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EVERTON CONCEIÇÃO DA SILVEIRA CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E SEUS POSSÍVEIS IMPACTOS AMBIENTAIS OCORRIDOS EM MINAS A CÉU ABERTO NA CIDADE DE BUTIÁ NO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL Canoas, 2007

CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E … · 1 everton conceiÇÃo da silveira carvÃo mineral na geraÇÃo de energia elÉtrica e seus possÍveis impactos ambientais

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EVERTON CONCEIÇÃO DA SILVEIRA

CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E SEUS

POSSÍVEIS IMPACTOS AMBIENTAIS OCORRIDOS EM MINAS A

CÉU ABERTO NA CIDADE DE BUTIÁ NO ESTADO DO RIO GRANDE

DO SUL

Canoas, 2007

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EVERTON CONCEIÇÃO DA SILVEIRA

CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E SEUS

POSSÍVEIS IMPACTOS AMBIENTAIS OCORRIDOS EM MINAS A

CÉU ABERTO NA CIDADE DE BUTIÁ NO ESTADO DO RIO GRANDE

DO SUL

Trabalho de conclusão apresentado para banca examinadora do curso de Ciências Biológicas - Bacharelado do Centro Universitário La Salle - UNILASALLE, como exigência parcial para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Biológicas, sob orientação do Prof. Dr.Sydney Sabedot.

Canoas, 2007

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TERMO DE APROVAÇÃO

EVERTON CONCEIÇÃO DA SILVEIRA

CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA E SEUS

POSSÍVEIS IMPACTOS AMBIENTAIS OCORRIDOS EM MINAS A

CÉU ABERTO NA CIDADE DE BUTIÁ NO ESTADO DO RIO GRANDE

DO SUL

Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de

Bacharel em Ciências Biológicas do Centro Universitário La Salle - Unilasalle, pelo

avaliador.

___________________________________

Prof. Dr. Sydney Sabedot

3

DEDICATÓRIA

Dedico esta conquista à Maria de Lourdes,

Vanda e Paulo Sérgio por todo incentivo e

paciência que me ofereceram.

4

AGRADECIMENTO

Aos colegas de trabalho, Anderson e Everson,

por todo apoio dado.

Ao orientador Sydney, pela contribuição, dentro

de sua área, para o desenvolvimento deste

trabalho.

5

RESUMO A energia elétrica se tornou, para humanidade, um elemento de extrema necessidade cotidiana em todos os níveis sociais, sendo consumida de maneira que para equacionar esta crescente demanda provocada pelo crescimento populacional mundial, o setor energético procure a diversificação ou o aprimoramento de suas fontes de energia sistematicamente. Contudo, o aumento da participação do carvão na matriz energética de alguns paises faz com que profissionais de diversas áreas, em especial os ligados ao meio ambiente, procurem minimizar os danos ambientais causados por este material, uma vez constatado que, a partir do acúmulo desordenado dos rejeitos carboníferos o comprometimento ambiental na região provocado pela alteração na qualidade da água, do ar e do solo, bem como a vegetação e a fauna se torna fato. Assim, realizou-se o presente estudo com o objetivo de expor os principais problemas ambientais promovidos pelo acúmulo desregrado dos rejeitos carboníferos na área de depósito da atividade mineradora em minas a céu aberto na cidade de Butiá, Rio Grande do Sul, levando em consideração, a suma importância do carvão mineral como fonte energética para a humanidade. Também mostra alguns testes em diferentes tipos de solos que podem ser utilizados para impermeabilizar depósitos de rejeitos e impedir a contaminação de aqüíferos. Palavras-chave: Carvão, Mineração, Rejeitos Carboníferos, Impacto Ambiental, Matriz Energética, Energia Térmica, Estudo de Solos Impermeabilizante.

ABSTRACT The electric power became a daily utility element for the humanity in all social levels. The population growth demands the diversification of the energy section, which it should find new sources of energy. Professionals of several areas, especially those linked to the environment, they are concerned with the increase of the use of the coal in energy, in some countries, because the disordered accumulation of the waste coal can promote degradation of the quality of the water, air, soil, vegetation and fauna. This study has the objective of exposing the main environmental problems promoted by the disordered accumulation of the waste carboniferous in open pit mining areas, in the Butiá city, Rio Grande do Sul state. It also presents some tests in different soils types that can be used to make waterproof in waste deposits and to avoid the aquiferous contamination. Key words: Coal, Mining, Carboniferous tailings, Environmental Impact, Energy Head office, Thermal Energy, Study of Soils impermeable.

6

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO.......................................................................................................... 8

2 CONCEITOS AMBIENTAIS................................................................................... 10

2.1 Meio ambiente.................................................................................................... 10

2.2 Qualidade ambiental.......................................................................................... 11

2.3 Degradação ambiental....................................................................................... 11

2.4 Poluição ambiental............................................................................................ 12

2.5 Impacto ambiental............................................................................................. 12

2.6 Recuperação ambiental.................................................................................... 13

2.7 Avaliação de impacto ambiental...................................................................... 14

2.8 Estudo de impacto ambiental........................................................................... 15

2.9 Relatório de impacto do meio ambiente.......................................................... 16

3 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL BRASILEIRA........................................................... 17

4 COPELMI................................................................................................................ 19

5 FLORA GLOSSOPTERIS...................................................................................... 22

6 ORIGEM DO CARVÃO MINERAL......................................................................... 24

7 RESERVAS MUNDIAIS DE CARVÃO MINERAL.................................................. 27

8 CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA E A MATRIZ ENERGÉTICA

BRASILEIRA............................................................................................................. 30

9 MÉTODOS DE MINERAÇÃO DE CARVÃO.......................................................... 33

9.1 Mineração de carvão a céu aberto................................................................... 33

9.1.1 Método de lavra em tiras (Stripping Mining)..................................................... 33

9.1.1.1 Método de lavra de descobertura com Dragline (Dragline Stripping

Method)...................................................................................................................... 34

9.1.1.2 Método de lavra em bancadas/escavadeira - Caminhões............................. 35

9.1.1.3 Método de lavra de carvão em blocos com combinação trator - Scraper...... 35

9.2 Mineração de carvão em subsolo..................................................................... 36

9.2.1 Método de câmaras e pilares (Room and Pillar).............................................. 37

9.2.2 Método de lavra de carvão com caimento de teto............................................ 37

7

9.2.2.1 Método Longwall............................................................................................ 37

10 BENEFICIAMENTO DO CARVÃO MINERAL..................................................... 39

11 CONTAMINANTES AMBIENTAIS E IMPACTOS AMBIENTAIS DECORRIDOS

DA EXTRAÇÃO DO CARVÃO MINERAL................................................................. 41

11.1 Contaminação do solo.................................................................................... 43

11.2 Contaminação da atmosfera.......................................................................... 43

11.3 Contaminação da água.................................................................................... 44

12 METODOLOGIAS ALTERNATIVAS.................................................................... 46

12.1 Seleção de material.......................................................................................... 46

12.2 Impeditivas e ou mitigadoras dos impactos ambientais............................. 46

12.2.1 Impermeabilização da base............................................................................ 46

12.2.2 Sistema de drenagem e armazenamento de lixiviados pluviais..................... 49

13 ENSAIOS GEOTÉCNICOS.................................................................................. 50

13.1 Permeabilidade................................................................................................. 50

13.2 Análise Granulométrica................................................................................... 52

13.3 Limites de Attenberg....................................................................................... 53

14 METODOLOGIA................................................................................................... 54

15 RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................ 55

16 CONCLUSÕES..................................................................................................... 64

REFERÊNCIAS......................................................................................................... 65

ANEXO A - Folhas de ensaios................................................................................... 69

8

1 INTRODUÇÃO

A humanidade atingiu um patamar de consumo de energia elétrica que exige

um grande empenho do setor energético, seja diversificando ou aprimorando suas

fontes de energia para suprir, de maneira efetiva, esta crescente demanda.

Estudos recentes mostram que está cada vez mais difícil equacionar o

problema energético dos paises, visto que esta demanda energética se torna maior

a cada ano. Cita-se a Argentina como exemplo, pois seus gestores já andam

discutindo, de maneira drástica, como possível medida, o racionamento de energia

no país para evitar um caos muito maior.

A partir do histórico crescimento demográfico nacional fica possível fazer

projeções de consumo de energia elétrica para os próximos anos, antecipando

assim a ocorrência do cenário preocupante, do ponto de vista energético, que

assolou a nação vizinha no país.

Neste sentido, conforme Gavronski (2007), o aumento da população e o

desenvolvimento da economia criam a necessidade de expansão de mais de quatro

mil megawatts da energia nova por ano no Sistema Interligado Nacional (SIN).

Segundo o Balanço Energético Nacional (2003), em termos de participação na

matriz energética mundial o carvão mineral é atualmente responsável por cerca de

7,9% de todo o consumo mundial de energia e de 39,1% de toda a energia elétrica

gerada.

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) (2003), o

carvão mineral é o mais abundante dos combustíveis fósseis, com reservas

provadas da ordem de um trilhão de toneladas, o suficiente para atender à demanda

energética mundial atual por mais de 200 anos.

Desta maneira, a geração de energia em usinas térmicas à carvão mineral

9

parece uma alternativa viável do ponto de vista da abundância e da distribuição

geográfica das reservas, e do baixo custo e estabilidade dos preços em comparação

a outros combustíveis.

A humanidade utiliza os recursos naturais do planeta para suprir suas

necessidades contemporâneas, fazendo uso de tecnologias e métodos de extração

desses recursos.

Por sua vez, as tecnologias e métodos de extração do carvão mineral parecem

de pouca eficiência, visto que para a retirada deste material acaba sendo gerado um

volume de rejeitos muito grande.

Na produção de carvão energético, de acordo com Stewart e Daniels (1992), os

rejeitos carboníferos originados nas plantas de beneficiamento, durante o processo

de fracionamento, separação e limpeza do carvão ficam na ordem de 30 a 60% do

material minerado de acordo com sua composição química, e acabam interagindo de

maneira poluidora com o meio ambiente, fazendo com que a ciência procure

alternativas mitigadoras desses impactos.

Por fim, os rejeitos carboníferos mal administrados na área de depósito do

empreendimento minerador, produzem um impacto ambiental negativo ao meio

ambiente poluindo o ar, a água, o solo, bem como a vegetação e a fauna, podendo

apresentar elevado comprometimento ambiental para a região.

O presente trabalho está desenvolvido a partir da ótica exposta, onde serão

elencados, como objetivo geral, os principais problemas ambientais promovidos pelo

acúmulo desregrado dos rejeitos carboníferos na área de depósito da atividade

mineradora em minas a céu aberto na cidade de Butiá, do Estado do Rio Grande do

Sul, levando em consideração a suma importância do carvão mineral como fonte

energética para a humanidade. Como objetivos específicos, expõem-se os

processos poluidores do ar, da água e do solo decorrentes do acúmulo desordenado

desses rejeitos na área de depósito do mineral extraído, e sugerem-se metodologias

alternativas de caráter impeditivo e ou mitigador, que possam ser utilizadas

posteriormente para o processo de prevenção de impactos ambientais, e o

desenvolvimento de metodologia apropriada para a seleção de materiais adequados

para impermeabilização da base da área do depósito dos rejeitos carboníferos.

10

2 CONCEITOS AMBIENTAIS

No presente trabalho faz-se indispensável um precedente nivelamento basal,

para proporcionar um melhor entendimento e situação do tema abordado,

objetivando uma correta adequação e uso dos conceitos ambientais empregados no

estudo.

