15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

DESCOMISSIONAMENTO DE CAVA DE MINÉRIO DE FERRO

Fábio S. Magalhães1; Marinis Almeida2; Gilvan Sá3, José Allan C. Maia4, Henrique Alves5

Resumo – Neste trabalho apresentam-se os estudos geológicos, geotécnicos e hidráulicos para o projeto de descomissionamento da cava de minério de ferro no projeto mineiro de Córrego do Meio, de propriedade da empresa Vale S.A. e localizada no município de Sabará/MG. Para o descomissionamento da cava foi utilizado o conceito de aproveitamento máximo de materiais provenientes do descomissionamento das estruturas geotécnicas de apoio. Foi projetado um aterro de materiais provenientes das pilhas de estéril e do corpo da barragem de contenção de rejeitos (barragem do Galego) de forma a cobrir grande parte das erosões existentes nos taludes associado a um sistema de drenagem superficial, além da disposição de rejeito desta barragem, com o objetivo de recuperar as maiores erosões da cava. As erosões pontuais deverão ser tratadas com solo-cimento ensacado, telas de proteção e concreto projetado. Ao final, as soluções indicadas no projeto apresentam-se adequadas e concordantes com as melhores práticas da engenharia para o descomissionamento de áreas de taludes de cava de mineração.

Abstract – This paper summarizes the geological, geotechnical and hydraulic studies carried out for the detailed design of decomissioning of the open-pit of Corrego do Meio mine, property of Vale S.A. and located close to Sabara city. For the decommissioning of the pit was designed a drainage system to collect the superficial flow associated to a buttress composed by materials from the waste dumps and the earth fill of the main tailing dam (Galego dam) to confine the large erosions across the pit walls. Besides, the localized erosions should be treated with bag soil-cement, wire meshes and shotcrete. Finally, the solutions indicated in the detailed design are appropriate and consistent with the best engineering practices for the decommissioning of mining areas.

Palavras-Chave – Descomissionamento de cava; mina Córrego do Meio; Quadrilátero Ferrífero.

1 Geól., Dr., VOGBR Recursos Hídricos e Geotecnia Ltda, Belo Horizonte - MG, (31) 9131 2808, fmagalhaes@vogbr.com.br 2 Eng., M.Sc., VOGBR Recursos Hídricos e Geotecnia Ltda, Belo Horizonte - MG, (31) 9699 6935, malmeida@vogbr.com.br 3 Geól., M.Sc.., VALE S.A.., Belo Horizonte - MG, (31) 3215 3619, gilvan.sa@vale.com 4 Eng., D.Sc., VALE S.A., Belo Horizonte - MG, (31) 3215-3190, allan.maia@vale.com 5 Eng., VOGBR Recursos Hídricos e Geotecnia, Belo Horizonte - MG (31) 2519-1037, halves@vogbr.com.br

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1. INTRODUÇÃO

A cava da mina Córrego do Meio, de propriedade da empresa Vale S.A. (VALE), faz parte do chamado Grupamento Mineiro do Córrego do Meio, e se encontra localizada no município de Sabará em Minas Gerais na região metropolitana de Belo Horizonte (Figura 1). Após 89 anos em operação, a mina Córrego do Meio teve suas atividades finalizadas em 2005.

Figura 1 – Localização da Cava de Córrego do Meio. Fonte: Google Earth.

A Figura 2 apresenta imagem aérea da cava da mina Córrego do Meio de junho 2013, onde se notam diversas feições erosivas em seus taludes.

Figura 2 – Imagem aérea da Cava Córrego do Meio de junho 2013. Fonte – VALE.

O projeto de descomissionamento desta cava prevê a execução de um aterro na área do lago, o qual será constituído por materiais provenientes das pilhas de estéril, do maciço da barragem de contenção de rejeitos (Barragem do Galego) e de parte dos rejeitos dispostos nesta barragem. Além disso, com a finalidade de recuperação e controle das maiores erosões existentes na cava, este aterro estará associado a um novo sistema de drenagem superficial.

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Erosões menores e pontuais deverão ser tratadas com solo-cimento ensacado, telas de proteção e concreto projetado.

A Figura 3 apresenta em planta uma imagem atual da cava com o aterro projetado e a Figura 4 apresenta a seção mais crítica AA’.

Figura 3 – Imagem atual da cava com o aterro projetado e a disposição do rejeito, com a indicação da seção

AA’.

