Estudo de estabilidade de taludes Step 2 Sul Mina Serra do Sapo Conceição do Mato Dentro/MG.

Dissertação de Mestrado

ESTUDO DE ESTABILIDADE DE TALUDES

Step 2 SUL

MINA SERRA DO SAPO

CONCEIÇÃO DO MATO DENTRO/MG

AUTOR: MANOLLO DOS SANTOS BARROS

ORIENTADOR: Prof. Dr. Rodrigo P. de Figueiredo (UFOP)

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOTECNIA DA UFOP

DEDICATÓRIA

Dedico esta dissertação à minha família em especial à minha filha Clara e esposa Sabrina que mais se sacrificaram para realização deste trabalho.

AGRADECIMENTOS

Agradeço aos meus pais (Maria Jovelina e Atos Roberto), minha irmã (Clarissa), minha esposa (Sabrina) que sempre me apoiaram nas minhas decisões profissionais e sempre estiveram ao meu lado para que eu nunca desistisse do sonho de ser Mestre.

Agradeço a Anglo American e ao meu gestor, Geraldo Dias, por ter me aberto a oportunidade de realizar este curso que para tal foram necessárias semanas longe da mina.

Agradeço a todos com que tive oportunidade de trabalhar até este momento, em especial os que passaram pela Gerência de Geotecnia e Hidrogeologia da Anglo American, pessoas que me ajudaram e ainda ajudam na ampliação dos conhecimentos e que me orgulho de estar desde o início.

Agradeço aos colegas de classe pelo companheirismo, troca de experiência e estudo, principalmente durante a fase de aulas deste curso, em especial a Raul Valentim, Wilson Soares Jr., João Paulo Oliveira Rezende e Antônio Teixeira Carvalho.

Ao professor Rodrigo Figueiredo por aceitar meu convite em orientar neste trabalho e aos demais professores pela dedicação, compartilhamento e atenção que tiveram com todos.

RESUMO

O processo de estudo de estabilidade de taludes consiste em uma sequência de atividades para o desenvolvimento de um raciocínio lógico, buscando as premissas de um projeto, ou entendimento de um evento indesejado.

Neste sentido esta dissertação vêm exemplificar o desenvolvimento deste raciocínio em um estudo de caso referente à estabilidade de taludes, do Step 2 Sul, da Mina da Serra do Sapo em Conceição do Mato Dentro, que consiste numa cava a céu aberto de lavra e Itabirito.

Serão apresentadas metodologias já consagradas, como a classificação do maciço rochoso utilizando Rock Mass Raiting, associadas a ensaios não tão usuais, como por exemplo cisalhamento de blocos de grandes dimensões (30 x 30 x 30 cm), buscando sempre a melhor alternativa dentro de uma metodologia lógica e consistente.

Neste trabalho também serão apresentados problemas comuns durante a fase de coleta de dados, como por exemplo, no recebimento dos ensaios de laboratório e a partir daí interpretar e apresentar parâmetros de análise factíveis com a realidade.

Sendo o objeto, dessa dissertação a metodologia, o resultado dela está em conseguir passar por todas as etapas necessárias para o desenvolvimento de um estudo de estabilidade de talude com a qualidade necessária para a tomada de decisão no passo seguinte, seja pela confirmação ou mudança da geometria ou pela necessidade de aprimoramento de algum parâmetro de análise.

ABSTRACT

The study of slope stability process consists of an activities sequence to development logical reasoning, searching project references, or understanding undesireds events.

In this sense, this dissertation will exemplify the development of this reasoning in a case study regarding slope stability, Step 2 South, of the Serra do Sapo Mine in Conceição do Mato Dentro, which consists of an open pit Itabirite mine.

It will be presented already established methodologies, such as rock mass classification using Rock Mass Raiting, associated to not usual tests, such as shear large blocks (30 x 30 x 30 cm), always seeking the best alternative within a logical and consistent methodology.

In this paper, common problems will also be presented during the data collection phase, such as the receipt of laboratory tests and from there interpreting and presenting feasible analysis parameters with reality.

Being the object, from this dissertation the methodology, the result of it is to be able to go through all the necessary steps for the development of a slope stability study with the necessary quality for the decision making in the next step, either by confirmation or change of the geometry or the need to improve some of the parameters of analysis.

Lista de Figuras

Figura 1.1 - Imagem com localização das Cavas Step1 e Step 2 (Norte e Sul), extraído de Google Earth Pro, 2017.

Figura 2.1 - Mapa de Localização da área de estudo (Fonte: CODEMIG - http://www.portalgeologia.com.br/index.php/mapa/)

Figura 2.2 - Sequencia Estratigráfica Completa do Grupo Serra de São José e Serra da Serpentina (modificado de Rolim, et. al. 2016)

Figura 2.3 – Variações faciológicas de intemperismo do Itabirito na Mina da Serra do Sapo (Fonte: Guimarães et. al. 2012).

Figura 2.4 – Exemplos de tipos de tombamentos, sendo a) por blocos; b) flexural; c) por blocos-flexural; e d) secundário. (modificado de Wyllie e Mah, 2005).

Figura 2.5 - Principais mecanismos de ruptura de taludes e suas condicionantes estruturais mais comuns (modificado de Wyllie e Mah, 2005):

Figura 2.6 - Tipos de Instrumentos para monitoramento hidrogeológico, modificado de Wyllie and Mah (2005).

Figura 2.7 - Representação de equipamentos e resultados típicos de cisalhamento direto (modificado de Pinto, 2006).

Figura 2.8 - Modelo esquemático do arranjo do ensaio triaxial, modificado de apresentação do Prof. Francisco Chagas da Silva Filho, da Universidade Federal do Ceará (UFC).

Figura 2.9 – Modelo esquemático de arranjo para ensaio uniaxial em prensa hidráulica. Modificado do de Apresentação do Professor Rodrigo Figueiredo, UFOP.