2.1 Meio ambiente

Considera-se meio ambiente o conjunto de elementos constituídos das águas

interiores ou costeiras, superficiais ou subterrâneas, subsolo, ar, flora, fauna e

comunidades humanas e seus inter-relacionamentos.

De acordo com Fogliatti et al. (2004), meio ambiente é o conjunto de condições,

leis, influências e interações de ordem física, química e biológica, que permite,

abriga e rege a vida em todas as suas formas.

O meio ambiente é formado por três subconjuntos: o meio físico, composto

pelas águas, o solo e o ar; o meio biótico, composto pela flora e fauna; e o meio

antrópico, composto pelos seres humanos e seus relacionamentos entre si e com os

demais elementos.

O ser humano é o único ser vivo com a capacidade de improvisar

ilimitadamente quando submetido aos mais variados contextos a partir de sua

interação com os demais subconjuntos. Com isto ele modifica o ambiente que o

cerca de modo a torná-lo mais adequado ao seu tipo de vida.

11

2.2 Qualidade ambiental

As inúmeras interações dinâmicas regionais entre os diferentes elementos

constitutivos do meio ambiente e da sociedade acabam caracterizando um quadro

ambiental que, de maneira resultante, expõe a qualidade ambiental do local.

Conforme o Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais

Renováveis (IBAMA) (2001), a percepção da qualidade ambiental é determinada

pela valoração relativa de cada componente associada às características naturais e

antrópicas de cada região. Sendo assim, fazer uma avaliação da qualidade

ambiental é ponderar a partir de elementos objetivos, avaliados através de

estimativas e/ou medições dos impactos percebidos pela sociedade, e subjetivos

que são representativos do juízo de valor que esta sociedade atribui às condições

ambientais a que está submetida.

2.3 Degradação ambiental

Conforme Johnson et al. (1997), a degradação ambiental possui conotação

negativa. Seu uso na literatura ambiental científica é quase sempre ligado a uma

mudança artificial ou perturbação de causa humana; é, geralmente, uma redução

percebida das condições naturais ou do estado de um ambiente. Como agentes

causadores de degradação ambiental explicitam-se atividades humanas sobre o

meio ambiente e algumas causas naturais.

Segundo Sánchez (2006), degradação ambiental é qualquer alteração adversa

dos processos, funções ou componentes ambientais, ou condição adversa da

qualidade ambiental. Degradação ambiental corresponde a impacto ambiental

negativo.

O ambiente construído degrada-se tanto quanto os espaços naturais. A

degradação refere-se ao estado de alteração de um ambiente.

A recuperação de um ambiente está ligada diretamente ao seu grau de

perturbação. Dependendo do grau de perturbação o ambiente pode se recuperar

espontaneamente, mas a partir de certo nível de degradação a recuperação

12

espontânea pode ser impossível ou somente se houver um prazo muito longo, desde

que a fonte de perturbação seja retirada. Geralmente se faz necessário o uso de

uma ação corretiva.

2.4 Poluição ambiental

Tendo origem latina o verbo poluir, polluere, significa profanar, manchar, sujar.

Poluir é profanar a natureza, tendo como causa as atividades humanas que, no

sentido etimológico, “sujam” o ambiente.

Conforme Sánchez (2006), poluição ambiental é a introdução no meio ambiente

de qualquer forma de matéria ou energia que possa afetar negativamente o homem

ou outros organismos.

Entende-se por poluição ambiental o lançamento ou a liberação nas águas, no

solo ou no ar, de toda e qualquer matéria ou energia, com intensidade, qualidade,

concentração ou com características em desacordo com os padrões normais de

qualidade do ambiente natural local, que por sua vez tornem ou possam tornar os

mesmos impróprios, ou nocivos à saúde dos seres tornando-os inconvenientes ao

bem estar daqueles que interagem direta ou indiretamente com este meio.

2.5 Impacto ambiental

Conforme a resolução do Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA)

nº001/86, o impacto ambiental é definido como qualquer alteração das propriedades

físicas, químicas e biológicas do meio ambiente causada por qualquer forma de

matéria ou energia resultante das atividades humanas que direta ou indiretamente,

afetam:

I - a saúde, a segurança e o bem estar da população;

II - as atividades sociais e econômicas;

III - a biota;

IV - as condições estéticas e sanitárias do meio ambiente;

13

V - a qualidade dos recursos ambientais.

Para Sánchez (2006), impacto ambiental é a alteração da qualidade ambiental

que resulta da modificação de processos naturais ou sociais provocada por ação

humana.

A mudança em um parâmetro ambiental, num determinado período e numa

determinada área, que resulta de uma dada atividade, comparada com a situação

que ocorreria se essa atividade não tivesse sido iniciada, caracteriza impacto

ambiental (WATHERN, 1988).

Para Canter (1977), o impacto ambiental é qualquer alteração no sistema

ambiental físico, químico, biológico, cultural e sócio-econômico que possa ser

atribuído às atividades humanas, relativas às alternativas em estudo para satisfazer

as necessidades de um projeto.

De acordo com Moreira (1992), qualquer alteração no meio ambiente em um ou

mais de seus componentes provocados por uma ação humana é impacto ambiental.

Conforme Westman (1985), o efeito sobre o ecossistema de uma ação induzida

pelo homem é impacto ambiental.

Segundo Bolea (1984), o impacto ambiental pode ser conceituado como a

diferença entre a situação do meio ambiente futuro modificado pela realização de um

projeto e a situação do meio ambiente futuro, sem a realização do mesmo.

Pode-se caracterizar o impacto ambiental quanto ao seu valor (positivo ou

negativo), ao espaço de sua ocorrência (local, regional ou estratégico), ao seu

tempo de ocorrência (imediato, de médio ou longo prazo, permanente ou cíclico), à

sua reversibilidade (reversível ou irreversível), à sua chance de ocorrência

(determinístico ou probabilístico) e quanto à sua ocorrência (direto ou indireto).

2.6 Recuperação ambiental

De acordo com Sánchez (2006), o ambiente afetado pela ação humana pode

ser recuperado mediante ações voltadas para essa finalidade.

Recuperação ambiental é um termo geral que designa a aplicação de técnicas

de manejo visando tornar um ambiente degradado apto para um novo uso produtivo,

desde que sustentável.

14

A reabilitação é a modalidade mais freqüente de recuperação. No caso das

atividades de mineração, esta é a modalidade de recuperação ambiental pretendida

pelo regulamentador, ao estabelecer que o sítio degradado deva ter “uma forma de

utilização”.

O Decreto Federal nº 97.632, de 10 de abril de 1989, que estabelece a

necessidade de preparação de um Plano de Recuperação de Áreas Degradas para

todas as atividades de extração mineral, define, em seu art. 3°, que: “A recuperação

deverá ter por objetivo o retorno do sítio degradado a uma forma de utilização, de

acordo com um plano pré-estabelecido para o uso do solo, visando à obtenção de

uma estabilidade do meio ambiente”.

2.7 Avaliação de impacto ambiental

O Estudo de Impacto Ambiental (EIA) é o único instrumento legal, do Ministério

do Meio Ambiente, para o estabelecimento da Avaliação de Impacto Ambiental (AIA).

Sendo o EIA constituído de um conjunto de atividades técnicas e científicas que

incluem o diagnóstico ambiental com a característica de identificar, prevenir, medir e

interpretar, quando possível, os impactos ambientais.

Segundo Fogliatti et al. (2004), a AIA teve origem nos Estados Unidos da

América, como um dos instrumentos para efetivação da política nacional de meio

ambiente neste país.

Conforme Macedo et al. (1997), a AIA é um dos principais fatores de avaliação

do desempenho de todo e qualquer projeto ou empreendimento. A definição e a

eficiência das medidas, ações, decisões, recomendações e projetos ambientais

destinados à otimização de um cenário de mudanças ambientais são funções de

solidez e objetividade com se efetua esse estudo.

De acordo com Sánchez (2006), a AIA é um processo de exame das

conseqüências futuras de uma ação presente ou proposta. O significado e o objetivo

da AIA prestam-se a inúmeras interpretações.

Baasch (1995), em seu estudo sobre AIA, define o objetivo desta enquanto

instrumento de política ambiental como sendo o de tornar viável o desenvolvimento

em harmonia com o uso dos recursos naturais e econômicos.

15

O Ministério do Meio Ambiente, através da legislação brasileira, vincula a

utilização da AIA aos sistemas de licenciamento de órgãos estaduais de controle

ambiental para conceder a permissão a empreendimentos que desenvolvam

atividades que possam causar algum dano ao meio ambiente.

Sendo assim, esses órgãos de proteção ambiental, concedem tal permissão

através da emissão de licenças ambientais, classificadas como:

- Licença Prévia (LP), que é utilizada na fase preliminar do projeto, contendo

requisitos básicos para localização, instalação e operação, observando-se os planos

municipais, estaduais e federais de uso do solo;

- Licença Instalação (LI) - autoriza o início da implantação, de acordo com as

especificações constantes no projeto executivo aprovado;

- Licença de Operação (LO) - autoriza, após verificação, o início das atividades

licenciadas e o funcionamento de seus equipamentos de controle de poluição.

2.8 Estudo de impacto ambiental

Sendo um instrumento da avaliação de impactos ambientais, o Estudo de

Impacto Ambiental (EIA) tem como objetivo assegurar que os problemas ambientais

em potencial possam ser previstos e atacados no estágio inicial da elaboração do

projeto de um empreendimento.

De acordo com Silva (1989), o EIA é um processo de estudo utilizado para

prever as conseqüências ambientais resultantes do desenvolvimento de um projeto.

Este projeto pode ser, por exemplo, a construção de uma hidrelétrica, irrigação em

larga escala, um porto, uma fábrica de cimento ou um pólo turístico, entre outros.

A partir da Resolução no 001, de 23 de janeiro de 1986, do CONAMA,

estabeleceram-se as definições, as responsabilidades, os critérios básicos e as

diretrizes gerais para o uso e implementação da AIA. Sinteticamente, os principais

pontos dessa Resolução a respeito do EIA estão descritos abaixo.

Art. 5o - O EIA obedecerá às seguintes diretrizes gerais: I - contemplar todas as alternativas tecnológicas e de localização do projeto, confrontando-as com a hipótese de não execução do projeto. II - identificar e avaliar sistematicamente os impactos ambientais gerados nas fases de implantação e operação da atividade. III - definir os limites da área de influência do projeto.

16

IV - considerar os planos e programas governamentais, postos e em implantação na área de influência do projeto, e sua compatibilidade. Art. 6o - O EIA desenvolverá as seguintes atividades: I - diagnóstico ambiental que caracterize a situação da área de influência do projeto antes de sua implantação, considerando os meios físico, biológico e sócio-econômico. II - análise dos impactos ambientais do projeto e de suas alternativas, através de identificação, previsão da magnitude e interpretação da importância dos prováveis impactos relevantes. III - definição das medidas mitigadoras dos impactos negativos, avaliando a eficiência de cada uma delas. IV - elaboração do programa de acompanhamento e monitoramento dos impactos. (CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE, 1986).

2.9 Relatório de impacto ambiental

O Relatório de Impacto Ambiental (RIMA) é o documento que apresenta os

resultados dos estudos técnicos e científicos da avaliação de impacto ambiental de

forma sintética, com linguagem clara e objetiva, devendo esclarecer todos os

elementos da proposta em estudo, de modo que possam ser divulgados e

apreciados pelos grupos sociais interessados e por todas as instituições envolvidas

na tomada de decisão.

