Estudo das características geomecânicas na cava step 1

No contexto estrutural regional, como mencionado no Capítulo 2, subitem 2.2, as rochas dessa região, foram submetidas a um sistema de empurrão de escala regional, no movimento de placas, orientadas com mergulho para leste.

A foliação penetrativa, em todas as variedades de rocha, impõe-se como uma estrutura soberana às demais, este controle está traduzido no relevo da Serra do Sapo (4.1).

Imagem da Serra do Sapo, com rampa de

vergência para Leste Foto da face do talude com mergulho para Leste

Figura 4.1 - Demonstração em diferentes escalas da foliação de mergulho para Leste evidenciado no relevo da Serra do Sapo e no banco da cava (foto da esquerda de Google, 2017).

Os estudos realizados para o Step 1, antes de sua abertura, levaram em consideração dois mecanismos de ruptura distintos.

O primeiro, instalado no domínio favorável ao mergulho da foliação, na face oeste da cava, com rupturas plano-circulares, sendo iniciada do topo com o desenvolvimento de trincas, obliqua a foliação, evoluindo para uma direção e mergulho paralelo à foliação até a saída na base do talude novamente obliqua a foliação (Figura 4.2a).

O segundo mecanismo refere-se à face leste da cava, com uma ruptura circular totalmente obliqua a foliação (Figura 4.2b).

a) Modelo de Ruptura típico para o Talude Oeste b) Modelo de Ruptura típico para o Talude Leste

Figura 4.2 - Modelos de Rupturas potenciais da Mina.

Ao final do estudo de estabilidade da cava do Step 1, a cava foi subdividida em três setores (Oeste acima do nível 865, Oeste abaixo no nível 865 e Leste), e aplicados e para cada um definida uma geometria, especificando o ângulo inter-rampa, o ângulo de face e a largura de berma, sob uma altura de banco máximo, pré-estabelecido pelo planejamento de mina (Tabela 4.1).

A variação da geometria em função do nível 865 para o talude Oeste, se deve às indicações do modelo geológico e geomecânico, da época, para uma sutil melhora das condições do maciço a partir deste nível.

Tabela 4.1 - Geometria definida para os taludes de cava. Talude Oeste (acima do nível 865)

Ângulo Inter-rampa ângulo 27

Ângulo de Face ângulo 35

Largura de Berma metros 8

Talude Oeste (abaixo do nível 865)

Ângulo Inter-rampa ângulo 28

Ângulo de Face ângulo 40

Largura de Berma metros 10

Talude Leste

Ângulo Inter-rampa ângulo 36

Ângulo de Face ângulo 50

Largura de Berma metros 8

Altura de todos os bancos metros 15

Descontinuidades Superfície de ruptura plano-circular

Setor da ruptura predominantemente paralelo a descontinuidade Trinca de tração

Setor da ruptura obliquo a descontinuidade.

Descontinuidades

Ruptura circular oblíqua a descontinuidade

Superfície de ruptura circular

Com as restrições ambientais e a limitação de operação ao Step 1, a lavra precisou realizar o aprofundamento rápido da cava, antecipando o cenário de aproximação de litotipos como Filitos, Quartzo Sericita Xistos, Quartzitos Sericíticos, Filitos, Filonitos e Filitos Grafitosos, com alto grau de alteração, das faces dos bancos do talude oeste (Figura 4.3) antes do planejado em projeto inicialmente.

Figura 4.3 - Representação da seção 7909070, com aproximação do estéril alterado à face do talude Oeste. IT – Itabirito; MCG - Metaconglomerado.

Após o início da estação das chuvas de 2016, e com a cava a uma profundidade de 120 m, foram identificados dois mecanismos distintos no talude oeste.

O primeiro de escala métrica, com movimentação de blocos e ruptura de bermas com superfícies de ruptura rasas. Este mecanismo foi associado ao fato do ângulo da face do banco (35° e 40°) ser maior que o mergulho médio da foliação (28-27°) de modo que rupturas de face eram esperadas, principalmente nos períodos de intensa chuva.