Figura 3.1 – Fluxograma das principais atividades para desenvolvimento do estudo de estabilidade de taludes.

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).

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

Figura 4.4 – Níveis de xisto abaixo do Itabirito na condição compacta. Figura 4.5 - Gráfico de prismas e eventos de precipitação e desmonte. Figura 4.6 - Visualização em planta da área interditada no Step 1.

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).

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

Figura 4.10 - Lineamento interpretados a partir da imagem e das curvas de nível primitivas.

Figura 4.11 – Representação da relação do sistema de empurrão com a geração de lineamentos transcorrentes, borda de falhamentos, podendo evoluir para rasgamentos devido à diferença de progressão entre blocos (modificado de Magalhães, 2016).

Figura 4.12 - Estereograma de lineações (Magalhães, 2016).

Figura 4.13 - Estereograma dos polos das famílias de juntas (Magalhães, 2016).

Figura 4.14 - Modificação do modelo geológico antes e depois da campanha de investigação. Desenvolvimento de furos de circulação reversa (rasos) e furos diamantados (profundos).

Figura 4.15 - Testemunho do furo SEFGSP041, entre as profundidades 86.35 e 91.75 m, com fraturamento aberto com indícios de alteração das paredes por percolação de água. Figura 4.16 - Modelo esquemático do aquífero em meio fraturado demostrando a interação entre o plano de foliação e o sistema de fraturas.

Figura 4.17 - Modelo geológico de blocos, corte norte sul.

Figura 4.18 – Seção 01, com plano de lavra proposto com domínio geomecânicos e dados hidrogeológicos.

Figura 4.19 – Testemunho de sondagem de Quartzo sericita xisto (Quartzito sericítico), em dois furos distintos em profundidades diferentes.

Figura 4.20 - Seção 02, com plano de lavra proposto com domínio geomecânicos e dados hidrogeológicos.

Figura 4.21 – Testemunho de sondagem de Quartzo sericita xisto (Quartzito Sericítico), em dois furos distintos em profundidades diferentes.

Figura 4.22 - Seção 03, com plano de lavra proposto com domínio geomecânicos e dados hidrogeológicos.

Figura 4.23 – Testemunho de sondagem, trecho do contato entre o Itabirito compacto e o Quartzo sericita xisto (Quartzito sericítico).

Figura 4.24 - Seção 04, com plano de lavra proposto com domínio geomecânicos e dados hidrogeológicos.

Figura 4.25 – Testemunho de sondagem, trecho de Itabirito semi-compacto próximo ao contato com o Itabirito compacto.

Figura 4.26 - Representação esquemática do mecanismo de ruptura dividido em setores. Figura 4.27 – Representação gráfica dos dados selecionados para determinação dos parâmetros do Itabirito compacto (R4-R5).

Figura 4.28 – Representação gráfica dos dados selecionados para determinação dos parâmetros do Quartzito compacto (R4-R5).

Figura 4.29 – Representação gráfica dos dados selecionados para determinação dos parâmetros do Xisto compacto (R4-R5).

Figura 4.30 - Desenho esquemático do arranjo das amostras em relação a descontinuidade principal (foliação) e o sentido da aplicação do esforço no cisalhamento direto.

Figura 4.31 – Análise dos parâmetros de ruptura perpendiculares a anisotropia.

Figura 4.32 - Geological Strenght Index, modificado de BVP,2015, com correlações, de acordo com banco de dados Anglo American.

Figura 4.33 – Resultados utilizando diferentes métodos de análise de estabilidade -

Anisotropic Function x Anisotropic Linear do software Slide 6.

Figura 4.34 – Janela para input dos dados na aplicação "Anisotropic Function", com individualização dos planos.

Lista de Tabelas

Tabela 3.1 – Comparação entre métodos não rigorosos e rigorosos.

Tabela 3.2 – Tabela de regra para variação de parâmetros no uso da Anisotropic Linear

Stregth.

Tabela 4.1 - Geometria definida para os taludes de cava. Tabela 4.2 – Dados Hidrogeológicos dos PZs.

Tabela 4.3 – Dados Hidrogeológicos dos INAs

Tabela 4.4 - Relação de sondagens utilizadas diretamente no modelamento das seções. Tabela 4.5 – Classificação pela resistência do método indicado por ISRM, 1981.

Tabela 4.6 - Tabela resumo com dos ensaios triaxiais realizados pelo IPT entre 2010 e 2011.

Tabela 4.7 - Foto de alguns dos testemunhos antes e depois do ensaio triaxial. Tabela 4.8 – Tabela resumo com as coordenadas dos pontos de amostragem.

Tabela 4.9 – Dados do Ensaio de Caracterização. Campanha de amostragem de 2014 e 2016.

Tabela 4.10 - Dados do Ensaio de Cisalhamento Direto.

Tabela 4.11 - Dados do Ensaio de Cisalhamento Direto em amostras de grandes dimensões.

Tabela 4.12 - Dados do Ensaio Triaxial Axissimétrico da campanha de 2014. Tabela 4.13 – Dados de input e output para RocData.

Tabela 4.14 - Parâmetros de Resistência

Lista de Símbolos, Nomenclatura e Abreviações

ABNT − Associação Brasileira de Normas Técnicas Fe – Elemento Ferro

BIFs – Banded Iron Formation – Formações Ferríferas Bandadas

RMR - Rock Mass Rating - Classificação do Maciço Rochoso desenvolvido por Bieniawski em 19873.

R – Resistência a compressão simples W – Alteração

RQD – Rock Quality Designation – Denominação da Qualidade da Rocha Jv – metragem volumétrica de descontinuidades

MPa – Megapascal M – metros

Dip – denominação geológica para se referir a uma direção do mergulho de determinada

estrutura.