Segundo a resolução CONAMA 001/86, o RIMA deve ser apresentado de forma

objetiva e adequada à sua compreensão, devendo as informações ser traduzidas em

linguagem acessível, ilustradas por mapas, quadros, cartas, gráficos, etc.

De acordo com Silva (1989), o RIMA deve conter os objetivos e justificativas do

projeto e sua relação e compatibilidade com as políticas setoriais; a descrição do

projeto e suas alternativas tecnológicas e locacionais; a síntese dos resultados dos

estudos de diagnóstico ambiental; a descrição dos prováveis impactos da

implantação e operação da atividades; a caracterização da qualidade ambiental

futura da área de influência do projeto; a descrição dos efeitos esperados das

medidas mitigadoras em relação aos impactos negativos; o programa de

acompanhamento e monitoramento dos impactos e a recomendações quanto a

alternativa mais favorável.

17

3 LEGISLAÇÃO AMBIENTAL BRASILEIRA

Para empreendimentos de mineração, a Constituição Brasileira de 1988 cria

aspectos normativos que proporcionam condições para a proteção ambiental.

No presente trabalho foi descrito, na íntegra, o disciplinamento jurídico na

Constituição Federal Brasileira de 1988, para as questões de meio ambiente no

setor mineral. Constituindo-se assim como o norte jurídico das Diretrizes para o

Setor Mineral do Ministério de Meio Ambiente, dos Recursos Hídricos e da Amazônia

Legal, documento divulgado em 1997.

- O artigo 20, em seu inciso IX, define que são bens da União "os recursos minerais, inclusive os do subsolo"; - O artigo 21, em seu inciso XXV, dispõe sobre a competência da União em "estabelecer as áreas e as condições para o exercício da atividade de garimpagem, em forma associativa"; - O artigo 22, em seu inciso XII, estabelece que compete privativamente à União legislar sobre "jazidas, minas, outros recursos minerais e metalurgia"; - O artigo 23, em seu inciso XI, estabelece que é competência comum da União, dos estados, do Distrito Federal e dos municípios "registrar, acompanhar e fiscalizar as concessões de direitos de pesquisa e exploração de recursos hídricos e minerais em seus territórios". O Parágrafo único deste artigo determina que "lei complementar fixará normas para a cooperação entre a União e os estados, o Distrito Federal e os municípios, tendo em vista o equilíbrio do desenvolvimento e do bem-estar em âmbito nacional". - O artigo 174, estabelece que "O Estado favorecerá a organização da atividade garimpeira em cooperativas, levando em conta a proteção do meio ambiente e a promoção econômico-social dos garimpeiros" determinando 4º que "As cooperativas a que se refere o parágrafo anterior terão prioridade na autorização ou concessão para pesquisa e lavra dos recursos e jazidas de minerais garimpáveis, nas áreas onde estejam atuando e naquelas fixadas de acordo com o art. 21, inciso XXV, na forma da lei". - O artigo 176 estabelece que "As jazidas, em lavra ou não, e demais recursos minerais e os potenciais de energia hidráulica constituem propriedade distinta da do solo, para efeito de exploração ou aproveitamento, e pertencem à União, garantida ao concessionário a propriedade do produto da lavra". Os parágrafos 1º a 4º deste artigo definem como se dá a concessão para pesquisa e aproveitamento destes

18

recursos, e como é dada a participação do proprietário do solo nos resultados deste aproveitamento. - O artigo 225 Capítulo do Meio Ambiente estabelece que "Todos têm direito ao meio ambiente ecologicamente equilibrado, bem de uso comum do povo e essencial à sadia qualidade de vida, impondo-se ao poder público e à coletividade o dever de defendê-lo e preservá-lo para as presentes e futuras gerações". No 1º, inciso IV, este artigo incumbe ao poder público "exigir, na forma da lei, para instalação de obra ou atividade potencialmente degradadora do meio ambiente, estudo prévio de impacto ambiental, a que se dará publicidade". Determina-se que "Aquele que explorar recursos minerais fica obrigado a recuperar o meio ambiente degradado, de acordo com solução técnica exigida pelo órgão público competente, na forma da lei". - O artigo 231, estabelece que "Não se aplica às terras indígenas o disposto no art.174, parágrafos 3º e 4º" (referente ao garimpo, já descrito anteriormente). (REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL, 1997).

Deve-se ressaltar que, além da Constituição Federal, outros instrumentos

legais, tais como as resoluções do CONAMA e regulamentações estaduais e

municipais compõem toda a estrutura da legislação nacional.

O artigo 2º, inciso VIII da resolução Nº 001, de 23 de janeiro de 1986, do

CONAMA, dispõe que “Dependerá de elaboração de estudo de impacto ambiental e

respectivo relatório de impacto ambiental - RIMA, a serem submetidos à aprovação

do órgão estadual competente, e do IBAMA, em caráter supletivo, o licenciamento

de atividades modificadoras do meio ambiente, tais como a extração de combustível

fóssil (petróleo, xisto, carvão)”.

Conforme Milioli (1999), muitas destas leis têm origem anterior à Constituição

de 1988, não tendo sido posteriormente adaptadas às novas bases legais. Por outro

lado, muitas leis complementares, previstas na Constituição, ainda não foram

editadas. Estes fatores contribuem para que diversas questões permaneçam ainda

indefinidas, podendo-se ressaltar como a mais grave a sobreposição de

competência. Neste aspecto, são claros os artigos 22 e 23 da Constituição. Compete

"privativamente" à União legislar sobre o tema, ficando ressalvada a competência

comum federal, estadual e municipal para o registro, acompanhamento e

fiscalização do setor mineral, conforme normas de cooperação a serem definidas em

lei complementar ainda não existente e, sem dúvida, urgentemente necessária.

Por fim, o Código Florestal - Lei nº 4.771, de 1965, define Áreas de

Preservação Permanente, permitindo o desmate das mesmas somente em casos de

utilidade pública, nos quais se enquadra a extração mineral.

19

4 COPELMI

De acordo com a empresa COPELMI (2007), a mesma é uma das maiores

empresas de capital privado do país no ramo da mineração de carvão. Localizada na

BR 290, km 181, no município de Minas do Leão, Estado do Rio Grande do Sul, atua

neste mercado de forma objetiva na região carbonífera do Rio Grande do Sul e

detém a concessão de mais de três bilhões de toneladas de carvão em diversas

áreas do estado. Atualmente, atinge por meio da exploração de suas minas uma

produção superior a dois milhões de toneladas de carvão bruto/ano, gerando mais

de um milhão de toneladas de produto/ano.

Atua nos municípios de Charqueadas, Butiá, Minas do Leão, São Jerônimo,

Arroio dos Ratos e Candiota gerando em torno de 520 empregos diretos e mais

2.000 indiretos, a maioria dentro desses municípios (COPELMI, 2007).

Segundo a COPELMI (2007), as jazidas de carvão de sua exploração são

formadas por diversas camadas com espessuras variando de 0,2 a 1,5 m e um

poder calorífico (do carvão bruto) entre 2.300 e 3.900 kcal/kg. Para a obtenção dos

diferentes produtos, cada camada de carvão é lavrada e beneficiada

individualmente, visando à obtenção do produto que mais se aproxime das

características intrínsecas de cada camada.

As características básicas dos principais produtos comercializados pela

empresa estão descritas na tabela 1.

20

Tabela 1- Produtos carboníferos

Produtos Comercializados Características

CE3100 CE3700 CE4200 CE4500 CE4700 CE5200 CE6000

Poder calorífico kcal/kg 3.100 3.700 4.200 4.500 4.700 5.200 6.000

Cinza% 54% 47% 40% 38% 35% 30% 20%

Umidade% 16% 16% 16% 16% 16% 16% 16%

Enxofre% < 1,3% < 1,3% < 1,2% < 1,5% < 1,2% < 1.0% < 1,0%

Fonte: COPELMI Mineração Ltda. Disponível em: www.copelmi.com.br/produtos.

Detendo atualmente 18% do mercado nacional, sua produção atende desde o

mercado termelétrico até outras indústrias, como petroquímica, papel e celulose,

alimentação e cimento.

Segundo a COPELMI (2007), no momento a empresa estuda os seguintes

projetos para expansão, diversificação e continuidade dos negócios:

- Projeto de ampliação da capacidade de produção da mina do Seival, em

Candiota, RS, com o objetivo de fornecer carvão à Termelétrica do Seival.

- Implantação de uma Central de Resíduos na mina do Recreio (Minas do Leão,

RS), já em fase final de instalação, buscando aproveitar economicamente os

espaços criados pela mineração, com a disposição de resíduos industrial e domiciliar

de regiões próximas, bem como da Região Metropolitana de Porto Alegre.

- Projetos de expansão nas áreas de lavra, beneficiamento e de expedição de

carvão, objetivando o atendimento da demanda oriunda da Termelétrica Jacuí.

- Projeto de implantação da mina do Guaíba, no município de Eldorado do Sul,

RS, com capacidade de três milhões de toneladas/ano de carvão.

O esgotamento previsto para os próximos anos do aproveitamento hidrelétrico

competitivo direcionou o setor energético a inserir em seu planejamento de longo

prazo a expansão da geração termelétrica a carvão, por meio da ampliação do atual

parque gerador a carvão, de 1.050 MW, para 7.150 MW até o ano 2010 (COPELMI,

2007).

A COPELMI vem procurando pautar seu crescimento dentro dessa estratégia,

tanto que dispõe de autorização da ANEEL para implantar usinas termelétricas a

carvão no Estado do Rio Grande do Sul. Pretende que essa implantação se efetive

com o uso da tecnologia de combustão em leito fluidizado, pela garantia que oferece

de reduzidas emissões de particulados, dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio

21

(COPELMI, 2007).

22

5 FLORA GLOSSOPTERIS

Tendo origem Grega Glossopteris, glossa, significa "língua", pois a semelhança

morfológica de suas folhas a de uma língua humana fez com que a mesma

recebesse tal denominação.

Essa flora teve sua origem no Período Permiano, da Era Paleozóica, que

segundo Souza et al. (2004), inclui-se no intervalo de 299 a 251 milhões de anos

passados. Esse surgimento florístico marca uma época de transição climática no

continente Gondwana, conhecida pela troca das fases Ice House por Green House.

Conforme Souza et al. (2004), manusear uma amostra de carvão mineral do

Estado do Rio Grande do Sul ou de Santa Catarina, significa tocar em restos

orgânicos provenientes de plantas, que habitavam planícies que davam condições

ambientais para a geração de turfeiras, que compunham a “Flora Glossopteris” e que

viveram há cerca de 299 a 270 milhões de anos.

De acordo com Wikipédia (2007), Glossopteris é o maior e mais conhecido

gênero da extinta ordem de samambaias com sementes, onde ficaram conhecidas

como Glossopterídeas, em que suas folhas podiam exceder 30 cm de comprimento.

As Glossopterídeas, de acordo com Souza et al. (2004), eram árvores de

pequeno e médio porte tendo de quatro a seis metros de altura, pertencentes ao

grupo de Gimnospermas (plantas com sementes nuas), grupo onde se encontram

também os pinheiros, as cicas e os ginkos.

