A elaboração do presente trabalho foi sistematizada por meio de diversas etapas que compreenderam basicamente: revisão bibliográfica, campanha de ensaios geotécnicos em laboratório, avaliação dos eventos e mecanismos de rupturas ocorridos na mina N4E, mapeamento geológico-estrutural e geomecânico, interpretação e análise dos ensaios geotécnicos, refinamento do zoneamento geomecânico, ajustes e cálculos de parâmetros geomecânicos e retroanálises de rupturas para aferição de parâmetros de resistência e calibração do modelo geomecânico.
Nessa sistematização consideraram-se proposições de consultoria internacional e de empresas de consultoria nacional, bem como as necessidades e demandas da mina. Descreve-se a seguir, de forma simplificada, cada uma das fases de estudos que propiciaram a elaboração desta dissertação.
1) Revisão Bibliográfica: nessa fase realizaram-se pesquisas voltadas aos principais conceitos sobre mecanismos e critérios de rupturas (Mohr-Coulomb, Hoek & Brown, Barton & Choubey, Patton, Barton & Bandis), efeito de rugosidades e ondulações em cisalhamentos, métodos de análises de ruptura de taludes, efeito de escala, entre outros, com o intuito de fornecer uma base teórica aos objetivos propostos.
Foram também consultados diversos trabalhos realizados pela VALE S/A, empresas de consultoria e consultores, tais como: Figueiredo Ferraz, S Brito Associados – BVP Engenharia, Golder Associates, Peter Stacey etc, onde foram pesquisados tópicos como estimativas de parâmetros geomecânicos (c e ϕ) dos litotipos de Carajás, presença de água, caracterização de zonas de contato entre o maciço de
minério e o maciço encaixante composto por rochas metabásicas em variados graus de resistência e alteração, retroanálises e setores com risco geotécnico.
2) Campanhas de Amostragem e Ensaios Geotécnicos: essa etapa de trabalho compreendeu duas campanhas de coleta de amostras (deformadas e indeformadas) e de realização de ensaios geotécnicos de laboratório. A primeira foi realizada no período de 2003 a 2006 e após as análises dos dados obtidos, constataram-se lacunas e a necessidade de uma nova campanha a fim de realizar novos ensaios para complementar esta campanha. Deste modo, realizou-se no período entre 2007 a 2009 uma segunda campanha de amostragem e ensaios geotécnicos.
Em ambas as campanhas realizaram-se ensaios de caracterização (Granulometria, Limite de Atteberg, Densidade e/ou Peso Específico e Compactação) e ensaios de resistência geomecânica (Cisalhamento Direto, Triaxiais e Ring Shear). Os Anexos II e III apresentam as tabelas de quantitativo de amostras, as profundidades coletadas e fotografias dos blocos amostrados. O Anexo IV e V apresenta tabelas resumo dos ensaios e de seus resultados das duas campanhas realizadas;
3) Avaliação dos Eventos de Ruptura e seus mecanismos na nina N4E: essa etapa compreendeu o resgate de informações sobre os eventos de rupturas de taludes e estudos sobre seus mecanismos desde o ano de 2001, com o intuito de auxiliar as retroanálises que constituem o principal objetivo dessa dissertação;
4) Mapeamento Litoestrutural e Geomecânico: fez parte da metodologia empregada nos estudos a realização uma campanha de mapeamento geológico-estrutural e geomecânico em escala de detalhe (1:2.000) em que se levantou um total de 4.226 pontos na mina N4E (Figura 2.1). Estes pontos foram distribuídos na cava com espaçamento de vinte em vinte metros, resultando na configuração de mapas com representações detalhadas das variações litológicas, estruturais e geomecânicas. Cada ponto foi cadastrado por meio das coordenadas UTM, onde foram registradas características como: litotipo, tipo de estrutura, atitudes, grau de alteração, grau de
resistência/consistência, grau de fraturamento, tipo de descontinuidades, espaçamento, abertura, rugosidade, material de preenchimento, JV (índice volumétrico de juntas) e RQD (Rock Quality Designation).
Para a definição dos domínios estruturais elaborou-se o mapa de forma estrutural considerando-se os dados de estruturas como foliações e zonas de cisalhamento e para a elaboração de estereogramas utilizou-se o software Dips da Rocsciencie. Utilizaram-se como apoio ao mapeamento e às interpretações das seções geológico- geotécnicas, informações de sondagens geotécnicas, piezômetros e o modelo geológico de longo prazo ano base 2008;
5) Interpretação dos Ensaios Geotécnicos: com base nos resultados obtidos nas duas campanhas de ensaios geotécnicos, no mapeamento e nos históricos de rupturas, a análise dos resultados focou-se nos principais litotipos, definidos pela rocha máfica decomposta de contato de base (footwall) e pela hematita friável, baseando-se nas envoltórias de rupturas para a definição dos parâmetros de resistência (c e φ) representativos. Os parâmetros do contato cisalhado (footwall) foram determinados pelos ensaios de cisalhamento Ring Shear;
6) Refinamento do Zoneamento Geomecânico: de posse dos dados referentes aos parâmetros de resistência obtidos em laboratório realizou-se o refinamento do zoneamento geomecânico dos maciços de hematita friável e máfica decomposta na mina N4E pela identificação e localização das classes desses litotipos obtidas nos ensaios. Para isso utilizou-se a tabela da ISRM (1981) sobre resistências e adaptou- se aos litotipos ensaiados.
7) Ajustes e Cálculos de Parâmetros Geomecânicos: nessa etapa foram levantadas as amplitudes das ondulações e os índices de rugosidades das superfícies de escorregamento, principalmente da zona de contato cisalhado entre o pacote de minério friável e da rocha metabásica de lapa (footwall) e calculado os valores de JRC (Coeficiente de Rugosidade da Junta), utilizando-se o método de Barton e
Bandis (1982), e o índice JCS (Resistência à Compressão das Paredes das Juntas), pela equação de Barton (1973);
8) Retroanálises: para a realização das retroanálises foram escolhidas três áreas no contato de base (footwall) onde se observaram três rupturas denominadas: a) Ruptura Cava Central, b) Ruptura Talude Sudeste e c) Ruptura Talude Sul. As seções foram confeccionadas utilizando-se os softwares Vulcan 5.0 e AutoCAD 2007 e exportadas para o software slide da Rocscience considerando-se os parâmetros determinados pelos ensaios de laboratório para a máfica decomposta, máfica cisalhada de contato e hematita friável.
Para avaliação das seções de retroanálise foram utilizados o critério de Mohr- Coulomb onde foram considerados valores de c e Ø e o critério de Barton & Bandis, este considerando os valores de JRC e JCS calculados.