Strike – denominação geológica para se referir a uma direção ortogonal de determinada

estrutura em relação ao seu mergulho. L/min – avanço por minuto

Jn - índice de influência do número de famílias das descontinuidades; Jr - índice de influência da rugosidade das paredes das descontinuidades; Ja - índice de influência da alteração das paredes das descontinuidades; Jw - índice de influência da pressão da água subterrânea; e,

SRF - índice de influência das tensões no maciço.

sc – resistência a compressão uniaxial

sci – resistência a compressão uniaxial da rocha intacta

s1 – tensão principal máxima ou tensão normal (para o caso de ensaios de compressão

uniaxial)

sθ – máxima tenção tangencial

GSI (Geological Strength Index) - Índice de Resistência Geológica

yf – ângulo da face do talude

yp – ângulo da superfície de ruptura

fj – diferença angular entre o ângulo de face do talude e a área susceptível à ocorrência de tombamento.

af – direção do mergulho da face

as – direção da ruptura at – direção do tombamento ai – direção da interseção t – tensão V – Volume u – poropressão

CD – ensaio que permite o adensamento e drenagem do material, havendo, portanto a dissipação das pressões neutras, adquirindo, parâmetros em tensões efetivas.

CU – ensaio que permite o adensamento, sem drenagem do material, havendo interação com pressões neutras e adquirindo parâmetros em função de tensões totais. Pode obter dados de tensões efetivas, caso as pressões neutras sejam medidas.

UU – ensaio que onde não ocorre adensamento sem drenagem do material. Obtém parâmetros em função de tensões totais.

c.ps. – corpo de prova utilizado para ensaios de laboratório.

ZCA – Zona de cisalhamento alterada Ln – Lineação mineral

Fr – Fratura

R – Classificação de Resistência

SEFGSP – Código para os furos de sondagem que estão em Sudeste (SE) / Furos Geotécnicos (FG) / Serra do Sapo (SP)

SEFDSP – Código para os furos de sondagem que estão em Sudeste (SE) / Furos Diamantados (FD) / Serra do Sapo (SP)

c’ – coesão em unidade de Quilopascal (kPa) F’ou phi – ângulo de atrito em graus (°)

kN/m³ - unidade para referência do peso específico – quilonewton por metro cúbico mi – constante da rocha intacta

D – fator de perturbação do talude pelo desmonte ou escavação. F.S. – Fator de Segurança

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS ... 1

1.2. OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO ... 2

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ... 3

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL ... 5

2.2. CONTEXTO GEOLÓGICO LOCAL ... 7

2.3. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS... 9

2.4. ANÁLISE DE ESTABILIDADE (MECANISMO X MÉTODO USADO E INFLUÊNCIA DA ÁGUA) ... 13

2.5. TIPOS DE ENSAIOS ... 177

2.5.1 Ensaio em solo e rocha alterada...18

2.5.2 Ensaio em rocha...21

CAPÍTULO 3 - METODOLOGIA 3.1. CONTEXTUALIZAÇLÃO GERAL DA METODOLOGIA ... 23

3.2. ENTENDIMENTO DO MECANISMO HISTÓRICO LOCAL ... 24

3.3. MAPEAMENTO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO ESTRUTURAL ... 24

3.4. ESTUDO DA CAVA PROPOSTA – SEÇÕES CRÍTICAS; ... 28

3.5. MODELO GEOLÓGICO ... 29

3.8. AVALIAÇÃO HIDROGEOLÓGICA ... 32

3.9. MODELO GEOMECÂNICO - CONSTRUÇÃO DAS SEÇÕES DE ANÁLISE ... 333

3.10.DEFINIÇÃO DOS MECANISMOS DE RUPTURA ... 34

3.11.PLANO DE AMOSTRAGEM E ENSAIOS REALIZADOS ... 35

3.12.DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ANÁLISE ... 37

3.13.DEFINIÇÃO DOS MÉTODOS PARA ANÁLISE ... 38

3.14.ANÁLISE DE ESTABILIDADE E VERIFICAÇÃO DE HIPÓTESES E RESULTADOS ... 39

3.15.CONCLUSÕES / CONSIDERAÇÕES / RECOMENDAÇÕES ... 42

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS 4.1. ENTENDIMENTO DO MECANISMO DE RUPTURA – HISTÓRICO LOCAL ... 23

4.1.1 Estudo das características geomecânicas na cava step 1...44

4.2.MAPEAMENTO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO E ESTRUTURAL ... 51

4.3.ESTUDO DA CAVA PROPOSTA E SELEÇÃO DAS SEÇÕES CRÍTICAS... 56

4.4.MODELO GEOLÓGICO ... .56

4.5.PLANO DE SONDAGEM E INSTRUMENTAÇÃO ... .58

4.6.DESCRIÇÃO GEOLÓGICA GEOTÉCNICA DOS TESTEMUNHOS DE SONDAGEM ... .59

4.7.AVALIAÇÃO HIDROGEOLÓGICA ... .60

4.8.MODELO GEOMECÂNICO – CONSTRUÇÃO DAS SEÇÕES DE ANÁLISE ... .63

4.8.1Sondagem...63

4.8.2Modelo geológico...64

4.8.3Carcaterização do maciço geomecânico...65

4.8.5Mapeamento superficial...66

4.8.6Geometria de cava proposta...67

4.8.7Apresentação das seções...67

4.9.DEFINIÇÃO DOS MECANISMOS DE RUPTURA ... .75

4.10.ELABORAÇÃO DO PLANO DE AMOSTRAGEM E ENSAIOS ... .76

4.10.1 Ensaio triaxial...77

4.10.2 Campanha de ensaio - 2014 e 2016...82

4.11.DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE RESISTÊNCIA ... .89

4.12.MÉTODO DE ANÁLISE ... .97

4.13.ANÁLISE DE ESTABILIDADE (VARIAÇÃO DE HIPÓTESES) ... .100

4.14.CONCLUSÕES / CONSIDERAÇÕES / RECOMENDAÇÕES ... .104

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES, CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES. ... 105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... .106

ANEXO I ... I.1 ANEXO II ... II.1 ANEXO III ... III.1 ANEXO IV ... IV.1

CAPÍTULO

1

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

O processo de estudo de estabilidade de taludes consiste em uma sequência de atividades para o desenvolvimento de um raciocínio lógico, buscando as premissas de um projeto, ou entendimento de um evento indesejado.