Souza et al. (2004) ainda dizem que as Glossopterídeas do grande continente

meridional de Gondwana representavam o principal grupo vegetal da “Flora

Glossopteris”, pertencendo à ordem Glossopteridales. Esta ainda era composta por

inúmeros outros gêneros, destacando-se, entre eles, os do Glossopteris, que dão o

nome à flora, os do Gangamopteris e os do Rubidgea.

23

As Cordaitaleanas (o segundo grupo mais importante da “Flora Glossopteris”)

assemelhavam-se muito com as coníferas da família das atuais araucárias e

pinheiros.

As Glossopterídeas se tornaram parte dominante da flora meridional por todo o

Período Permiano até o começo do Triássico, mas extinguiram-se no final deste

Período. As figuras 1 e 2 monstram exemplares fossilizados da mega-flora

Gondwânica.

Figura 1 - Glossopteris sp.

Fonte: COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS - CPRM. 2003.

Disponível em: http://www.cprm.gov.br/coluna/floraglosspt.html.

Figura 2 - Glossopteris australiana

Fonte: COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS - CPRM. 2003.

Disponível em: http://www.cprm.gov.br/coluna/floraglosspt.html.

24

6 ORIGEM DO CARVÃO MINERAL

De acordo com Belolli (2002), Souza et al. (2004) e Coimbra et al. (2004), a

história do carvão no Brasil se inicia há cerca de 299 milhões de anos, no período

geológico Permiano, no grande continente meridional de Gondwana. Período no

qual a crosta da Terra finaliza seu processo de formação, onde estava inserida em

um cenário cheio de terremotos, vulcões, furacões, vendavais e maremotos.

Coimbra et al. (2004) dizem, ainda, que após tal turbulência e estabilização da

crosta terrestre, um clima propício se instala, o ambiente fica mais quente e úmido, e

a vegetação começa a tomar forma, consolidando naquele local uma vasta floresta

com exemplares gigantescos favorecidos pela atmosfera rica em CO2, permitindo a

intensificação da função clorofiliana e o crescimento desses vegetais.

O carvão, objeto de estudo deste trabalho, consiste na parte celulósica de tais

florestas, transformada pelo tempo, pressão, bactérias e outros agentes

anaeróbicos, em uma massa carbonosa com alto poder calorífico condicionado a

sua composição.

Conforme Oliveira (1977), as floras formadoras dos carvões no sul do Brasil

eram floras Glossopteris puras e exclusivamente Gonduânicas.

No entanto, para Guerra-Sommer e Cazzulo-Klepzig (1983), as floras

identificadas nas camadas que englobam os carvões correspondem à zona

Glossopteris/Rhodeopteridium.

Conforme a ANEEL (2003), o carvão é uma complexa e variada mistura de

componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos, como

ocorre com todos os combustíveis fósseis. Sua qualidade, determinada pelo

conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes

orgânicos. A turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros

25

estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%; o linhito apresenta um

índice que varia de 60% a 75% de carbono; o carvão betuminoso (hulha), mais

utilizado como combustível, contém de 75% a 85% de carbono; e o mais puro dos

carvões, o antracito, apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%. A figura 3

dá uma idéia de sobreposição das diferentes camadas carboníferas, onde os

depósitos minerais de carvão variam de camadas relativamente simples e próximas

da superfície do solo e, portanto, de fácil extração e baixo custo, a complexas e

profundas camadas, de difícil extração e custos elevados.

Figura 3 - Estratificação da sobreposição do carvão mineral

Fonte: Agencia Nacional para Cultura Cientifica e Tecnológica.

Disponível em: http://www.cienciaviva.pt/home/

Partindo do princípio que o planeta é uma grande massa dinâmica e que o ciclo

das rochas atua de maneira lenta e gradativa, expondo a atuação diante do tempo

geológico, percebe-se que as sucessivas formações de florestas e os sucessivos

afundamentos ocorridos de maneira intercalada ao longo de milhares de anos em

uma mesma região, formam camadas e camadas de carvões de diferentes

composições.

Muitos cientistas da atualidade apontam que tanto o petróleo como o carvão

não são combustíveis fósseis. As emanações de metano provenientes de falhas

geológicas de grande profundidade ou exsudações de reservatórios de

TURFA

LINHITO

HULHA

ANTRACITO

26

hidrocarbonetos alimentam essas regiões pantanosas, trazendo metais, como

níquel, vanádio, mercúrio, cádmio e enxofre, entre outros, todos eles, como o

metano oriundos do manto terrestre, fixando-os junto ao carvão.

De acordo com a Fundação Estadual de Proteção Ambiental (FEPAM) (2002),

o carvão é uma rocha sedimentar combustível, constituída de materiais heterogêneo,

originado de restos vegetais depositados dentro da água. Neste ambiente, protegido

da ação do oxigênio do ar, os restos vegetais sofrem decomposição parcial, seguida

de ação bacteriana, bem como de pressões das camadas sobrepostas e de calor.

A matéria vegetal que dá origem ao carvão foi depositada em águas

relativamente rasas. Para que venham a formarem-se camadas de carvão

suficientemente espessas, de aproveitamento econômico, a bacia de deposição

deve sofrer lento rebaixamento (subsidência); desse modo, a espessura da lâmina

de água mantém-se mais ou menos constante, pois à medida que são depositados

os restos vegetais que tendem a produzir o assoreamento (enchimento) da bacia,

verifica-se igualmente a subsidência desta, de modo que a profundidade da água

permanece mais ou menos constante.

Esse processo combinado de acumulação subaquática de vegetais e de

subsidência da região durou milhares ou milhões de anos nas bacias carboníferas. O

ritmo ou a velocidade de subsidência não foi uniforme; quando o afundamento

regional se acelerava, as águas tornavam-se mais profundas e, em conseqüência,

diminuía a quantidade de matéria vegetal depositada e aumentava a de material

inorgânico (argilas, silte e areia), originando-se, assim, as intercalações de folhetos

carbonosos que se encontram entre as camadas de carvão.

Conforme a FEPAM (2002), as bacias de acumulação de sedimentos dividem-

se em bacias límnicas ou intracontinentais (lagos) e bacias parálicas, as quais têm

acesso às águas do mar.

Assim, as regiões de acumulação de matérias vegetais foram provavelmente

vastas extensões pantanosas, formando lagos ou lagunas, com vegetação

abundante.

Existem duas hipóteses quanto à proveniência da matéria vegetal: carvão

autóctone e carvão alóctone. No primeiro, a matéria vegetal originou-se de plantas

que viveram no próprio local de deposição; no segundo, as plantas que deram

origem às camadas de carvão teriam sido transportadas de outras regiões pelos rios

e depositadas na bacia de acumulação.

27

7 RESERVAS MUNDIAIS DE CARVÃO MINERAL

Os dados da tabela 2 revelam que o carvão mineral é um combustível fóssil

mundial muito abundante, visto que suas reservas naturais comprovadas ficam na

ordem de um trilhão de toneladas, possibilitando uma geração de energia e

mantendo a mesma demanda e produção mundial do ano de 2002, por cerca de 203

anos.

Tabela 2 - Reservas, produção e consumo de carvão mineral no mundo em 2002.

Reserva (R) Produção (P) Consumo R/P (*) Localidade

106ton Participação do Total 106ton Participação

do Total 106ton Participação do Total Anos

América do Norte 257.783,0 26,2% 1.072,2 22,2% 591,5 24,7% 240,4

América do Sul e Central 21.752,0 2,2% 53,8 1,1% 17,8 0,7% 404,3

Europa e Antiga URSS 355.370,1 36,1% 1.161,0 24,0% 506,1 21,1% 306,1

África e Oriente Médio 57.077,0 5,8% 231,0 24,0% 99,0 4,1% 247,1

Ásia 292.471,0 29,7% 2.314,7 47,9% 1.183,5 49,4% 126,4

Total 984.453,1 100,0% 4.832,7 100,0% 2.397,9 100,0% 203,7

Brasil 11.929,0 1,2% 5,8 0,1% 12,0 0,5% 2056,7

Fonte: BP STATISTICAL REVIEW OF WORLD ENERGY. London: BP, 2003.

Disponível em: http://www.bp.com/worldenergy.

As reservas carboníferas nacionais no ano de 2002 ficaram em torno de 12

bilhões de toneladas, correspondendo a mais de 50% das reservas sul-americanas e

a 1,2% das reservas mundiais.

A produção nacional ainda é muito pequena ficando na ordem de 0,05%, se

comparado à capacidade produtiva das reservas brasileiras.

A figura 4 expõe como está à distribuição nacional das reservas de

28

combustíveis fósseis no Brasil, demonstrando assim uma grande superioridade nos

contingentes de carvão mineral em comparação aos demais.

Ao contrário do que se pensa, o carvão mineral supera em até cinco vezes a

dimensão das reservas petrolíferas nacionais.

Figura 4 - Reservas de combustíveis fósseis no Brasil. Ano 2000.

Fonte: DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL - DNPM. 2000.

Segundo o Balanço Energético Nacional (2003), o uso energético do carvão

mineral ainda é bastante restrito, representando apenas 6,6% da matriz energética

brasileira.

Tendo como principais restrições, que acabam justificando o baixo índice de

aproveitamento do carvão no Brasil para geração de energia, os altos teores de

cinza e enxofre, que giram em torno de 50% e 2,5%, respectivamente, fazem com

que ocorra a necessidade do governo ou empresas privadas fomentar o

desenvolvimento tecnológico para melhorar o processo de beneficiamento deste

mineral.

De acordo com a ANEEL (2003), no Brasil, as principais reservas de carvão

mineral estão localizadas no Sul do País, notadamente no Estado do Rio Grande do

Sul, que detém mais de 90% das reservas nacionais.

As áreas destacadas na figura 5 situam, geograficamente, as principais jazidas

de carvão mineral da Bacia do Paraná, nos estados da região Sul do Brasil.

29

Figura 5: Localização das principais jazidas de carvão mineral da Bacia do Paraná

(RS, SC e PR).

Fonte: COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS - CPRM. 2003.

30

8 CARVÃO MINERAL NA GERAÇÃO DE ENERGIA E A MATRIZ ENERGÉTICA

BRASILEIRA

De acordo com a ANEEL (2003), no âmbito mundial, apesar dos graves

impactos sobre o meio ambiente, o carvão ainda é uma importante fonte de energia.

Elencando como principais razões para que o carvão ainda se mantenha como

importante fonte energética os seguintes itens:

a) a abundância das reservas mundiais;

b) a distribuição geográfica das reservas;

c) os baixos custos e estabilidade nos preços, relativamente a outros

combustíveis.

Segundo Agência Internacional de Energia (AIE) (1997), embora fontes

renováveis, como biomassa, solar e eólica venham a ocupar maior parcela na matriz

energética mundial, o carvão deverá continuar sendo, por muitas décadas, o

principal insumo para a geração de energia elétrica, especialmente nos países em

desenvolvimento.

Conforme a ANEEL (2000), os primeiros aproveitamentos do carvão mineral

para a geração de energia elétrica no Brasil datam do final dos anos 1950, em

decorrência da sua substituição por óleo diesel e eletricidade no setor do transporte

ferroviário.

A tabela 3 mostra que o potencial instalado de energia no Brasil, em setembro

de 2003, com a queima de carvão mineral fica na grandeza de 1.415.000 kW.

