Estudo Comparativo entre a Construção da BL-3 e o Alteamento da BL-1 para o Complexo de Mineração de Tapira (CMT)

Estudo Comparativo entre a Construção da BL-3 e o Alteamento da BL-1 para o Complexo de Mineração de Tapira (CMT) Alexandre Gonçalves Santos Fertilizantes Fosfatados S.A., Araxá, Minas Gerais Nadim Abdanur Júnior Fertilizantes Fosfatados S.A., Araxá, Minas Gerais Paulo César Abrão Geoconsultoria, São Paulo, São Paulo RESUMO: Atualmente todas as lamas fosfáticas geradas no processo de beneficiamento do Complexo de Mineração de Tapira (CMT) vêm sendo dispostas no reservatório da barragem BL-1. A barragem BL-1 foi projetada e construída no final da década de 70. A partir de então vem sendo alteada com os próprios rejeitos, estando atualmente com a crista na cota 1210 m, que é a cota máxima de projeto. Como opção para disposição das lamas a barragem BL-3 foi também estudada e projetada em 1978 permanecendo como alternativa para contenção das lamas, após o esgotamento da capacidade de reservação da barragem BL-1. Porém, através de algumas novas análises buscou-se avaliar a possibilidade de se altear a barragem BL-1 em lugar da construção da barragem BL-3. Assim, este trabalho tem como objetivo apresentar um estudo comparativo das opções de se altear a barragem BL-1 ou construir a barragem BL-3 para contenção de lamas da usina de beneficiamento. PALAVRAS-CHAVE: Barragem, Alteamento. 1 INTRODUÇÃO A barragem BL-1 foi projetada e construída (o seu dique inicial) no final da década de 70. A partir de então vem sendo alteada com os próprios rejeitos, estando atualmente com a crista na cota 1210 m, que é a cota máxima de projeto. A barragem BL-3 foi também estudada e projetada em 1978, mas não foi construída. Permaneceu como alternativa para contenção das lamas, após o esgotamento da capacidade de reservação da barragem BL-1. Entretanto, com base em investigações geotécnicas, nos dados coletados com a instrumentação da barragem BL-1 e em estudos de estabilidade, concluiu-se ser viável o alteamento desta barragem em mais cerca de 10 a 15 m, pelo método de montante. Com isto foi requerida a presente comparação entre altear a barragem BL-1 em mais 5 m (cota 1.215 m) ou se construir a barragem BL-3, para orientar a Fosfertil sobre qual opção conduzir. A Figura 1 apresenta uma imagem de satélite localizando tanto a barragem BL-1, existente hoje no CMT, quanto a área de ocupação da barragem BL-3 estudada em projeto. BL-1 BL-3 Figura 1. Imagem de satélite (LandSat, 2003) da área do complexo e das barragens BL-1 e BL-3

Desta forma, o objetivo deste trabalho é apresentar um estudo comparativo das opções de se altear a barragem BL-1 ou construir a barragem BL-3, na área do CMT, para contenção de lamas da usina de beneficiamento. 2 BARRAGEM BL-1 A barragem BL-1 foi a primeira das barragens de rejeitos construídas no Complexo de Mineração de Tapira, começando a operar em 1978. Inicialmente foi construída uma barragem convencional de solo compactado, tendo altura da ordem de 30 m. A barragem tem sido alteada com rejeitos pelo método de linha de centro, tendo já atingido a sua altura final de projeto, de cerca de 80 m. Inicialmente ela se destinou à contenção de lama e rejeitos de flotação. Na Tabela 1 estão apresentadas as principais características da barragem BL-1 construída no Complexo de Mineração de Tapira (CMT). Tabela 1. Dados da barragem BL-1. Item Dados Nome Barragem de Lama 1 (BL-1) Dique inicial em 1978; cota Construção 1175 m em 1981; cota 1210 m (atual) em 1997. Função Contenção de rejeitos, lamas e captação de água Cota da Crista 1210,80 m (mínima) Comprimento da Crista 1070 m Largura da Crista 25 m (média) Altura Máxima 81 m Capacidade do Reservatório 144 x 10 6 de m³ Cota do Nível D água 1.204,05 m (em 25/10/05) Drenagem Interna Instrumentação Geotécnica Tapetes drenantes no contato com a fundação e enrocamento de pé no dique de partida 11 Indicadores de nível d água e 3 Medidores de vazão A barragem BL-1 apresenta altura máxima de 81 m e tem crista com largura média de 25 m. Apesar de estar com seu reservatório em operação, recebendo lamas do processo de beneficiamento do minério fosfático, a barragem já se encontra com sua crista na cota máxima prevista em projeto (1.210 m). 