Neste sentido esta dissertação vêm exemplificar o desenvolvimento deste raciocínio em um estudo de caso referente à estabilidade de taludes, do Step 2 Sul, da Mina da Serra do Sapo em Conceição do Mato Dentro.

A Mina da Serra do Sapo está inserida num contexto, onde ano após ano, a indústria mineral vem se ajustando a leis ambientais cada vez mais rígidas e desta forma procura mecanismos que permitam, dentro deste rigor, desenvolver seus projetos.

Esta foi a principal razão para a Mina da Serra do Sapo ter seu empreendimento divido em três grandes fases, aqui denominados Steps, com a finalidade de agilizar o início da exploração. Esta configuração, não estava prevista na fase de projeto e foram necessárias adequações para atingir as metas de produção.

Os três Steps dividiram a Cava em três setores, o Step 1 como cava Norte, o Step 2 a cava Central (e outra cava mais ao Norte que o Step 1) e o Step 3 a Cava Sul.

Neste modelo, o Step 1 foi iniciado em 2014 com uma cava de 1,5 km por 0,5 km e se estendeu até o final de 2016, impondo um aprofundamento rápido, lavrando todo o Itabirito friável e semi-friável e parte do itabirito compacto.

Figura 1.1 - Imagem com localização das Cavas Step1 e Step 2 (Norte e Sul), extraído de Google Earth Pro, 2017.

Esta dinâmica de lavra ativou o princípio de instabilidade de caráter global no Step 1 e levou a questionamentos quanto a diretrizes geotécnicas aplicadas no Step 1 e o potencial de prolongamento desta instabilidade para o sequenciamento da cava, ou seja, Step 2 Sul (Figura 1.1).

Deste modo, serão aplicados diferentes níveis de estudo geotécnico no talude da cava do

Step 2, com verificar suas condições de estabilidade para uma geometria proposta, foco

desta dissertação, para elucidar tal processo de estudo.

1.2. OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO

Para um desenvolvimento de projeto geotécnico adequado ou correto entendimento de um evento geotécnico indesejado é fundamental que seja estruturado um processo de investigação coerente e objetivo.

Deste modo, esta dissertação tem por objetivo, demostrar, a partir de uma metodologia simples e coerente, todo processo de entendimento para um estudo de estabilidade de

cava, tomando como exemplo a cava do Step 2 Sul da Mina da Serra do Sapo em Conceição do Mato Dentro.

Neste estudo de caso, serão demonstradas todas as fases de investigação geotécnica, desde o entendimento de eventos ocorridos nas áreas vizinhas até a elaboração de análises de estabilidade e suas conclusões, procurando detalhar o objetivo de cada fase.

Desta forma, procura esclarecer e propor modos operacionais durante uma investigação geotécnica.

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação é composta por seis capítulos.

O Capítulo 1 apresenta a relevância da dissertação, contextualizando-a, além da especificação dos objetivos e apresentação do conteúdo.

No Capítulo 2 é feita a revisão bibliográfica das principais variáveis para o entendimento dos mecanismos da estabilidade, são eles:

 Contexto Geológico Regional e Local;  Caracterização e Classificação Geomecânica;  Análises de Estabilidade;

 Tipos de Ensaios.

O Capítulo 3 é reservado para o detalhamento da metodologia, onde é exposta a sequência das atividades, com os subitens:

 Mapeamento Geológico Geotécnico Estrutural;  Estudo da Cava Proposta e Seções Críticas;;  Modelo Geológico;

 Plano de Sondagem e Instrumentação;  Descrição de Testemunhos de Sondagem;  Avaliação Hidrogeológica;

 Modelo Geomecânico – Construção das Seções de Análise;  Definição dos Mecanismos de Ruptura;

 Elaboração do Plano de Amostragem e Ensaios;  Definição dos Parâmetros de Resistência;  Análise de Estabilidade;

 Definição dos Métodos de Análise;  Variação de hipóteses e resultados; e  Análise dos Resultados e Conclusões.

No Capítulo 4 são apresentados os resultados seguindo a metodologia e suas respectivas discussões para entendimento de cada ação seguinte.

No Capítulo 5 são apresentados as conclusões, considerações e recomendações sobre a metodologia desenvolvida.

CAPÍTULO

2

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. CONTEXTO GEOLÓGICO REGIONAL

A Mina da Serra do Sapo, localizada na porção meridional da Serra do Espinhaço, no Município de Conceição do Mato Dentro (Figura 2.1) corresponde a um dos grandes empreendimentos de Minério de Ferro em operação no Brasil. Possui praticamente todo seu minério em itabirito (25%-60% de Fe), compreendendo uma cava projetada de aproximadamente 12 km de extensão. O posicionamento tectônico regional remonta ao limite oriental do Cráton do São Francisco com a Faixa Móvel Araçuaí.

As rochas que compõem esta porção estão ligadas ao desenvolvimento das rochas do Cráton São Francisco e ao evento orogênico de encurtamento crustal da Faixa Araçuaí, além de eventos tafrogênicos da reabertura continental (CODEMIG, 2017).