31

Tabela 3 - Centrais termelétricas a carvão mineral em operação no Brasil - 09/2003

Usina Potência (kW) Proprietário Município/ UF

Charqueadas 72.000 Tractebel Energia S/A Charqueadas/ RS

Figueira 20.000 Copel Geração S/A Figueira/ PR

Jorge Lacerda I e II 232.000 Tractebel Energia S/A Capivari de Baixo/SC

Jorge Lacerda III 262.000 Tractebel Energia S/A Capivari de Baixo/ SC

Jorge Lacerda IV 363.000 Tractebel Energia S/A Capivari de Baixo/ SC

Presidente Médici A/B 446.000 Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica

Candiota/ RS

São Jerônimo 20.000 Companhia de Geração Térmica de Energia Elétrica São Jerônimo/ RS

Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL. 2003.

Disponível em: http://www.aneel.gov.br/15.htm.

Este potencial será ampliado a partir da efetividade da construção das novas

centrais termelétricas já autorizadas pelo governo, representado pela tabela 4,

elevando, assim, o patamar do potencial energético para 4.136.700 kW.

Tabela 4 - Centrais termelétricas a carvão mineral outorgadas (construção não

iniciada) no Brasil - 09/2003

Usina Potência (kW) Proprietário Município/ UF

Concórdia 5.000 Sadia S/A Concórdia/SC

Jacuí 350.200 Tractebel Energia S/A Charqueadas/ RS

Seival 542.000 Usina Termelétrica Seival Ltda. Candiota/ RS

Sepetiba 1.377.000 Itaguaí Energia S/A Itaguaí/RJ

Sul Catarinense 440.300 Usina Termelétrica Sul Catarinense S/A Treviso/ SC

Viena 7.200 Viena Siderúrgica do Maranhão S/A Açailândia/ MA

Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA – ANEEL. Banco de Informações de Geração

– BIG. 2003.

Disponível em: http://www.aneel.gov.br/15.htm.

A figura 6 mostra a localização geográfica nacional dos empreendimentos

instalados e outorgados, geradores de energia elétrica a partir da queima do carvão

mineral.

32

Figura 6 - Mapa de localização de centrais termelétricas a carvão mineral em

operação e outorgadas no Brasil - 09/2003

Fonte: AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA - ANEEL. 2003.

Disponível em: http://www.aneel.gov.br/15.htm.

33

9 MÉTODOS DE MINERAÇÃO DE CARVÃO

Segundo Lenz e Ramos (1985), a lavra de carvão no Brasil vem sendo

desenvolvida essencialmente nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina,

responsáveis pela maior parte da produção e detentores de 99.4% das reservas de

carvão nacional.

Dependendo das condições geológicas locais, a lavra é desenvolvida tanto a

céu aberto quanto em subsolo. No Rio Grande do Sul, a mineração de carvão está

concentrada em lavras do tipo céu aberto e, secundariamente, em subsolo.

9.1 Mineração de carvão a céu aberto

9.1.1 Método de lavra em tiras (stripping mining)

Conforme a FEPAM (2002), as camadas de solo superficial e de outras

formações sedimentares que recobrem as camadas de carvão, constituindo a

cobertura estéril, são removidas no estágio inicial de lavra, propiciando a

descobertura da camada de carvão que é posteriormente lavrada. Esse tipo de lavra

envolve, genericamente, a remoção de grandes quantidades de estéril para cada

tonelada de carvão produzida, podendo causar sério impacto ambiental caso a lavra

não seja adequadamente planejada e a recuperação da área degradada definida e

executada desde seu início.

Em decorrência do fato de que a área de lavra de carvão a céu aberto é

34

relativamente irrestrita, comparada à lavra em subsolo, grandes equipamentos de

escavação, transporte e carregamento podem ser envolvidos. A seleção do sistema

de mineração a ser utilizado, precisa levar em consideração diversos fatores,

incluindo tamanho do depósito de carvão, distribuição das camadas de carvão,

controle estrutural do depósito, disponibilidade de equipamentos e compatibilidade

com outros equipamentos, vida útil do depósito e taxa de produção de carvão

(FEPAM, 2002).

O objetivo primordial deste método é retirar o máximo de carvão a um custo

mínimo e ao mesmo tempo reduzir o impacto ambiental promovido pela mineração.

9.1.1.1 Método de lavra de descobertura com Dragline (Dragline Stripping Method)

O método de lavra de descobertura que emprega dragline como equipamento

fundamental envolve a abertura de um corte inicial, removendo o carvão exposto

nesse corte e colocando o material de cobertura do próximo corte longitudinal dentro

desse corte inicial. O procedimento é repetido corte a corte. O método é empregado

em depósitos de carvão com camadas horizontalizadas ou moderadamente inclinado

com espessuras relativamente constantes do material de cobertura (FEPAM, 2002).

As draglines são escolhidas para esse tipo de operação em função

basicamente de sua versatilidade em diversas condições de operação e do baixo

custo unitário de material escavado sendo mostrado o equipamento em operação na

figura 7. As draglines podem operar com espessuras variáveis de cobertura e com

camadas múltiplas, mudando apenas o modo de operação.

35

Figura 7 - Dragline

Disponível em: http://www.bmacoal.com/opencms/export/pics/photos/bw_dragline4.jpg.

9.1.1.2 Método de lavra em bancadas/escavadeira - Caminhões

De acordo com a FEPAM (2002), o método de lavra de carvão em bancadas

combinando o uso de escavadeira e caminhões é utilizado em depósitos cujas

camadas de carvão são relativamente espessas, horizontalizadas ou levemente

inclinadas e apresentam baixa razão de descobertura. O método inicia com a

abertura inicial de uma cava colocando-se a cobertura em uma área de bota-fora

temporária. A seguir, o carvão é removido da cava inicial e o próximo corte é feito na

direção do avanço da lavra, sendo que a cobertura é transportada para a área já

lavrada onde é depositada. O carvão é removido e o processo se repete à medida

que a cava avança.

9.1.1.3 Método de lavra de carvão em blocos com combinação trator - Scraper

Conforme Hartman (1992), o método de lavra de carvão em blocos, que

36

basicamente utiliza equipamentos de construção civil como tratores e scrapers, foi

introduzido nos anos 70 como uma alternativa ao método de lavra de descobertura

com dragline. Esse método leva em consideração a habilidade dos tratores em

mover material em distâncias curtas com custos baixos e a habilidade do scraper

(figura 8) para carregar material em distâncias curtas também com custo reduzido.

Figura 8 - Trator Scraper

Disponível em: http://www.usedheavyequipment.us/Equipment/Scrapers

9.2 Mineração de carvão em subsolo

Segundo a FEPAM (2002), a mineração de carvão em subsolo no Brasil foi

desenvolvida essencialmente a partir do método de lavra de câmaras e pilares,

sendo dominante nos dois principais estados produtores de carvão, Rio Grande do

Sul e Santa Catarina.

37

9.2.1 Método de câmaras e pilares (Room and Pillar)

O método de câmaras e pilares é um método de lavra utilizado basicamente em

depósitos com camadas horizontais ou levemente inclinadas onde o teto é

sustentado primeiramente por pilares naturais. O carvão é extraído a partir de

câmaras retangulares, deixando partes do carvão entre as câmaras como pilares

para sustentar o teto (FEPAM, 2002).

Geralmente os pilares são organizados em forma regular para simplificar o

planejamento e operação de lavra. As dimensões das câmaras e pilares dependem

de diversos fatores que incluem a espessura e a profundidade do depósito, a

estabilidade do teto e a resistência do pilar. A extração máxima de carvão

compatível com a segurança dos trabalhos é o principal objetivo a ser alcançado.

9.2.2 Método de lavra de carvão com caimento de teto

Métodos de lavra com caimento de teto são baseados no caimento controlado e

planejado do teto ou rochas envolventes do depósito mineral (FEPAM, 2002).

9.2.2.1 Método longwall

Conforme a FEPAM (2002), o método de lavra conhecido como longwall é um

método que envolve o caimento do teto durante o desenvolvimento da lavra de

carvão. Esse método possui execução simples, permitindo uma produção contínua,

e apresenta enorme potencial para automatização do sistema de produção do

carvão.

Algumas características do depósito de carvão são necessárias para a

viabilização do método longwall. Entre elas destacam-se: horizontalidade ou

pequena inclinação das camadas, pouca perturbação geológica e tectônica das

camadas, teto não muito resistente para facilitar o caimento, piso com boa

38

resistência para suportar o equipamento de sustentação e continuidade do depósito.

Os painéis de longwall são limitados por galerias laterais que são escavadas na

camada de carvão em ambos os lados do painel. Basicamente a lavra poderá

ocorrer em avanço ou retração, sendo esta última uma das formas mais utilizadas.

Uma das galerias ou entradas laterais do painel é utilizada para entrada de ar,

transporte de carvão, pessoal e suprimentos e a outra para retorno do ar (FEPAM,

2002).

39

10 BENEFICIAMENTO DO CARVÃO MINERAL

Os recursos de origem mineral extraídos da natureza pelo homem nem sempre

se encontram em condições apropriadas para serem utilizados diretamente na

obtenção de bens de consumo e produção. Faz-se necessário uma adequação, para

uso futuro, destas matérias-primas minerais, onde cada uma delas tem seu método

mais apropriado de beneficiamento.

Neste sentido, segundo Sampaio e Tavares (2005), este beneficiamento

modifica e purifica tanto as matérias-primas de origem primária, materiais extraídos

diretos das jazidas, quanto às de origem secundária, resíduos urbanos e industriais,

de maneira que o resultado final seja um material apto, ou seja, contendo

proporções aceitáveis de contaminantes para o uso industrial na produção de bens

de consumo humano.

De acordo com Sampaio (2002), devido às diferentes gêneses do carvão,

existe a ocorrência de materiais inorgânicos, como a argila e a pirita misturados a

materiais orgânicos componentes do carvão, constituindo, assim, os chamados

macerais do carvão. Estes materiais argilosos e piritosos são responsáveis pela

geração de cinzas e pelo teor de enxofre, após a combustão do carvão,

respectivamente.

Conforme a FEPAM (2002), os processos de beneficiamento do carvão são

classificados, de maneira geral, de acordo com sua granulometria, e a tabela 5

mostra os processos de beneficiamento mais utilizados para esta classificação.

40

Tabela 5 - Classificação dos processos de beneficiamento do carvão mineral

Características Beneficiamento de Ultrafinos

Beneficiamento de Finos

Beneficiamento de Grossos

Beneficiamento de Grosseiros

Tamanho do grão < 0,1 mm > 0,1 mm e < 2 mm > 2 mm e < 50 mm > 50 mm

Mesas concentradoras

Jingues

Espirais concentradores

Meios densos estáticos

Processos mais utilizados Flotação

Ciclones autógenos Meios densos dinâmicos

Meios densos estáticos

Fonte: FUNDAÇÃO ESTADUAL DE PROTEÇÃO AMBIENTAL - FEPAM. Ano de 2002.

Segundo Kelly e Spottiswood (1982), o beneficiamento de ultrafinos de carvão

é executado através do processo de flotação, que se baseia em propriedades

hidrofóbicas e hidrofílicas das superfícies dos materiais carboníferos e suas

impurezas.

Já os materiais carboníferos com granulometria superior a 0,1 mm recebem

beneficiamento gravimétrico, o qual está baseado na diferença de densidade entre a

matéria orgânica, com densidade aproximada de 1,3 g/cm³, e a matéria inorgânica,

constituída de argila e pirita com densidades aproximadas de 2,0 g/cm³ e 2,4 g/cm³

respectivamente (SAMPAIO, 2002).