Figura 4 – Seção AA’ com representação da geologia e dos aterros projetados. Legenda: IB_III, IV – itabirito classes III e IV; XT_IV – xisto classe IV; HC_III – Hematita Compacta classe III; HG_V – hematita goetítica

classe V.

2. ESTUDOS GEOLÓGICO-GEOTÉCNICOS

Inserida no Quadrilátero Ferrífero, a Mina Córrego do Meio localiza-se em uma de suas estruturas notáveis: o homoclinal da Serra da Piedade, uma cordilheira com mais de 100 km de extensão, sendo que o arcabouço estratigráfico das rochas supracrustais encontra-se em sucessão invertida. Em grande parte dos taludes da cava verificam-se itabiritos da Formação Cauê (Grupo Itabira), xistos e quartzitos (Grupo Piracicaba).

Estruturalmente, as feições de interesse para a elaboração de um modelo geoestrutural são a foliação e as famílias de juntas.

Seção AA’

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A estrutura de maior destaque presente nos vários litotipos é a foliação expressa principalmente por bandamento composicional e xistosidade. No geral, essas feições foram paralelizadas pelos processos tectônicos.

As famílias de juntas ocorrem seccionando a foliação, sendo, pois, posteriores a ela. São superfícies planares que se apresentam entrecruzadas em número de uma a três famílias em cada ponto de observação, tendo desenvolvimentos desiguais de ponto para ponto em termos de famílias presentes, espaçamentos e persistências. Estas famílias são mais expressivas nas rochas mais competentes, como o itabirito compacto, hematita compacta e quartzito (chert). As orientações das famílias variam provavelmente devido à anisotropia e heterogeneidade do maciço fraturado.

A classificação geomecânica do maciço foi elaborada a partir do sistema RMR (Bieniawisky, 1989, 2011), dos dados levantados no mapeamento geomecânico da cava atual e com base em descrições geotécnicas de furos de sondagem. Assim, foram geradas sete seções geomecânicas verticais de orientação NW-SE nos quatro setores geométricos da cava, indicadas na Figura 5.

Figura 5 – Localização das seções empregadas na análise de estabilidade da cava.

O maciço rochoso da cava é basicamente constituído pelas seguintes classes geomecânicas:

• Classe I-II (maciço bom a muito bom) ocorre sob a forma de lentes em meio ao material de classe III;

• Classe III (maciço regular) ocorre na região centro-leste e sul;

• Classe IV (maciço pobre);

• Classe V (maciço muito pobre) que recobre a maior parte das regiões NNE e SW da cava (predominante).

As análises de estabilidade objetivaram investigar a geometria da cava final de forma a verificar os fatores de segurança (FS) mínimos para o atendimento das questões legais do plano

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de fechamento da cava da mina Córrego do Meio, considerando os modos de rupturas passíveis de ocorrência, condições geométricas e hidrogeológicas.

As análises cinemáticas indicaram apenas a possibilidade de rupturas planares, motivo pelo qual as análises foram realizadas no programa RocPlane v. 2.0 (Rocscience Inc.) com resposta do FS superiores a 1,30. Entretanto, mediante o programa Slide v. 5.0 (Rocscience Inc.) foram também analisadas rupturas do tipo circular e plano-circular.

A Tabela 1 resume os parâmetros geotécnicos considerados nas análises de estabilidade, bem como os parâmetros de pilha nos locais onde as seções de análise englobaram a pilha de estéril na parte superior da cava.

Tabela 1 – Parâmetros geotécnicos considerados nas análises de estabilidade.

Material Classe Geomecânica

γn (kN/m³)

c' (kPa) φ' (º) // ⊥ // ⊥

Pilha de estéril* - 19 - 10 - 30 Solo Laterítico (SL)* V 19 - 100 - 26

Itabirito (IB) IV 30 60 100 36 37 III 32 80 200 37 40

Hematita Compacta (HC) IV 30 60 100 36 37 III 32 80 200 37 40

Hematita Goethítica (HG) V 30 30 34 28 30

Xisto (XT) V* 18 25 28 18 24 IV 22 30 80 35 36

Quartizito (QT) III 25 80 150 36 38 * Parâmetros obtidos por meio de ensaios. Os demais foram estimados com base na experiência da equipe executora. onde: γn – peso específico aparente natural; c’ – coesão efetiva; φ’ – ângulo de atrito efetivo.