3 BARRAGEM BL-3 A barragem BL-3 foi também estudada e projetada em 1978, mas não foi construída. Permaneceu como alternativa para contenção das lamas, após o esgotamento da capacidade de reservação da barragem BL-1. A barragem BL-3 inicialmente foi projetada uma barragem convencional de solo compactado, tendo altura da ordem de 20 m. A barragem seria alteada com rejeitos ciclonados pelo método de linha de centro com altura final de projeto prevista para cerca de 70 m. Na Tabela 2 são apresentados os principais dados do projeto da barragem BL-3. Tabela 2. Dados de projeto da barragem BL-3. Item Dados Nome Barragem de Lama 3 (BL-3) Construção Dique inicial previsto cota 1140 m. Função Contenção de rejeitos, lamas e captação de água Cota Máxima da 1195 m (mínima) Crista de Projeto Comprimento da 915 m Crista de Projeto Largura da Crista 10 m (média) Altura Máxima 78 m Capacidade do 23 x 10 6 de m³ Reservatório Cota do Nível 1.190 m (projeto) d água Máximo Drenagem Interna Instrumentação Geotécnica Tapetes drenantes no contato com a fundação e enrocamento de pé no dique de partida Instalação de Piezômetros (projeto) 4 COMPARAÇÃO ENTRE O ALTEAMENTO DA BL-1 E A CONSTRUÇÃO DA BL-3 4.1. Vida Útil da BL-1 na Cota Atual da Crista (1.210 m) 4.1.1. Premissas para os Cálculos de Reservação As observações dos níveis d água (N.A. s) nos piezômetros (PZ s) e indicadores de nível d água (INA s) instalados na barragem BL-1

mostraram que os mesmos são sensíveis à largura da praia, o que pode também ser simulado nas análises de percolação efetuadas. Se a largura da praia é reduzida, o N.A. dos instrumentos se eleva e afeta negativamente a estabilidade da barragem. Assim sendo, o cálculo do volume de reservação deve partir da fixação da largura da praia. Vick (1983) recomenda que a largura da praia dividida pela altura da barragem (considerada acima do dique inicial) não deve ser inferior a 5, no caso de barragens alteadas para montante. Ainda que a BL-1 tenha sido alteada pelo método de linha de centro, entende-se como válida a recomendação. Como a altura da barragem sobre o dique inicial (H) é de 50 m (1210 m - 1160 m), e será elevada em 5 m (1215 m), a largura de praia (L) mínima deveria ser: = L/H > 5 => L/55 > 5 => L > 275 m O levantamento topográfico da praia da BL- 1 mostrou declividades entre 2,37 e 3,48%, sendo que a média situou-se em 2,5%. Esta declividade deve ser reduzida para 2%, pois com a largura da praia de 275 m o desnível mínimo entre a crista da barragem e o N.A. do reservatório será de 5,5 m. Como a borda livre mínima para esta barragem, com base nos estudos hidrológicos e hidráulicos desenvolvidos, foi definida em cerca de 3 m, observa-se que a capacidade de acumulação de lamas e de água poderá ser ampliada se conseguir operar com praia de declividade menor podendo chegar a até cerca de 1,5 %. 4.1.2. Estimativa de Vida Útil De acordo com o levantamento batimétrico de Dez/2004, até a cota 1.204,5 m (5,5 m abaixo da crista), o volume de reservação da barragem BL-1 é de 22 x 10 6 m³ ou 24 x 10 6 t de lamas (γd=1,1 t/m³). Ao ritmo de produção de 1,93 x 10 6 t/ano de concentrado, são geradas 3,3 x 10 6 t/ano de lamas e rejeitos de ultrafinos, que correspondem ao volume de 3 x 10 6 m³, resultando então na vida útil de 7,3 anos. Efetivamente o cálculo não é real, pois há necessidade de se reservar água também para recirculação. Ou seja, a capacidade de reservação da BL-1 deverá ser suficiente para se operar ainda por cerca de 4 a 5 anos. 4.2. Capacidade de Reservação BL-1 e BL-3 Pelas análises realizadas altear a barragem BL-1 da cota 1.210 m para 1.215 m representará um volume de armazenamento, medido entre as cotas 1.205 e 1.210 (5 m abaixo da crista da barragem), de cerca de 23 x 10 6 m³. Para a barragem BL-3 o volume de armazenamento de 23 x 10 6 m³ será atingido na cota aproximada 1.177 m. A crista da barragem, adotando-se a mesma diferença de 5,5 m, resultará na cota aproximada 1.182 m. O dique inicial terá crista na cota 1.140 m, conforme relatório do projeto. 