41

11 CONTAMINANTES AMBIENTAIS E IMPACTOS AMBIENTAIS DECORRIDOS

DA EXTRAÇÃO DO CARVÃO MINERAL

De acordo com a ANEEL (2003), os maiores impactos ambientais do carvão

decorrem de sua mineração, que afeta principalmente os recursos hídricos, o solo e

o relevo das áreas circunvizinhas, atingindo a biosfera e causando impactos que

podem ser permanentes ou temporários, dependendo do gerenciamento, das

medidas mitigadoras utilizadas e dos controles exercidos sobre a atividade.

Conforme Pinto e Kampf (2002), a pirita encontrada no carvão, linhito e outras

rochas sedimentares foi formada a partir da associação dos seus sedimentos,

durante o processo de deposição geológico, com ambientes marinhos ricos em

sulfatos. O sulfato dessas águas, em ambientes anaeróbicos e ricos em matéria

orgânica, é reduzido a sulfetos e combinado com o Ferro2+ formando a pirita,

processo influenciado por bactérias (EVANGELOU, 1995).

Conforme a FEPAM (2002), a presença ou a contaminação por pirita (FeS2),

oriundo do carvão ou de seus rejeitos, desencadeiam reações de acidificação do

solo proveniente da oxidação deste material, inibindo a ocorrência de vegetação

nestas áreas, pois os altos níveis de acidez produzidos (pH < 3,5) causam

deficiência de nutrientes para as plantas e concentrações tóxicas de metais.

De acordo com a FEPAM (2002), o processo chamado de Sulfurização

decorrente da exposição à oxidação de materiais rochosos e sedimentares

compostos de sulfetos forma o ácido sulfúrico.

Nas áreas de mineração de carvão, a manipulação de materiais aumenta a

superfície de exposição de sulfetos à oxidação, acelerando o processo natural.

Desta forma, essa reação passa a desenvolver-se nos solos construídos, nas pilhas

de rejeitos carboníferos, nas cavas abertas para extração e no processo de

42

beneficiamento de carvão, gerando a liberação de acidez para as águas de

drenagem, processo conhecido como drenagem ácida de mina (DAM) (FEPAM,

2002).

O termo drenagem ácida é usado para descrever a drenagem resultante da

oxidação natural de minerais sulfetados que ocorrem em rochas ou resíduos

expostos ao ar e à água (BELL e BULLOCK, 1996).

Segundo a FEPAM (2002), nos montes de rejeitos carboníferos da área de

depósito da atividade de extração de carvão ocorre o fenômeno chamado de

Lixiviação, que de modo geral, tanto para a ciência de geoquímica ou geologia, o

termo é utilizado para fazer referência a qualquer processo de extração ou

solubilização seletiva de constituintes químicos de uma rocha, mineral, depósito

sedimentar ou solo, pela ação de um fluido percolante.

Em determinadas regiões do sul do Brasil, mais precisamente nos estados de

Santa Catarina e do Rio Grande do Sul, têm sido observados problemas ambientais

decorrentes da deposição de rejeitos e cinzas de carvão, com a presença de

quantidades significativas desses resíduos dispostos inadequadamente, acarretando

acidificação e lixiviação dos metais pesados nos cursos d’água.

Szczepanska e Twardowska (1987) analisando a composição química de água

e drenagem, superficiais e subterrâneas, adjacentes a um depósito de rejeitos de

carvão, na Polônia, reportaram mudanças negativas na qualidade dessas águas

devido à disposição inadequada dos rejeitos. A concentração dos sólidos totais

dissolvidos nas águas estudadas aumentou de 6 a 14 vezes em comparação com

águas naturais adjacentes aos depósitos. As de sulfetos de 11 a 33 vezes e as de

cloretos de 2,5 a 25 vezes. Além desses parâmetros, as concentrações de metais

pesados, principalmente de Cu, Zn e Pb tiveram um aumento significativo.

Bell et al. (1992), comentaram, brevemente, a influência de rejeitos de carvão

nas águas subterrâneas de uma área localizada na Inglaterra, observando que as

mesmas apresentavam altas concentrações de sulfatos, cloretos, ferro e outros

metais.

De fato, todas as fases envolvidas na mineração de carvão são fontes

potenciais de contaminação de águas subterrâneas através da migração das águas.

Segundo Clarke (1995), as águas subterrâneas podem sofrer contaminação

devido à mudança nos padrões de fluxo provocados pelo rebaixamento do nível das

águas ou pela recuperação do nível freático em minas a céu aberto.

43

11.1 Contaminação do solo

No solo, os impactos são manifestados pela remoção do solo orgânico, na

deposição de rejeitos, na ação da erosão, no impacto visual e nas alterações

morfológicas que alteram o ecossistema e expulsam a fauna existente.

Conforme Griffith (1994), na lavra de carvão a céu aberto, o solo vegetal, ao ser

removido, como primeira atividade necessária à obtenção da substância mineral,

provoca a destruição da flora e fauna locais acarretando modificações pedológicas e

morfológicas.

Tendo como conseqüência imediata desta operação a perda total da vida

microbiológica do solo, a redução da matéria orgânica presente no sistema radicular

dos vegetais existentes nas áreas em questão, principalmente pela exposição à

radiação solar.

Griffith (1994) diz ainda que a exposição das camadas inferiores ao horizonte

“A”, fruto da decapagem ou desmonte, altera o grau de coesão, ficando sujeitas à

ocorrência de acentuados processos erosivos, com possibilidade de deslizamentos e

desmoronamentos que, se não controlados, irão assorear as drenagens naturais.

As drenagens ácidas da mina e as lixiviações dos depósitos de estéreis são

responsáveis pelo comprometimento da qualidade do solo, com efeitos deletérios

sobre seu uso.

11.2 Contaminação da atmosfera

Conforme a FEPAM (2002), a contaminação da atmosfera por substâncias

potencialmente tóxicas, oriundas da combustão do carvão, é significativa.

A abertura dos poços de acesso aos trabalhos de lavra, feita no próprio corpo

do minério, e o uso de máquinas e equipamentos manuais, como retroescavadeiras,

escarificadores e rafas, provocam a emissão de óxido de enxofre, óxido de

nitrogênio, monóxido de carbono e outros poluentes da atmosfera (FEPAM, 2002).

Segundo Richter et al. (1984), a poluição gerada pela queima de combustíveis

fósseis nos anos 70 foi responsável por cerca de 30% das emissões antropogênicas

44

globais, dentre os vários poluentes emitidos pelas grandes centrais térmicas a

carvão, destacam-se, tanto pela quantidade como pelo impacto ambiental, o material

particulado ou cinzas volantes e os óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx).

Conforme Foster et al. (1993), os efeitos deletérios causados pela poluição

atmosférica podem ser sentidos tanto na flora, pela obstrução dos sistemas aéreos

responsáveis pelas trocas gasosas, pelo acúmulo de poeira, como na fauna por

meio das doenças respiratórias e alérgicas.

De acordo com Caicedo (1993), a mensuração da poluição do ar na atividade

mineradora é função das condições climatológicas e da topografia local.

Conforme a FEPAM (2002), as principais fontes originadas pela mineração, são

oriundas da emissão de poeiras nas estradas de acessos, nos efeitos provocados

pelo arraste eólico nas pilhas de estéril e produtos, nos processos de perfuração e

detonação, nos processos de cominuição mecânica e nas cargas e descargas dos

produtos.

11.3 Contaminação da água

De acordo com a ANEEL (2003), durante a drenagem das minas, feita por meio

de bombas, as águas sulfurosas são lançadas no ambiente externo, provocando a

elevação das concentrações de sulfatos e de ferro e a redução de pH no local de

drenagem.

O beneficiamento do carvão gera rejeitos sólidos, que também são depositados

no local das atividades, criando extensas áreas cobertas de material líquido, as

quais são lançadas em barragens de rejeito ou diretamente em cursos de água.

Grande parte das águas de bacias hidrográficas circunvizinhas é afetada pelo

acúmulo de materiais poluentes (pirita, siltito e folhelhos). As pilhas de rejeito são

percoladas pelas águas pluviais, ocasionando a lixiviação de substâncias tóxicas,

que contaminam os lençóis freáticos (FEPAM, 2002).

Segundo Richter et al. (1984), são gerados 4 mols de H+ para cada mol de

pirita consumido nas reações de oxidação. O ácido sulfúrico intemperiza parte dos

minerais no rejeito, adicionando grande quantidade de íons à solução. Em períodos

de intensa precipitação pluviométrica, a água superficial ou a percolada através do

45

rejeito possui baixo pH, elevados teores de ferro e sulfatos e, freqüentemente,

concentrações elevadas de metais-traço.

Segundo a FEPAM (2002), os elementos Cu, Ni, Zn, Cd e Pb normalmente

encontram-se associados aos sulfetos, que são solubilizados durante as reações de

oxidação. A elevada concentração de íons H+ na água de lixiviação favorece a

solubilidade dos metais pesados, que podem comprometer a qualidade dos recursos

hídricos e atingir níveis de toxidade às plantas e aos animais. De acordo com

Stewart e Daniels (1992), a ocorrência de drenagem ácida constitui-se o principal

impacto das áreas de exploração mineral ao ambiente.

De acordo com Stewart e Daniels (1992), a mineração de carvão a céu aberto,

principalmente, acarreta impactos negativos sobre as águas superficiais e

subterrâneas, nos aspectos de redução do pH, acréscimo da condutividade, nos

sólidos em suspensão e íons em solução, entre os quais são denominados metais

pesados.

De acordo com Caicedo (1993), o assoreamento das drenagens naturais

acarreta a redução e, por vezes, a erradicação dos ecossistemas aquáticos,

juntamente com o aumento da salinidade das águas.

A redução do pH e conseqüente formação das drenagens ácidas de mina

(DAM), originadas na oxidação da pirita presente no carvão e rochas encaixantes,

acelera a mobilização de elementos menores, aumentando a carga poluidora da

atividade (FEPAM, 2002).

Conforme Foster et al. (1993), alguns dos principais problemas associados com

as atividades de mineração incluem erosão, geração de drenagem ácida de mina,

aumento da carga de sólidos suspensos e descarga de efluentes diretamente nos

corpos de água adjacentes, formação de pilhas de rejeitos dispostos

inadequadamente, destruição e degradação de florestas e terras aráveis.

Entretanto, ainda existem dificuldades acerca da percepção da poluição das

águas subterrâneas e uma ignorância ou complacência sobre seus riscos, incluindo

gerenciadores de recursos hídricos e planejadores territoriais.

46

12 METODOLOGIAS ALTERNATIVAS

12.1 Seleção de material

Objetivando a escolha de um material propício para ser utilizado como barreira

natural de drenagem impedida na área de armazenamento dos rejeitos do processo

de beneficiamento, e outros, do carvão, seria a análise, de maneira indispensável,

de um parâmetro do solo que acaba possibilitando o estudo da migração de fluidos

entre os grãos em diferentes materiais. Este parâmetro é obtido através do ensaio

de condutividade hidráulica (permeabilidade) e denominado como coeficiente de

permeabilidade do solo.

Existem diversos autores que elaboram tabelas, agrupando os solos em função

de seu coeficiente de permeabilidade, classificando-os como solos permeáveis e

impermeáveis. Em linhas gerais, solos com coeficientes de permeabilidade menores

que 10-7 cm/s são classificados como impermeáveis, tendo seu emprego e obtendo

bons resultados na impermeabilização em diversas obras de construção civil.