Os resultados das análises de estabilidade para as geometrias atuais (taludes de bancada e global) apresentaram valores do FS superiores a 1,30 nas seções típicas analisadas. A Tabela 2 resume os resultados obtidos para as análises de estabilidade globais para os modos de ruptura do tipo plano-circular e circular nos quatro setores geométricos da cava. A Figura 6 ilustra por meio das seções A-A’ e D-D’ a resposta gráfica obtida.

Tabela 2 – Resumo dos resultados obtidos para as análises de estabilidade globais das seções típicas.

Seção Altura da Cava (m)

Ângulo Global (°)

Modo de Ruptura

Fator de Segurança

AA’ 198 29

Plano-circular

1,31

BB’ 199 30 1,56

CC’ 197 31 1,46

DD’ 169 28 1,37

EE’ 74 25 Circular

2,09 FF’ 84 28 1,82

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Seção A-A’ Seção D-D’

Figura 6 – Resultados obtidos para as análises de estabilidade globais das seções típicas.

3. ETAPAS DE PROJETO

O projeto para descomissionamento da cava da mina Córrego do Meio considera a realização de diversas etapas, as quais são descritas a seguir.

• Rebaixamento do nível de água – A água do lago existente na cava será totalmente bombeada (volume aproximado de 60 mil m³), sendo posteriormente o nível freático mantido a 2 m abaixo da superfície do terreno. Assim, propiciará condições adequadas para receber o aterro projetado possibilitando melhores condições de trabalho e tráfego dos equipamentos;

• Acessos construtivos e de manutenção – Os acessos existentes na cava serão mantidos e adequados para a obra tendo em média 6 m de largura com rampas de no máximo 15%;

• Aterro com material proveniente das pilhas de estéril – Após o bombeamento do lago da cava se iniciará a execução do aterro com material proveniente das pilhas, totalizando um volume aproximado de 450 mil m³. O material proveniente das pilhas deverá ser selecionado para a fração grosseira (matacões de itabirito) ficarem na base do aterro ou no fundo da cava. O material será compactado por passadas dos equipamentos de terraplenagem, sem controle de compactação;

• Aterro com material proveniente do corpo da barragem do Galego – Acima da cota 957 m (Figura 4), o aterro será envelopado com uma camada de solo mais nobre para proteção superficial, proveniente do maciço da barragem do Galego. Este aterro será compactado com grau de compactação de 98% do Proctor normal;

• Disposição de Rejeito – A disposição do rejeito na cava está prevista para iniciar quando o aterro estiver na elevação 957 m (Figura 4);

• Drenagem superficial – O sistema de drenagem superficial proposto tem por objetivo coletar as águas provenientes do escoamento superficial sobre os taludes e áreas a montante da cava, e conduzi-las, de forma ordenada, até as áreas compostas por materiais não erodíveis;

IB_III

HC_III

Pilha

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• Solo-cimento ensacado – Algumas erosões menores serão tratadas com solo-cimento ensacado. Os taludes recuperados e revegetados com grama em placa manterão inclinação de 1(V):1(H);

• Concreto projetado – Pontualmente, em uma região da cava composta por itabirito semi-compacto, haverá a aplicação de concreto projetado devido a impossibilidade de uso de equipamentos de escavação;

• Aplicação de mantas – A proteção superficial dos taludes em determinados setores da cava foi definida em função das características geológicas da cava. O sistema de proteção será composto por malha metálica associada a cabos de aço de 8 mm em conjunto com material geossintético (tipo geomanta). Antes da aplicação das mantas propõe-se a execução de hidrossemeadura visando o desenvolvimento de vegetação para mitigação de erosões superficiais;

• Asfalto usinado a frio - As bermas dos taludes deverão ser revestidas com asfalto usinado a frio, com a finalidade de controle do escoamento das águas superficiais de forma a eliminar a ocorrência de erosões.

4. ESTUDOS GEOTÉCNICOS

Os estudos geotécnicos realizados para o descomissionamento da cava resumem-se nas análises de estabilidade das diferentes etapas construtivas do aterro de recuperação das principais erosões e para a seção mais crítica de aplicação do solo cimento ensacado, conforme descrito abaixo:

• Etapa Construtiva – Construção do aterro com material das pilhas de estéril e do maciço da barragem do Galego;

• Etapa Definitiva – Aterro final com rejeito disposto até a cota 957,0 m;

• Tratamento das erosões com solo-cimento ensacado.

A seção utilizada nas análises de estabilidade é apresentada na Figura 3.

A Tabela 3 resume os parâmetros de resistência de Mohr-Coulomb dos materiais envolvidos nas análises de estabilidade.