4.3. Serviços para Alteamento da Barragem BL-1 O alteamento da barragem BL-1 implicará nos seguintes serviços e obras. - Desmatamento da faixa adicional de inundação do reservatório; - Execução do canal de adução de lamas, em cota mais elevada; - Alteamento da barragem até a cota 1.215 m - Revisão do bombeamento das lamas e mudança da tubulação de adução; - Revisão da captação de água e mudança da tubulação. 4.3.1. Desmatamento da Faixa Adicional da Inundação Com base na imagem de satélite, mostrada na Figura 1, observa-se que o desmatamento será pequeno, devendo ocorrer apenas nos vales, no trecho de elevação do nível d água (ou de lama). A maior parte está ocupada com pastagens e, no lado direito, com o próprio canal de lama. A área adicional de inundação, resultante da elevação do N.A. da cota 1.210 m para a cota 1.215 m foi calculada em 626.000 m².

4.3.2 Execução do Canal de Lamas em Cota mais Elevada O canal de lamas atual atende ao enchimento do reservatório para a barragem na cota 1.210 m, com ponto de descarga mínimo na cota 1.205 m. A declividade do mesmo seria de 0,3% ou 3:1000 conforme previsto no projeto; no entanto, pelo levantamento topográfico executado na área do reservatório, a declividade média medida no desenho é de 0,8% ou 8:1000. No estudo de alteamento da BL-1 para a cota 1.215 m, há 2 opções de alteamento do canal: para a cota 1.215 m ou para a cota 1.225 m. A primeira é mais favorável em termos de custo operacional. A segunda terá custo operacional maior devido à cota ser mais elevada, mas sua implantação dispensará o canal da etapa 1.215 m e, assim, o custo para alteamento do canal ocorreria apenas 1 vez. No presente trabalho escolhe-se a opção da cota da barragem 1215 m, podendo a outra opção vir a ser avaliada posteriormente, para comparação e alteração da escolha, se for o caso. Assim, nesta opção a cota do desemboque do canal será 1210 m e a sua declividade ascendente, a partir daí, de 0,8% ou 8:1000, que foi aquela medida no levantamento topográfico. 4.3.3. Alteamento da Barragem até a Cota 1.215 m A barragem seria alteada pelo método de montante, com maciço de rejeitos ciclonados e compactados na zona do alteamento, próxima ao talude. Nas ombreiras a barragem seria prolongada com dique de terra compactada. O extravasor será executado com tomada d água em torre, com stop logs em uma das laterais da mesma, conectada com uma galeria de fundo, que deságua em um canal de concreto, complementado com trecho rápido e bacia de dissipação para restituição da vazão ao fundo do vale do córrego onde será construída futuramente a barragem BL-3. 4.3.4. Bombeamento e Adução das Lamas O sistema de bombeamento e adução da lama praticamente não sofrerá alteração, devendo apenas ser ajustado para descarregar em cota mais elevada (5 m a mais) e em ponto um pouco deslocado da locação atual. Assim, para efeito desta comparação, considera-se que o custo desta modificação é desprezível. 4.3.5. Captação e Adução de Água Em função do alteamento para cota 1.215 m, as posições da captação de água e da tubulação de adução também sofrerão pequenas mudanças, sendo favoráveis pelo aumento da cota em relação ao ponto de descarga. 4.4. Serviços para Construção da Barragem BL-3 A construção da barragem BL-3 implicará nos seguintes serviços e obras: - Desmatamento do reservatório. - Construção do dique inicial, com extravasor. - Alteamento da barragem, com rejeitos ciclonados, até a cota 1182 m, quando o volume de reservação se iguala àquele do alteamento da BL-1. - Redimensionamento do bombeamento e da adução da água recuperada. A captação atual, na BL-1, será transferida para a BL-3. - Redimensionamento e extensão da adução dos rejeitos até a barragem BL-3, para permitir o seu alteamento com rejeitos ciclonados. - Canal de adução de lama, na encosta do lado direito do reservatório. O bombeamento das lamas continuará o mesmo para a barragem BL-1, atual, pois o reservatório da BL-1 será apenas passagem para o reservatório da BL-3. 4.4.1. Desmatamento do Reservatório Como se observa na imagem de satélite da Figura 1, a vegetação arbórea ocorre apenas nos vales das drenagens, sendo a maior parte da área de inundação ocupada com pastagens. A