12.2 Impeditivas e ou mitigadoras dos impactos ambientais

12.2.1 Impermeabilização da base

O sistema de impermeabilização de base, também chamado de barreira

47

impermeável, tem a função de proteger a fundação do aterro, evitando a

contaminação do subsolo e aqüíferos adjacentes, pela migração de lixiviados

(IPT/CEMPRE, 2000).

Os sistemas de impermeabilização natural compreendem os solos argilosos

naturais de baixa condutividade hidráulica. Conforme Carvalho (1999), a

condutividade hidráulica deve variar entre 10-6 a 10-7 cm/s e as barreiras naturais

devem ter uma espessura mínima de um metro.

Solos classificados como CL (solo argiloso de baixa plasticidade), CH (solo

argiloso de alta plasticidade) e SC (solo areno-argiloso) no sistema de classificação

unificado (ASTM D - 2487) são muito utilizados para revestimento de solo

compactado como base impermeabilizante.

Já os sistemas de impermeabilização sintética são compreendidos pelas

geomembranas que, por sua vez, apresentam baixíssima condutividade hidráulica,

elevada resistência física e química e pequena espessura. Tais membranas, por

oferecerem uma permeabilidade que fica na ordem de 10-11 a 10-13 cm/s, são muito

solicitadas em obras de engenharia ambiental.

Pereira (2005) mostra um esquema de um sistema composto de

impermeabilização de base, apresentado na figura 9, onde é colocada uma camada

de proteção mecânica com a finalidade de evitar danos mecânicos a geomembrana

pela exposição às intempéries.

Figura 9 - Esquema de um sistema de impermeabilização de base

Fonte: Pereira, 2005.

Ricardo e Catalani (1990) recomendam que para execução de aterros seja

observada a seguinte seqüência construtiva de compactação do mesmo:

Proteção mecânica

Geomembrana (PEAD)

Argila compactada

Camada de solo natural

48

a) lançamento e espalhamento do material procurando-se obter,

aproximadamente, a espessura solta adotada, de forma que a energia de

compactação desejada atinja a base da camada;

b) regularização da camada para acerto da altura solta do material dentro dos

limites impostos pelas especificações;

c) homogeneização da camada pela remoção de matacões ou pela remoção de

torrões secos;

d) determinação da umidade natural do solo (hn) com o auxílio do aparelho

“speedy”, podendo ocorrer três hipóteses: hn>hót., hn=hót. ou hn<hót., em

casos em que o hn for diferente do hót deve-se fazer a correção pelo

método de aeração (hn>hót.) ou fazer o umedecimento através de

caminhões pipa;

e) estando o material dentro da faixa de umidade, passa-se à fase de rolagem,

utilizando o equipamento mais indicado, com o número de passadas

suficientes para se atingir, em toda a camada, o grau de compactação

desejado;

f) controle da compactação, comparando o grau obtido com o prescrito nas

especificações. Caso o mínimo não seja atingido a operação deverá ser

repetida.

Levando em conta os recalques permissíveis, a influência do tráfego, a

capacidade de suporte do aterro, deve-se obter um grau de compactação entre a

faixa de 95 a 100% do proctor normal, que é um ensaio de laboratório que determina

a umidade ótima (hót.) e o peso específico seco máximo (gs máx.) do solo. Quando

submetido a uma energia de compactação de modo que se obtenha a curva de

compactação que nos mostra o peso máximo de um solo colocado em um

determinado volume sob um determinado esforço (energia de compactação) estando

com umidades diferentes. Para se saber o grau de compactação que um material se

encontra no campo, deve-se dividir o (gs) de campo pelo (gs máx.) e multiplicar por

100.

49

12.2.2 Sistema de drenagem e armazenamento de lixiviados pluviais

Os lixiviados gerados pela ação de águas pluviais devem ser canalizados para

fora da base impermeabilizada na área de depósito dos rejeitos carboníferos a fim

de receberem um tratamento adequado após sua coleta e seu armazenamento em

uma bacia de contenção.

O sistema de drenagem de lixiviados deve ser projetado e construído de forma

que os drenos implantados sobre a camada de impermeabilização projetem uma

forma de espinha de peixe, com drenos secundários conduzindo os líquidos

coletados para um dreno principal que os conduzirá a um poço de reunião de fluidos

(armazenamento), de onde será transportado para uma estação de tratamento mais

próxima do empreendimento minerador.

50

13 ENSAIOS GEOTÉCNICOS

13.1 Permeabilidade

De acordo com a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) (2006), o

escoamento de água em um determinado solo só ocorre a partir de uma de suas

propriedades, sendo esta, presente em todos os materiais, permitindo um fluxo

maior ou menor de água e conhecida como permeabilidade dos solos.

Conforme Pinto (2006), os vazios existentes em um solo são decorrentes das

imperfeições morfológicas e do arranjo espacial dos grãos que o compõem, sendo

estes ocupados na sua totalidade ou em maior parte pela água. Esta água migra ou

desloca-se dentro de um solo a partir de uma diferença de potencial hidráulico.

O autor revela ainda que a partir do estudo da percolação de água nos solos,

um grande número de problemas práticos ligados a obras de engenharia podem ser

identificados, classificados e agrupados de maneiras distintas.

Segundo a UFSM (2006), os mais graves problemas de construção estão

relacionados com a presença da água, fazendo-se necessário o conhecimento e a

quantificação do coeficiente de permeabilidade, para de maneira objetiva, através de

ensaios de laboratório em amostras indeformadas ou deformadas de solo, solucionar

ou minimizar tais problemas.

A mensuração do valor do coeficiente de permeabilidade (k) é muito importante

na estimativa da vazão que percolará através do solo uma vez que a partir do

mesmo podem-se determinar quais os materiais podem ser utilizados, com

finalidades específicas, em um determinado empreendimento de obra civil.

Conforme UFSM (2006), a tabela 6 apresenta valores típicos médios do

51

coeficiente de permeabilidade do solo em função da composição granulométrica

destes materiais.

Tabela 6: Valores típicos do coeficiente de permeabilidade

Permeabilidade Tipo de solo k (cm/s)

Alta Pedregulhos > 10-3

Alta Areias 10-3 a 10-5 Solos Permeáveis

Baixa Siltes e Argilas 10-5 a 10-7

Muito Baixa Argilas 10-7 a 10-9 Solos Impermeáveis

Baixíssima Argilas < 10-9

Fonte: UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA - UFSM. Ano de 2006.

Solos permeáveis, ou que apresentam drenagem livre, são todos aqueles

materiais que têm coeficiente de permeabilidade superior a 10-7 cm/s, sendo os

demais, ou seja, aqueles que apresentam coeficiente de permeabilidade inferior a

10-7 cm/s, classificados como são solos impermeáveis ou com drenagem impedida

(UFSM, 2006).

Para o estudo da variabilidade dos coeficientes de permeabilidade ficam

necessários exames mais profundos nos diversos fatores que tem influência direta

neste coeficiente. Segundo UFSM (2006), fatores tais como: granulometria, índice de

vazios, composição mineralógica, estrutura, fluído, macro-estrutura e a temperatura

formam o conjunto principal de fatores que influenciam no coeficiente de

permeabilidade.

Solos compostos em sua maior parte pela fração fina tendem a ser menos

permeáveis quando submetido a exames laboratoriais, ou seja, apresentam

coeficientes de permeabilidade baixos em função da obstrução dos vasos

comunicantes internos que permitem a passagem de água nos solos pela fração fina

que compõe estes materiais.

Neste sentido cita-se as notas de aula de mecânica de solos da Universidade

Federal de Santa Maria que descorem sobre a influência da composição

granulométrica de um solo na análise dos coeficientes de permeabilidade.

O tamanho das partículas que constituem os solos influencia no valor de “k”. Nos solos pedregulhosos sem finos (partículas com diâmetro superior a 2mm), por exemplo, o valor de “k” é superior a 0,01cm/s; já nos solos finos (partícula com diâmetro inferior a 0,074mm) os valores de “k” são bem inferiores a este valor. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA, 2006).

52

13.2 Análise Granulométrica

De acordo com a UFSM (2006), a distribuição granulométrica é obtida a partir

da determinação dos diferentes tamanhos das partículas que compõem o solo em

estudo e suas respectivas porcentagens de ocorrência quando examinados através

do ensaio de análise granulométrica.

Essa distribuição é obtida através da execução do processo de peneiramento,

realizado em solos granulares que são compreendidos pelos pedregulhos e areias e

pelo processo de sedimentação, que é efetuado em solos finos, tais como siltes e

argilas.

Para a classificação dos solos baseados em critérios granulométricos, a

Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) determina limites convencionais

segundo as dimensões das partículas componentes desses solos.

Baseado na ABNT/NBR 6502/95, a tabela 7 descreve esses limites

convencionais.

Tabela 7: Limites convencionais segundo as dimensões das partículas

Material Descrição Tamanho

Grosso 60,0 a 20,0mm

Médio 20,0 a 6,0mm Pedregulho Solos formados por minerais ou partículas de rocha, com diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0mm

Fino 6,0 a 2,0mm

Grossa 2,0 a 0,6mm

Média 0,6 a 0,2mm Areia Solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0mm

Fina 0,2 a 0,06mm

Silte Solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa resistência quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pela fração silte

0,06 a 0,002mm

Argila

Solo constituído por partículas com dimensões menores que 0,002mm. Apresentam características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos. Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu estado e umidade natural

< 0,002mm

Fonte: UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA - UFSM. Ano de 2006.

53

13.3 Limites de Attenberg

De acordo com a UFSM (2006), dependendo da porcentagem presente em um

dado solo da fração fina silte e argila, este não deve ser classificados somente a

partir da análise da distribuição granulométrica. Deve-se avaliar parâmetro tais,

como a forma das partículas, a composição mineralógica e química e as

propriedades plásticas, que estão intimamente relacionados com o teor de umidade.

Segundo a ABNT/NBR 7250/82, a plasticidade é a propriedade de solos finos,

entre largos limites de umidade, de se submeterem a grandes deformações

permanentes sem sofrer ruptura, fissuramento ou variação de volume apreciável.

De acordo com a UFSM (2006), a influência do teor de umidade nos solos finos

pode ser facilmente avaliada pela análise da estrutura destes tipos de solos. Sendo

que as ligações entre as partículas ou grupo de partículas são fortemente

dependentes da distância que elas mantêm. Desta forma, as propriedades de

resistência e compressibilidade são influenciadas por variações no arranjo

geométrico das partículas. Quanto maior o teor de umidade implica em menor

resistência.

Desta maneira, para auxílio na classificação dos solos, utilizando o Sistema de

Classificação Unificada, devem-se realizar os ensaios de Attenberg que são o limite

de liquidez e o limite de plasticidade.

O limite de liquidez (LL) mede, indiretamente, a resistência ao cisalhamento do

solo para um dado teor de umidade, através do número de golpes necessários ao

deslizamento dos taludes da amostra na execução de seu ensaio, sendo

determinado pelo teor de umidade que separa o estado de consistência líquido do

plástico (UFSM, 2006).

O limite de plasticidade (LP) corresponde a um teor de umidade do solo que

para valores menores do que ele, as propriedades físicas da água não mais se

igualam às da água livre ou de que o limite de plasticidade é o teor de umidade

mínimo, no qual a coesão é pequena para permitir deformação, porém,

suficientemente alta para garantir a manutenção da forma adquirida (UFSM, 2006).