O embasamento nesta porção da borda cratônica é composto por terrenos arqueanos gnássicos, graníticos e migmatíticos sobrepostos por sequência vulcanosedimentares de idade Arqueana. Sobreposto a esse embasamento, ocorrem sequência de baixo grau metamórfico de origem sedimentar e metamagmático de idade entre o Arqueano e o Proterozóico Médio. Cortados por suítes granitóides de idade proterozóica (Médio - Superior) e corpos intrusivos básicos e ultrabásico.

Quanto ao arranjo estrutural a Serra do Espinhaço Meridional pode ser definida como um orógeno de direção N-S, marcada por sequenciados sistemas de falhas de empurrão e zonas de cisalhamento (CODEMIG, 2017).

Figura 2.1 - Mapa de Localização da área de estudo (Fonte: CODEMIG - http://www.portalgeologia.com.br/index.php/mapa/).

Este arranjo estrutural é responsável pela duplicação e pela supressão de unidades litológicas, além de inversões estratigráficas. Outra característica estrutural regional são as lineações de estiramento mineral registradas em diferentes unidades litológicas, indicando direção de movimento L-O. Essas lineações associadas às foliações com mergulho para leste além de dobras isoclinais com vergência também para leste, demostram as claras evidências de transporte tectônico de leste para oeste, corroborando com o processo orogênico da Faixa Araçuaí em direção ao Cráton São Francisco.

Serra do Sapo

BELO HORIZONTE

SERRA DO ESPINHAÇO MERIDIONAL

2.2. CONTEXTO GEOLÓGICO LOCAL

Aproximando para o contexto local, no trabalho de Rolim, et. al. (2016) foram caracterizados o embasamento granito-gnáissico e o Grupo Serra da Serpentina como as principais assembleias litoestratigráficas que compõem o local onde hoje está a Mina da Serra do Sapo. O embasamento granito-gnáissico está representado pelas rochas do Complexo Guanhães, posicionada a leste da Serra do Sapo, limitada por um contato em falha de empurrão que projeta o embasamento sobre as camadas metassedimentares do Grupo Serra da Serpentina.

Rolim et. al. (2016), apresentam o Grupo Serra de Serpentina, com duas formações, a Formação Meloso e a Formação Serra do Sapo (Figura ). A Formação Meloso ocorre na porção basal, sobre o embasamento granito-gnaissico e é composta por quartzitos, quartzo clorita sericita xistos, filitos e filitos grafitosos, podendo ocorrer enriquecimentos de manganês associados a fraturamentos. A Formação Serra do Sapo, topo do Grupo Serra da Serpentina, ocorre, de forma predominante, com formações ferríferas bandadas (BIFs) intercaladas com quartzo sericita xistos (na forma de lentes descontínuas) e quartzitos ferruginosos (correspondente à variação química), no topo, finalizando a formação também ocorrem lentes descontínuas de metadolomitos.

Os níveis de BIFs dentro da Formação Serra do Sapo são frutos de deposição química e possuem intercalações de escala milimétrica a dessimétricas de níveis de hematita especular e quartzo. Este sistema de empurrão também se reflete em formações gerando uma foliação penetrativa com mergulho marcante para leste e com lineamentos minerais em diferentes unidades, acompanhando o comportamento regional, de um forte transporte tectônico de leste para oeste, como citado no Contexto Geológico Regional.

Essas formações ditarão, de acordo com suas condições geomecânicas, as possíveis geometrias de taludes capazes de estabelecer as cavas de explotação dentro dos critérios de segurança.

Semi-paralelas a essas formações, são recorrentes rochas intrusivas básicas e ácidas que podem estar associadas a idades mesoproterozóicas. Exemplificando essa condição,

Figura 2.2 - Sequencia Estratigráfica Completa do Grupo Serra de São José e Serra da Serpentina (modificado de Rolim, et. al. 2016).

Guimarães et. al. 2012 apresenta diferentes estágios de alteração dos BIFs da Formação Serra do Sapo, são eles: Itabirito Friável, semi-friável e compacto (Figura 2.3). A estruturação das formações e maiores detalhes serão abordados mais à frente, no Capítulo 3.

Figura 2.3 – Variações faciológicas de intemperismo do Itabirito na Mina da Serra do Sapo (Fonte: Guimarães et. al. 2012).

2.3. CLASSIFICAÇÃO GEOMECÂNICA DE MACIÇOS

Classificação geomecânica, de maciços são sistemas de desenvolvidos com base em determinadas características de maciços de modo a definir diferentes classes com a finalidade de abordar diferentes soluções de engenharia em cada classe de modo a prevenir contra comportamentos indesejados do maciço (Junior e Ojima, 1998). Outro aspecto importante está na possibilidade de, a partir de um levantamento de um maciço, ser possível efetuar comparações para maciços semelhantes, possibilitando o intercâmbio de experiências.

A aplicação desses sistemas é relativamente simples e rápida e pode a partir dela indicar a necessidade ou não de estudos mais específicos para uma determinada região. Desta forma, diversos são os métodos de classificação geomecânicas, desenvolvidas para atender aplicações específicas como túneis e taludes de minas. Dos métodos elaborados, os mais consagrados na mineração são os Sistema RMR (Rock Mass Rating) de Bieniawski desenvolvido sua primeira versão em 1973 e o Sistema Q, de Barton, desenvolvido em 1974. Ao longo da sua história, ambos os métodos já passaram por ajustes e reanálises para calibração de seus parâmetros de análise.

Itabirito friável

Itabirito

Semi -friável

O Sistema RMR, segundo Bieniawski, possui os seguintes objetivos:

 Caracterizar os parâmetros condicionantes do comportamento dos maciços rochoso;  Subdividir um maciço heterogêneo em qualidades distintas;

 Fornecer parâmetros para compreensão das características de cada classe de maciço;  Prover dados quantitativos para projetos geomecânicos; e

 Ser referência dentro do mesmo projeto ou em projetos análogos. Para isto, o Sistema RMR, avalia seis parâmetros do maciço rochosos:  Resistência a compressão simples;

 Índice de designação da qualidade da rocha (Rock Quality Designation - RQD);  Espaçamento das descontinuidades;

 Condições das descontinuidades;  Condição da água subterrânea; e

 Relação da descontinuidade com a direção do corte do talude ou túnel.