área total do reservatório é de 1.627.000 m². 4.4.2 Construção do Dique Inicial e Extravasor Conforme o relatório de projeto da Paulo Abib Engenharia (1979), as obras iniciais da barragem BL-3 incluem: dique inicial de terra compactada, com tapete drenante no talude de jusante, dreno ao longo do vale e enrocamento de pé, posicionado cerca de 235 m a jusante do eixo do dique inicial. O extravasor conforme mencionado seria desenvolvido pela Paulo Abib Engenharia, mas não se dispõe dos dados e documentos do mesmo. No entanto, apenas para efeito de avaliação de custo da estrutura de concreto, fez uma simulação compondo-se de um trecho como galeria de fundo (830 m de comprimento) e outro de encosta, com emboques (440 m de comprimento). Por semelhança com outros extravasores já projetados para barragens semelhantes, adota-se como seção livre 1,20 m de largura e 1,80 m de altura, com espessura de parede média de 0,50 m e taxa de armadura de 90 kg/m³ de concreto. Assim, para o extravasor, pode ser estimado um total de 5.080 m 3 de concreto para execução da galeria de fundo e da galeria de encosta. 4.4.3. Alteamento da Barragem até a Cota 1182 m O alteamento da barragem será executado com underflow (UF) dos rejeitos ciclonados, espalhados e compactados com o tráfego, pelo método de linha de centro. As quantidades de UF foram calculadas no projeto da Paulo Abib Engenharia e, para a cota 1182 m, é estimada em 1.200.000 m³, considerando-se camadas inclinadas para o alteamento. 4.4.4. Captação e Adução de Água A captação de água com o assoreamento completo da BL-1 deverá ser transferida para a BL-3. Neste novo arranjo de captação haverá aumento de investimento e de custos operacionais. No item investimento certamente se terá que projetar e construir uma estação de captação nova, pois a altura manométrica vai se alterar bastante em relação à atual (cota na BL-1 em torno de 1205 m e na BL-3, no início, em torno de 1130 m, ou seja, de início haverá aumento de 75 m no recalque). Em acréscimo, o comprimento da tubulação de adução será aumentado de cerca de 1600 m (no novo arranjo o comprimento será da ordem de 2500 m e no atual considerado como 900 m). No item custo operacional, além da demanda maior por manutenção - comprimento aumentado - haverá aumento considerável de energia, tanto pela maior altura manométrica como pela maior perda de carga. 4.4.5. Bombeamento e Adução dos Rejeitos e Lama Da mesma forma que no caso da recuperação da água, o sistema de bombeamento e adução de rejeitos até a barragem, provendo material para o seu alteamento, deverá ser ampliado e redimensionado, com aumento de investimentos e custos operacionais. O comprimento atual da tubulação, considerando-se até o encontro da barragem com a ombreira esquerda, é de cerca de 2000 m, na cota da crista 1210 m. Com a mudança para a BL-3 o comprimento será de 3200 m, ou seja, com aumento de 1200 m. No trecho inicial, até cruzar a barragem BL- 1, a cota de assentamento da tubulação é a mesma que a atual. Após a BL-1 a tubulação caminhará para cotas mais baixas, até a cota 1140 m, que é a cota do dique inicial. Poderá ser necessária a revisão do sistema de bombeamento. Quanto à lama, prevê-se que com o assoreamento total do reservatório da BL-1 o mesmo funcionará com uma caixa de passagem. Assim, não se alteraria o sistema de bombeamento e adução da lama atual. Haverá necessidade de se construir um canal de adução de lamas entre o extravasor e a cabeceira do vale, no reservatório da BL-3 com comprimento aproximado de 2600 m, com seção típica igual àquela do reservatório da BL-1.