Esta dinâmica fica evidente quando observado a saturação de lentes argilosas (níveis de xistos), dentro do pacote de itabirito (Figura 4.4).

Figura 4.4 - Níveis de xisto abaixo do Itabirito na condição compacta.

O segundo mecanismo, de escala milimétrica a centimétricas foi percebido apenas por prismas sem indícios de trincas ou qualquer indício nos bancos (Figura 4.5).

Figura 4.5 - Gráfico de prismas e eventos de precipitação e desmonte.

Estes deslocamentos milimétricos foram relacionados a eventos chuvosos e desmontes associados a aproximação das camadas alteradas de filitos, xistos e quartzitos sericíticos.

Em planta, observa-se que o movimento dos prismas ocorreu em uma determinada região, onde foram paralisadas as atividades de lavra e ampliado a rede de monitoramento por prismas (Figura 4.6).

Figura 4.6 - Visualização em planta da área interditada no Step 1.

O refinamento dos dados indicou que dentro da área interditada ocorria o afloramento do contato entre a Formação Ferrífera Bandada e a sequência de metassedimentos alterados e cisalhados, denominados como Zona de Cisalhamento Alterada (ZCA). Na seção onde foi indicada a maior taxa de movimentação aflora o Quartzo-Sericita-Xisto em grau de alteração elevado e resistência muito baixa (Figura 4.7).

Para investigação do comportamento da poropressão no itabirito e na face do talude, foram instalados piezômetros tipo casa grande, pois os filitos e quartzitos sericíticos agem como barreira hidráulica podendo pressurizar a base do itabirito (Filho, 2016).

Figura 4.7 - Detalhe da exposição do quartzito sericítico na face do talude (material branco) circundado pela linha vermelha.

Figura 4.8 - Estereograma dos polos da foliação (Magalhães, 2016).

Os dados de foliação mostraram-se bastante regulares com atitude máxima de 087°/30° (azimute do mergulho/mergulho). O estereograma da Figura , evidencia esse comportamento com os dados coletados na região.

As sondagens e instrumentações de detalhamento possibilitaram definir e caracterizar os contatos e as rochas que compõe a ZCA (Figura 4.9) e assim direcionar as campanhas de amostragem, os ensaios de laboratório.

Com os ensaios foram definidos os parâmetros de resistência para cada litotipo e gerar as análises de estabilidade.

Figura 4.9 - Detalhamento da ZCA (Zona de Cisalhamento Alterada). IT-V (Itabirito Classe V), MCG (Metaconglomerado) e Quartzito Sericítico IV (moderadamente alterado).

As análises de estabilidade demostraram que a geometria aplicada até o momento implicava um Fator de Segurança (FS) de 1,22 nos bancos existentes.

Além disso, foi simulando a continuidade da geometria definida (Tabela 4.1) para quatro bancos abaixo do fundo de cava da época demonstrando que o FS seria ainda menor. Deste modo concluiu-se que a geometria proposta não é estável quando considerado o sequenciamento de bancos com a parede do talude próxima a Zona de Cisalhamento Alteradas.

Como soluções propostas podemos destacar três alternativas, sendo as duas primeiras reativas e a última preventiva:

 Modificação da geometria dos bancos abaixo de um determinado nível – altera-se a geometria a partir de um determinado nível (ex.: nível 800m), mantendo a geometria implantada nos níveis superiores (ex.: acima do nível 800m. Esta medida, mantém o F.S., dos bancos superiores ao nível modificado e aumenta o F.S. do talude global, sob a consequência de impedir a retomada total do minério do nível determinado para baixo.

 Pushback do material estéril de melhor qualidade – esta medida implica em buscar o material estéril de melhor qualidade (não alterado) para compor a parede do talude. A consequência dessa medida está em elevar a relação estéril/minério.

 Modificar a geometria global – esta ação agiria de modo preventivo, adequando a geometria global do topo ao fundo da cava, buscando o melhor equilíbrio na relação estéril/minério e a estabilidade de talude.