À medida que se estabelece a caracterização os parâmetros são levantados e somados conforme referenciando-se assim a uma classe que pode variar entre 100 e 0 (Anexo I, Planilha A, B, C e D). No entanto, como comentado por Silva (2015), principalmente em minas a céu aberto em ambiente tropical, onde o desenvolvimento da superfície de alteração, ou seja, o horizonte de solo é profundo, o Sistema de Classificação RMR torna-se de difícil aplicação, pois os parâmetros como RQD, espaçamento das descontinuidades, condição das descontinuidades e direção das descontinuidades podem

penalizar (ou não) o maciço conforme a interpretação do classificador, uma vez que a identificação de descontinuidades fica comprometida.

Para que esse horizonte não ficasse sem classificação, adota-se a classe VI, para graus de intemperismo elevado. Para esses casos a mecânica das rochas não se aplica ou se aplica parcialmente desenvolvendo superfícies circulares ou plano-circulares, respectivamente.

Apesar de Bieniawski, em publicação referente a equívocos aplicados ao Sistema RMR (Bieniawski, 2011), abordando a questão de aplicação em rochas muito alteradas, indica que o maciço de alto grau de alteração deva receber nota mínima. No entanto, entre 0 e 20 (intervalo de classificação para Classe V), existem muitas possibilidades que, deste modo, agrupariam maciços com propriedades muito distintas.

Em 2011, Bieniawski publicou um artigo onde esclarece algumas dúvidas e passa orientações de uso do método elaborado por ele. Nesse artigo, ele demonstra que é correto aplicar valor zero quando os parâmetros atingem condições extremamente desfavoráveis à estabilidade. Outro ponto interessante colocado neste artigo é quanto à liberdade de variação do peso, podendo aplicar valores intermediários de acordo com a interpretação geotécnica.

O Sistema Q (Barton et.al., 1974), baseou-se em uma coletânea de históricos de obras subterrâneas e, a partir do estudo de cada uma delas, propuseram um sistema para quantificar o comportamento geomecânico dos maciços. É definido pela equação 2.1:

𝑄 = [𝑅𝑄𝐷 𝐽⁄ ] × [𝐽𝑛 𝑟⁄ ] × [𝐽𝐽𝑎 𝑤⁄𝑆𝑅𝐹] (2.1)

Onde correspondem:

 RQD = índice de designação da qualidade da rocha (Rock Quality Designation);  Jn = índice de influência do número de famílias das descontinuidades;

 Ja = índice de influência da alteração das paredes das descontinuidades;  Jw = índice de influência da pressão da água subterrânea; e

 SRF = índice de influência das tensões no maciço.

Da mesma forma que no RMR, esses parâmetros são normalizados por planilhas (Anexo I, Planilhas de E à I).

Apesar de Sistema Q ter critérios diferentes que o Sistema RMR, as rochas alteradas ficariam sem classificação em diversos parâmetros, tornando difícil uma classificação pela pontuação do maciço. Por este motivo torna-se mais eficiente de aplicar a denominação de Classe VI para as rochas que não for possível desenvolver a classificação dos parâmetros devido ao seu alto grau de alteração e/ou baixa resistência.

Outro modo de classificação mundialmente utilizado e o Índice de Resistência Geológica, conhecido como GSI (Geological Strength Index), teve seu início de desenvolvimento por Hoek,1983 e diferentemente dos anteriores elimina da caracterização do maciço rochoso fatores externos, restringindo-se às propriedades da rocha, correlacionando a quantidade de formação de blocos (associado a número de famílias, espaçamento, interações, forma, etc) e a condição das descontinuidades (rugosidade, alteração, preenchimento, etc), apresentada no Anexo I (Planilha J).

O GSI busca gerar um valor de referência do maciço e com ele interagir com outras variáveis para definir parâmetros a serem utilizados em estudos e análises de estabilidade. Este modelo de classificação obteve muitas adesões devido a facilidade de caracterização proposta, no entanto Marinos et al., (2005) publicaram algumas limitações do método incluindo casos de fraturamento e grau de alteração das rochas intensos, sendo necessário uma análise de outros parâmetros uma vez que os parâmetros utilizados no GSI apresentam-se de difícil identificação e análise nessas condições extremas.

2.4. ANÁLISE DE ESTABILIDADE (MECANISMO X MÉTODO USADO E INFLUÊNCIA DA ÁGUA)

A escolha das análises de estabilidade para um determinado talude é desenvolvida a partir do levantamento de diversos parâmetros fundamentais, dentre os quais podemos citar a geologia, a classificação geomecânica e a hidrogeologia. Além desses parâmetros, antes de iniciar a análise de estabilidade, é essencial entender os mecanismos de ruptura.

Os mecanismos de ruptura podem ser divididos em dois grupos, um primeiro que possui comportamento anisotrópico, governado por plano (s) de descontinuidade (s) ou de comportamento isotrópico, sem uma direção preferencial de ruptura. Esses parâmetros fundamentais indicarão as hipóteses de mecanismos e direcionarão quais ensaios mais adequados para obtenção dos parâmetros.

Desta forma, o domínio sobre os mecanismos potenciais de ruptura do talude é fator crítico para definição dos ensaios e consequentemente dos parâmetros dos materiais. Existem diversos mecanismos de ruptura (Wyllie e Mah, 2005), os mais comuns são:

 Ruptura Circular

Este mecanismo de ruptura é aplicado a duas condições extremas do maciço rochoso. Podendo variar de um maciço sem nenhuma estrutura a um maciço extremamente estruturado sendo que seus planos estruturais estejam distribuídos espacialmente de modo equilibrado.

