilidades de grande porte nos taludes nordeste da mina; Instabilidades de pequeno porte mas generalizadas nos taludes de granito a sul, causadas pelas detonações. SEQUEIRINHO

56 FIGURA ALTERNATIVA - BIX PLANO BANCADA SIMPLES BERMA 8m ÂNGULO DE FACE 47º INTER RAMPA 35º LIMITE INFERIDO TOPOGRAFIA ATUAL BIX PLANO??? ALTERNATIVA - BIX FOLIAÇÃO BANCADA DUPLA OFF SET 3m BERMA 15m ÂNGULO DE CORTE 90º INTER RAMPA 60,6º (COM DESMONTE CONTROLADO) ? -72? ? FASE 7 - CVRD ?? BIX FOLIAÇÃO ? ? POSSIBILIDADE DE GANHO SUBSTACIAL NO TALUDES, DESDE QUE A ROCHA FICASSE BEM PRESERVADA

57 Condições do maciço

58 SUGESTÕES PARA OS DESMONTES DE ACABAMENTO Fazer limpeza sistemática de frente e bermas (repés) Reduzir a quantidade de linhas detonadas para diminuir confinamento; Aumentar o tempo de retardo entre carreiras de furos; Diminuir progressivamente a razão de carregamento dos desmontes finais; Reduzir a carga de fundo na linha de corte; Dividir a carga nos furos de amortecimento, colocando-se tampão intermediário (~ 2 m) entre carga de fundo e de coluna

59 PRÁTICAS DE DESMONTE NA MINA DO SOSSEGO Plano de fogo com pré-corte (pode ser detonado juntamente com o fogo de produção); Perfuração 10 ou 121/4 e tubo de PVC de 4 sem tampão e espaçamento de 2,5 a 3m; Explosivo bombeado: blendado 70/30; Desmonte de aproximação (área destacada do desmonte de produção).

60 Geometria das Cavas da Mina do Sossego PRÁTICAS DE DESMONTE NA MINA DO SOSSEGO ZONA DE CISALHAMENTO GRANITO

61 ABATIMENTO DE CHOCO PICÃO OU ESCAVADEIRA

62 SR SR SR SR NA SR FASE DE ABANDONO MAPEAMENTO, SONDAGEM, EFEITO A LONGO PRAZO DAS DEFORMAÇÕES E DA ÁGUA. GRANDE ERRO NORMALMENTE NASCE NAS FASES ANTERIORES. DESPRESAR A NECESSIDADE DE MONITORAMENTO.

63 Pico do Patrimônio MINA DE ÁGUA CLARAS SITUAÇÃO EM 2009

64 RUPTURA DO PATRIMÔNIO - A RUPTURA DO PATRIMÔNIO OCORREU DIRANTE A LAVRA, EM 22 DE ABRIL DE FOI OBJETO DE VÁRIAS ANÁLISES POR PARTE DA MBR/VALE. - MAS A DECISÃO FOI MANTÊ-LO COMO FICOU APÓS A RUPTURA E CONTINUAR A LAVRA.

65 100 m Vista antes da ruptura

66 APÓS A RUPTURA

67 180m Cota 1100 Volume de 2 Mton Vista após ruptura

68 FINAL DA LAVRA

69 SUBIDA DO NÍVEL DE ÁGUA DA CAVA

70 MINA DE ÁGUAS CLARAS EM 2009

71 Situação no final de 2009

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73 O monitoramento é feito através de: - Piezômetros e medidores de nível de água. - Medidores de deformação: marcos e prismas. -Inclinômetros e extensômetros de fios e barras (a serem instalados). -Estuda-se o uso de RADAR.

74 MINA DE MORRO AGUDO - VALE

75 ESTE É UM BREVE APANHADO SOBRE OS RISCOS DE TALUDES DE MINERAÇÃO. PROCUREI REALÇAR O PAPEL DA GEOLOGIA E DA GEOMECÂNICA NAS VÁRIAS FASES DA MINA, POIS ESTA É A MINHA ÁREA DE ATUAÇÃO. MINHA OBSERVAÇÃO FINAL.

76 A INSPEÇÃO VISUAL, PRINCIPALMENTE DURANTE O MAPEAMENTO DOS TALUDES, É A MANEIRA MAIS SEGURA DE IDENTIFICAR E DIAGNOSTICAR UM PROBLEMA POTENCIAL E ATUAR SOBRE ELE, ASSOCIADA A UM BOM PROGRAMA DE MONITORAMENTO. OUTRA ATIVIDADE DE ENORME IMPORTÂNCIA É A MONTAGEM DE UM BANCO DE DADOS DE TODOS OS EVENTOS GEOMECÂNICOS OCORRIDOS, PRINCIPALMENTE INSTABILIDADES E EROSÕES, COM UM DIAGNÓSTICO DO FENÔMENO E SEMPRE QUE POSSÍVEL UMA RETROANÁLISE COM A DEFINIÇÃO DE PARÂMETROS.

77 PARA MINIMIZAR PROBLEMAS GEOMECÂNICOS: MANTER UMA EQUIPE DE GEOMECÂNICA PERMANENTE NA MINA, ENCARREGADA DE:. MAPEAR TODA SUPERFÍCIE ESCAVADA, MESMO PROVISÓRIA.. DESCREVER TESTEMUNHOS DE SONDAGEM.. INTERPRETAR O MONITORAMENTO.. REVER E ATUALIZAR PERMANENTEMENTE O MODELO GEOMECÂNICO DA MINA.. PROPOR E SUPERVISIONAR INVESTIGAÇÕES COMPLEMENTARES NECESSÁRIAS.. CLASSIFICAR OS MACIÇOS ROCHOSOS ENCONTRADOS.. SETORIZAR A CAVA EM FUNÇÃO DO COMPORTAMENTO DOS TALUDES.. ANTECIPAR O COMPORTAMENTO DOS TALUDES NA FASE SEGUINTE DA LAVRA.

78 OBRIGADO