4.5. Aquisição de Terra No caso do alteamento da BL-1 não haverá necessidade de aquisição de terra, pois toda a faixa adicional de inundação está locada dentro da área de propriedade da Fosfertil. No entanto, no caso da BL-3, há 2 áreas descontínuas que se localizam foram do limite de propriedade, o que exigirá a aquisição de terra (cerca de 56 ha). 5 COMPARAÇÃO DAS OPÇÕES E RECOMENDAÇÕES A comparação das opções de se altear a barragem BL-1 ou de se construir a barragem BL-3 pode ser analisada considerando aspectos econômicos, ambientais e operacionais, podendo-se comentar: a) Sob o ponto de vista econômico a alternativa de se altear a barragem BL-1 representará menor custo, cerca de um quarto, quando se comparada com o custo de construção da BL-3. A diferença principal diz respeito ao dique inicial, com seu sistema drenante e filtrante da BL-3, seu extravasor e o alteamento da barragem, que demanda muito mais material (UF) que no caso da BL-1. Acrescentem-se como elementos majoradores do custo da BL-3 os serviços e materiais relacionados com os sistemas de água e de rejeitos, os quais deverão ser novos, mais possantes e com maiores comprimentos. Estes itens não foram quantificados em termos de custos, mas apenas levantadas as quantidades para compor uma avaliação qualitativa. b) Sob o ponto de vista operacional, a maior proximidade da BL-1 com o Complexo a torna mais vantajosa para a Fosfertil. A captação fica mais perto e de mais fácil manutenção. Os comprimentos das tubulações são menores e, portanto, devem requerer menor manutenção. No caso da BL-3 a distância maior exigirá maior esforço de monitoramento e de manutenção. c) Do ponto de vista ambiental, a área de expansão da BL-1 já se encontra em área impactada pela própria barragem atual, enquanto que no caso da BL-3 o vale ainda é virgem quanto ao impacto do Complexo. Pela maior distância da BL-3 ao Complexo, o monitoramento da barragem e seus componentes será mais difícil, com maior risco de acidentes, portanto. Por outro lado cabe mencionar que na BL-3 a área da ocupação do reservatório é cerca de 1.000.000 m² maior que no caso da BL-1. 6 CONCLUSÕES Assim sendo, tendo em vista todos estes aspectos mencionados, a alternativa de alteamento da barragem BL-1 apresenta-se mais vantajosa para a Fosfertil, quando comparada com a alternativa de se construir a barragem BL-3. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer a Fosfertil pelo apoio estrutural e cessão do trabalho e a Geoconsultoria pelo apoio técnico. REFERÊNCIAS Geoconsultoria. 2005. Estudo comparativo entre barragem BL-3 e alteamento barragem BL-1. São Paulo, p. 4. Geoconsultoria. 2004. Estudo conceitual de alteamento da Barragem BL-1. São Paulo, p. 5. Paulo Abib Engenharia. 1979. Projeto da Barragem BL- 3. São Paulo, p. 57. Vick, S.G. 1983. Planning, Design and Analysis of Tailings Dams. Wiley International, New York, p. 346.