Tabela 3 – Solos - Parâmetros de Resistência e Peso Específico dos Materiais.

Material γ (kN/m³) c’ (°) φ’ (°)

Aterro da Barragem 20 8 32

Aterro de Pilha 19 10 30

Rejeito* 19 10 22

Solo Cimento Ensacado* 20 20 31 Onde: γ – peso específico aparente natural; c’ – coesão efetiva e φ’ – ângulo de atrito efetivo * Parâmetros estimados.

A Figura 7 apresenta os resultados das análises de estabilidades para as etapas construtiva

e definitiva do aterro proposto. A Figura 8 apresenta a análise de estabilidade para a seção mais crítica de uma das erosões recuperada com solo cimento ensacado.

Ressalta-se que os resultados destas análises apresentaram valores de fator de segurança satisfatórios, dentro dos limites tecnicamente recomendadas. Assim, baseado nos dados atualmente disponíveis, pode-se dizer que os procedimentos propostos atendem aos critérios de segurança para as etapas construtiva e definitiva.

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Etapa Construtiva Etapa Definitiva

Figura 7 – Análise de estabilidade para a etapa construtiva e definitiva do aterro.

Figura 8 - Análise de estabilidade da seção mais crítica tratada por solo cimento ensacado.

5. CONCEPÇÃO DA DRENAGEM SUPERFICIAL

O emprego de um sistema de drenagem superficial configura-se em uma importante ação para o descomissionamento da cava, e tem por objetivo coletar as águas provenientes do escoamento superficial sobre os taludes e conduzi-las, de forma ordenada, até seu ponto de desaguamento, evitando o desenvolvimento de processos erosivos.

O sistema proposto é constituído basicamente pelas seguintes estruturas:

• Bermas protegidas com asfalto usinado a frio atuando como canais de drenagem, cuja função hidráulica será de conduzir os escoamentos superficiais provenientes das bancadas da cava até as descidas de água;

• Descidas de água sobre os taludes em concreto armado, responsáveis por coletar os escoamentos provenientes das bermas, destinando-os ao fundo da cava;

• Canal extravasor, tendo como objetivo permitir o deságue da água acumulada no fundo da cava ao talvegue natural. O canal extravasor será concebido com perfil longitudinal em degraus onde a topografia possuir altas declividades, de forma a auxiliar na dissipação da energia do fluxo de água;

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• Bacia de dissipação concebida em concreto armado e implantada na saída do canal extravasor, com o objetivo de minimizar a energia do fluxo de água e a ocorrência de processos erosivos no trecho de restituição ao talvegue natural.

Ressalta-se que o sistema de drenagem superficial proposto está em conformidade com as soluções geotécnicas para o tratamento das erosões existentes e estabilidade dos taludes da cava.

6. CONCLUSÕES

As soluções geotécnicas adotadas consistem na execução do aterro com material proveniente das pilhas e da barragem do Galego e em tratamentos pontuais das erosões.

Os resultados das análises de estabilidade tanto para os taludes remanescentes da cava quanto para as etapas construtivas do aterro apresentaram fatores de segurança maiores que o mínimo necessário para a segurança do empreendimento.

Em relação aos aspectos hidrológicos e hidráulicos foi proposto um sistema de drenagem superficial e periférica para a cava, visando conduzir, de forma ordenada, o escoamento superficial da cava da mina Córrego do Meio, evitando a instalação e/ou propagação de processos erosivos.

Deste modo, considera-se que os estudos geológicos, geotécnicos e hidráulicos apresentados para a fase do projeto executivo de descomissionamento da cava da mina Córrego do Meio apresentam-se adequados e como as melhores soluções de engenharia.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a VALE pela disponibilização dos dados de projeto e pelo incentivo à publicação dos resultados deste trabalho.

REFERÊNCIAS

BIENIAWSKI, Z.T. (1989). “Engineering rock mass classification”. New York: John Wiley. 248p.

BIENIAWSKI, Z.T. (2011). “Misconceptions in the Applications of Rock Mass Classifications and their Corrections”. Seminar on Advanced Geotechnical Characterization for Tunnel Design. ADIF. Madrid, Spain. 35p.

Rocscience Inc. (2001). “RocPlane Version 2.0 – Planar Sliding Stability Analysis for Rock Slopes”. www.rocscience.com, Toronto, Ontario, Canada.

Rocscience Inc. (2006). “Slide Version 5.0 – 2D Limit Equilibrium Slope Stability Analysis”. www.rocscience.com, Toronto, Ontario, Canada.