54

14 METODOLOGIA

Os ensaios geotécnicos, empregados em estudos de solos, de Permeabilidade,

Análise Granulométrica e Limites de Attenberg foram realizados no período

compreendido entre janeiro e agosto de 2007, no Laboratório de Mecânica de Solos

(LMS), do Departamento de Geotecnia (DEPGEO), da Fundação de Ciência e

Tecnologia (CIENTEC), obedecendo as normas e os procedimentos operacionais

laboratoriais utilizados por esta instituição de pesquisa e tendo todo seu andamento

registrado em folhas de ensaios dispostas no anexo. Foram examinadas nove

amostras de solo, provenientes de seis municípios distintos, tanto do interior quanto

da região metropolitana de Porto Alegre, do Estado do Rio Grande do Sul,

escolhidas de maneira aleatória sobre a demanda normal da CIENTEC, tendo como

único critério de seleção a existência de quantidades suficientes de material para

realização dos ensaios geotécnicos já mencionados.

Foi feito também uma substancial revisão bibliográfica sobre os demais

conteúdos componentes do presente trabalho para sua realização. Conteúdos estes

que descrevem de maneira muito abrangente o histórico objeto de estudo deste

trabalho, o carvão mineral, explorando suas informações através do tempo, desde

sua origem, no passado, até sua utilização, nos dias de hoje, como fonte geradora

de energia elétrica, de uso diversificado, para humanidade e de práticas

metodológicas, de modo sucinto, tanto de terraplenagem (aterro compactado) como

de sistemas de drenagem de solos.

55

15 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Após a realização dos ensaios geotécnicos de Permeabilidade, Limites de

Attenberg e Análise Granulométrica obtiveram-se resultados em que seus dados

foram agrupados e descritos de maneira sintética nas tabela 8 e 9.

Tabela 8 - Identificação, localização e resultados dos ensaios geotécnicos

Limites de Attenberg Amostra Origem do Material

Cidade/Estado

Coeficiente de Permeabilidade

(cm/s) LL (%) LP (%) IP (%)

A Alegrete/RS 4.76e-06 36.30 18.80 17.50

B Viamão/RS 2.60e-08 45.00 17.20 27.80

C-1 S. Leopeoldo/RS 9.40e-06 44.50 20.40 24.10

C-2 S. Leopeoldo/RS 1.58e-06 25.80 13.40 12.40

D Porto alegre/RS 2.51e-08 51.60 18.30 33.30

E Candiota/RS 4.41e-06 42.60 19.60 23.00

F-1 Veranópolis/RS 1.34e-07 50.90 24.70 26.20

F-2 Veranópolis/RS 2.45e-06 65.20 39.00 26.20

F-3 Veranópolis/RS 3.60e-06 57.60 33.40 24.20

Fonte: Autoria própria, 2007.

Tabela 9 - Identificação e resultados dos ensaios geotécnicos

Granulometria (ABNT) (%) Amostra Pedregulho

grosso Pedregulho

médio Pedregulho

fino Areia

grossa Areia média Areia fina Silte Argila

A 0.00 0.00 0.00 0.49 26.31 28.84 11.11 33.25

B 0.00 0.03 2.02 18.44 16.23 17.56 22.04 23.69

C-1 0.00 0.00 0.00 3.00 25.43 25.10 13.01 33.45

C-2 0.00 0.00 0.00 1.06 39.76 24.16 24.59 10.43

D 0.00 0.63 0.74 2.23 12.05 30.66 17.27 36.42

E 0.00 0.68 2.91 3.23 17.92 21.14 17.70 36.41

F-1 0.41 0.21 0.88 3.53 3.49 3.90 25.79 61.78

F-2 0.00 0.20 1.33 2.10 2.86 10.71 19.74 63.05

F-3 0.00 0.00 0.00 3.54 4.70 11.33 24.40 56.03

Fonte: Autoria própria, 2007.

56

As distribuições granulométricas das amostras ensaiadas demonstradas nas

figuras 10 à 18 revelam distintas composições granulométricas e presença da fração

de finos acentuadas na maioria dos materiais.

A partir destas distribuições foi construído o gráfico de fração de finos,

demonstrando predominância da parte fina (grãos < que 0,074 mm) disponível na

figura 19, e dispostos de maneira comparativa com os resultados obtidos nos

ensaios de permeabilidade resultando assim na tabela 10 e na figura 20.

Tabela 10 - Identificação e resultados dos ensaios geotécnicos

PORCENTAGEM DE FINOS (%) Amostra

Coeficiente de Permeabilidade

(cm/s) SILTE ARGILA TOTAL

A 4,76E-06 11,11 33,25 44,36

B 2,60E-08 22,04 23,69 45,73

C-1 9,40E-06 13,01 33,45 46,46

C-2 1,58E-06 24,59 10,43 35,02

D 2,51E-08 17,27 36,42 53,68

E 4,41E-06 17,70 36,41 54,12

F-1 1,34E-07 25,79 61,78 87,57

F-2 2,45E-06 19,74 63,05 82,79

F-3 3,60E-06 24,40 56,03 80,43

Fonte: Autoria própria, 2007.

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 10 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

AAmostra

2713rs (kg/m³)

57

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 11 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 12 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

C-1Amostra

2707rs (kg/m³)

BAmostra

2671rs (kg/m³)

58

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 13 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 14 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

C-2Amostra

2688rs (kg/m³)

DAmostra

2767rs (kg/m³)

59

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 15 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 16 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

EAmostra

2776rs (kg/m³)

F-1Amostra

2707rs (kg/m³)

60

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 17 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

0,002 202 6020620,60,20,06 754,750,420,075

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

DIÂMETRO DO GRÃO (mm)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

O M

AT

ER

IAL

PA

SS

AN

TE

(%

)

.

Figura 18 - Distribuição granulométrica

Fonte: Autoria própria, 2007.

F-2Amostra

2775rs (kg/m³)

F-3Amostra

2776rs (kg/m³)

61

11,11

22,0413,01

24,5917,27 17,70

25,7919,74

24,40

33,25

23,6933,45 10,43

36,42 36,41

61,7863,05 56,03

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

A B C-1 C-2 D E F-1 F-2 F-3

AMOSTRA

PO

RC

EN

TA

GE

M D

E F

INO

S (

%)

.

ARGILA

SILTE

Figura 19 - Fração de finos

Fonte: Autoria própria, 2007.

Partindo dos resultados dos ensaios de Limites de Attenberg e Análise

Granulométrica e fazendo uso do método descrito pelo Sistema de Classificação

Unificada para categorização dos solos foram obtidas as seguintes denominações

para as amostras ensaiadas conforme demonstrado na tabela 11.

Tabela 11: Identificação, localização e classificação do solo

Amostra Origem do Material Cidade/Estado

Classificação Unificada do solo

A Alegrete/RS CL

B Viamão/RS CL

C-1 S. Leopeoldo/RS SC

C-2 S. Leopeoldo/RS SC

D Porto alegre/RS CH

E Candiota/RS CL

F-1 Veranópolis/RS CH

F-2 Veranópolis/RS MH

F-3 Veranópolis/RS CH

Fonte: Autoria própria, 2007.

62

B C-1

C-2

D E

F-1

F-3

A

F-2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1E-08 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (cm/s)

PO

RC

EN

TA

GE

M D

E F

INO

S (

%)

.

Figura 20 - Fração de finos e coeficiente de permeabilidade

Fonte: Autoria própria, 2007.

Examinando o gráfico da figura 20 podemos concluir que a predominância da

fração fina mostra-se fator insuficiente para determinação da impermeabilidade (k

menor ou igual a 10-7 cm/s) do material. Este é comprovado quando comparamos as

amostras B e F-2, onde constatamos que por mais que o material tenha em sua

composição granulométrica 87,57% de material fino, sendo o caso da amostra F-2,

acaba não atingindo um coeficiente de permeabilidade igual ou menor que a

amostra B que possui somente 45,73% de finos em sua composição.

Deve-se fazer um aprofundamento nos estudos desses materiais sobre os

demais fatores de influência do coeficiente de permeabilidade para averiguação de

qual ou quais fatores realmente detém maior relevância para alcançar este efeito

impermeável.

63

Na figura 21 foram reunidos e ilustrados todos os respectivos coeficientes de

permeabilidade obtidos posteriormente aos exames nas amostras de solo.

4,76E-06

2,60E-08

9,40E-06

1,58E-06

2,51E-08

4,41E-06

1,34E-07

2,45E-06

3,60E-06

1E-08 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 1E-01 1E+00

A

B

C-1

C-2

D

E

F-1

F-2

F-3

AM

OS

TR

AAa

COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (cm/s)

Figura 21 - Resultados dos ensaios de permeabilidade

Fonte: Autoria própria, 2007.

Fazendo a análise dos resultados obtidos e notórios na figura 21 é possível

perceber que das nove amostras de solo avaliadas somente os materiais B, D e F-1

apresentaram resultados satisfatórios para serem utilizadas como barreiras naturais

impermeabilizantes de bases na área de depósito de rejeitos carboníferos. Pois

conforme a UFSM (2006), materiais classificados como impermeáveis ou com

drenagem impedida apresentam coeficiente de permeabilidade inferior a 10-7 cm/s.

Autores como Carvalho (1999), descrevem que materiais com coeficiente de

condutividade hidráulica (coeficiente de permeabilidade) entre 10-6 a 10-7 cm/s

dispostos de maneira compacta e com uma espessura mínima de um metro são

muito eficientes como impermeabilizantes naturais.

Desta forma todas as amostras que compuseram o estudo em questão

poderiam ser utilizadas, de maneira eficaz, com a finalidade de impermeabilização,

em área de depósito dos rejeitos do carvão.

64

16 CONCLUSÕES

Os exames geotécnicos laboratoriais foram muito importantes na obtenção dos

parâmetros necessários para exclusão de materiais incapazes de servir como

barreira natural impermeabilizante de fluídos contaminantes para utilização em

possíveis áreas de depósito de rejeitos carboníferos.

O estudo verificou que dependendo do autor, ora determinado solo serve para

ser utilizado como impermeabilizante, ora o mesmo não serve. Desta forma, deve-se

ter um cuidado muito grande em se fazer uso de um solo ou não em áreas que

possam servir de entrada de contaminantes ao meio ambiente, pois dependendo da

escolha, a qualidade ambiental da região poderá ou não sofrer alterações

significantes, causando assim sérios problemas para população local e da região do

entorno.

Uma vez que se tenha em mãos, resultados de ensaios geotécnicos com esta

importância para o meio ambiente, deve-se optar pela manutenção da qualidade

ambiental atual, pois no estabelecimento de atividades com grande potencial de

modificação ambiental tais resultados devem ser analisados da maneira mais

criteriosa possível, uma vez que o resguardo das condições ambientais originais é

prioritário em qualquer estudo de impacto ambiental e determinado, através de leis e

resoluções nacionais, que o meio ambiente é comum a todos e deve ser protegido.

Sendo assim, indicar o emprego de materiais impermeabilizantes, para uso

como barreira natural em locais de armazenamento de rejeitos carboníferos oriundos

do processo de beneficiamento do carvão como base destas áreas, com coeficientes

de permeabilidade igual ou menor a 10-7 cm/s, demonstraria de maneira clara tal

criteriosidade e que os objetivos concepcionais dos órgãos de proteção ambiental

foram alcançados.

65

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69

ANEXO A