Além dessas duas condições extremas, este mecanismo pode ser considerado a maciços intemperizados, que devido ao alto grau de alteração, eventuais planos de ruptura transpassam planos estruturais reliquiares (Figura 2.5).

Figura 2.5 - Principais mecanismos de ruptura de taludes e suas condicionantes estruturais mais comuns (modificado de Wyllie e Mah, 2005).

 Tombamentos

Existem caracterizados, basicamente 4 tipos de tombamento, na literatura, o tombamento de blocos, o tombamento flexural, o tombamento de blocos- flexurais e o tombamento secundário (Wyllie e Mah, 2004).

Os tombamentos por blocos ocorrem quando, em rocha sã, são formadas colunas individualizadas por famílias de descontinuidades que possuem mergulho acentuado para dentro do talude conjugada com família de descontinuidades ortogonal que define a altura

A dinâmica deste mecanismo está relacionada a transferência de carga entre os blocos, do pé à crista do talude. A base da superfície de ruptura, geralmente, consiste numa superfície irregular passando pelas descontinuidades ortogonais.

Para o tombamento flexural ocorrer em colunas de rocha com descontinuidades persistentes e íngremes para dentro do talude, rompendo a flexão a medida que se dobram para fora do talude.

O tombamento bloco-flexural é caracterizado pela pseudo-continuidade flexural composta por longas colunas que são seccionadas por diversas juntas cruzadas, ocorrendo um grande número de pequenos deslocamentos.

O tombamento secundário inicia-se pela remoção do pé do talude, podendo ser uma ação natural ou antrópica. Em todos os casos, o modo de falha primária envolve um deslizamento ou a ruptura da rocha e tombamento é induzido na parte superior do talude como resultante da falha primária (Wyllie e Mah, 2005).

Figura 2.4 – Exemplos de tipos de tombamentos, sendo a) por blocos; b) flexural; c) por blocos-flexural; e d) secundário. (modificado de Wyllie e Mah, 2005).

 Ruptura Planar

O mecanismo de ruptura planar consiste basicamente no deslocamento de um plano em relação à face do talude (Figura 2.5). Para que tal mecanismo seja acionado alguns fatores devem ocorrem de modo conjunto:

1) A direção de azimute deve estar entre 20° com relação a face do talude;

2) O mergulho do plano de descontinuidade deve ser menor que o da face do talude;

3) O mergulho do plano de descontinuidade deve ser maior que do ângulo de atrito;

4) A extremidade superior do plano de ruptura deve ser limitada pelo topo do talude ou conectada a uma fenda de tração; e

5) Os limites laterais devem possuir resistências baixas para proporcionar o desprendimento da massa de rocha.

 Ruptura em Cunha

O mecanismo de ruptura em cunha, em linhas gerais, consiste na interação de dois planos de descontinuidade persistentes que formam uma cunha saindo da face do talude (Figura 2.5). Este mecanismo é concretizado quando combinados 3 fatores:

1) Dois planos de descontinuidades se interceptam;

2) O plano de ruptura se seu strike está entre ±20° com a face do talude.;

O ângulo de mergulho da linha de interseção é menor que a face do talude e maior que o ângulo de atrito.

Outro parâmetro de análise de estabilidade é o nível piezométrico das camadas próximo à superfície, que podem gerar poropressões de modo a instabilizarem o talude em escala global. A pressurização das paredes do talude abaixa o fator de segurança e, deste modo, devem ser analisados para prever a necessidade de rebaixamento do nível piezométrico.

Para medir, este parâmetro, são instalados piezômetros tipo Casa Grande com definição da profundidade de sua câmara conforme o interesse de medição (Figura 2.6).

Piezômetro tipo Casa Grande Indicador de Nível D´água

Figura 2.6 - Tipos de Instrumentos para monitoramento hidrogeológico, modificado de Wyllie and Mah (2005).

2.5. TIPOS DE ENSAIOS

Entendido os mecanismos de ruptura que governam os maciços inicia-se a fase de planejamento das amostragens, onde se define quais rochas estão envolvidas no mecanismo e as respectivas condições. Determina-se também o tipo de coleta (deformada ou indeformada) e a orientação de coleta, de acordo com o ensaio que será aplicado. É fundamental que a assembleia de rochas coletadas apresente representatividade do

maciço. Este cuidado é muito importante, pois a representatividade do maciço dependerá de uma seleção adequada de amostras e consequentemente aquisição de parâmetros.

Outro fator influenciador nos ensaios é quanto à heterogeneidade dos materiais, como por exemplo, do itabirito, que é composto por camadas de diferentes espessuras de quartzo e hematita. Esta heterogeneidade [e principal motivo para se optar por ensaios de grandes dimensões (ex.: 30cm x 30 cm x 30 cm), quando em material de baixa resistência (até R≤1), minimizando o erro.

Os ensaios podem ser divididos em dois grupos. O primeiro o grupo formado por solo, rocha muito alterada e alterada e o segundo os ensaios sobre rocha.

2.5.1. Ensaio em solo e rocha alterada

Apesar de muitas vezes, este tipo de material, não apresentar nitidamente suas anisotropias, o arranjo dos seus minerais influencia sobremaneira, os parâmetros obtidos para condição paralela e oblíqua à anisotropia (foliação). Destacamos aqui três tipos de ensaios para definição desses parâmetros, são eles:

 Ensaio de Cisalhamento Direto

Neste é aplicada uma força normal ao sentido da direção de cisalhamento, onde se obtém a curva de tensão cisalhante x tensão deformacional e nela extraem-se dois valores a tensão; de pico e residual (Figura 2.7).

Figura 2.7 - Representação de equipamentos e resultados típicos de cisalhamento direto (modificado de Pinto, 2006).

Executando no mínimo três ensaios desse com diferentes tensões normais obtêm-se três pontos, que serão plotados em um gráfico de tensão cisalhante x tensão normal (Figura 2.7). Os gráficos gerados com as informações de pico são conceitualmente construídos com os parâmetros mais resistentes ao cisalhamento, enquanto que os gráficos gerados pelos valores residuais referem-se aos parâmetros que permanecem no material, mesmo após sua ruptura.

Este ensaio pode ser realizado, atualmente no Brasil, em blocos de 10 x 10 x 05 cm (considerado de pequenas dimensões) e blocos de 30 x 30 x 30 cm (considerado de grandes dimensões).

 Ensaio de Compressão Triaxial

O ensaio de Compressão Triaxial convencional consiste na aplicação de um estado hidrostático de tensões e de um carregamento axial sobre um corpo de prova cilíndrico. Para isto o corpo de prova é colocado dentro de uma câmara envolto por uma membrana de borracha. A câmara é enchida com água, a qual se aplica uma pressão confinante ou

de confinamento. A pressão confinante atua em todas as direções, deixando o corpo de prova em um estado hidrostático de tensões (Pinto, 2006).

O carregamento, axial pode ser feito por meio de forças no pistão que penetra na câmara (ensaio de carga controlada) ou deslocando a câmara para cima numa prensa (deformação controlada) a carga é medida por um anel dinamométrico ou célula de carga intercalada no pistão (Pinto, 2006). A tensão devida ao acréscimo da tensão axial é denominada tensão desviadora (Figura 2.8).

Este ensaio pode ser variado em função de permitir ou não a drenagem do material, denominados:

 Ensaio CD – permite o adensamento e drenagem do material, havendo, portanto a dissipação das pressões neutras, adquirindo, parâmetros em tensões efetivas;

 Ensaios CU – permite o adensamento, sem drenagem do material, havendo interação com pressões neutras e adquirindo parâmetros em função de tensões totais. Pode obter dados de tensões efetivas, caso as pressões neutras sejam medidas;

 Ensaios UU – onde não ocorre adensamento sem drenagem do material. Obtém parâmetros em função de tensões totais.

Figura 2.8 - Modelo esquemático do arranjo do ensaio triaxial, modificado de apresentação do Prof. Francisco Chagas da Silva Filho, da Universidade Federal do Ceará (UFC).

2.5.2. Ensaio em rocha

 Ensaio de Compressão Uniaxial

O ensaio de compressão uniaxial é comum para caracterização mecânica das rochas. Consiste no ensaio de um testemunho de rocha, normalmente na forma cilíndrica, submetido a uma tensão normal (1), paralelo ao eixo do cilindro (Figura 2.9).

As extremidades que estarão em contato com a prensa devem ser cuidadosamente niveladas, eliminando irregularidades, assim como o formato do cilindro.

Este ensaio obtém como resultado a resistência à compressão máxima (c), e pode ter também medidas de deformação do testemunho (módulo de Young e Razão de Poisson).

Figura 2.9 – Modelo esquemático de arranjo para ensaio uniaxial em prensa hidráulica. Modificado da Apresentação do Professor Rodrigo Figueiredo, UFOP.

CAPÍTULO

3

3.1. CONTEXTUALIZAÇLÃO GERAL DA METODOLOGIA

A metodologia adotada nesta dissertação está resumida no fluxograma (Figura 3.1) abaixo.

Figura 3.1 – Fluxograma das principais atividades para desenvolvimento do estudo de estabilidade de taludes.

Nele será abordado cada etapa deste fluxograma, pontuando detalhes relevantes que podem interferir no resultado final.

3.2. ENTENDIMENTO DO MECANISMO – HISTÓRICO LOCAL

A primeira etapa para o estudo de estabilidade é pesquisar o histórico da cava em questão, ou de cavas do seu entorno, afim de conhecer os principais eventos de ruptura desenvolvidos nesses locais.

Este estudo servirá como “ponto de partida” para as investigações de campo, auxiliando na busca das feições geológicas e domínios geotécnicos que devam ser considerados relevantes.

Dependendo do detalhamento obtido nesta fase, pode ser possível adquirir com estudos em áreas análogas, até mesmo parâmetros de resistência que se correlacionam com os litotipos da área de estudo.

Este tipo de informação é válido para uma análise preliminar, ou até mesmo, num estágio avançado (ex.: Definição dos Parâmetros de Resistência), como guia para julgar se os parâmetros obtidos estão dentro de uma faixa esperada, ou não.

No entanto, esse estudo preliminar, não deve se sobrepor aos dados levantados após as investigações de campo, como, Mapeamento Geológico-Geotécnico e Estrutura,

Descrição de Furos de Sondagem, Avaliação Hidrogeológica e Ensaio Específicos,

representando apenas, um modelo prévio, para que, em linhas gerais, guiar o início do processo de estudo.

3.3. MAPEAMENTO GEOLÓGICO GEOTÉCNICO ESTRUTURAL

Em áreas onde ainda não foi desenvolvida uma mina, os dados que mais se aproximam de um Mapeamento Geológico Geotécnico Estrutural, são coletados por uma equipe de

exploração, constituída basicamente por geólogos, onde o foco dos estudos está para o mapeamento dos contatos geológicos e para o teor de minério, carecendo assim de dados geomecânicos.

Apesar de pouco aplicado, é fundamental incorporar os dados geotécnicos dentro das fases preliminares de investigação, pois nesta etapa poderão ser antecipadas condicionantes que irão interferir na geometria da futura cava.

Em locais de desenvolvimento de mina, são comuns os levantamentos direcionados à caracterização geomecânica, acompanhando a evolução da cava e potenciais riscos à operação, além de fazer a validação do modelo anteriormente construído utilizando de furo de sondagem.

Os parâmetros geológicos, geomecânicos e estruturais que devem ser levantados, para elaboração de um mapa são:

 Litologia;

A base de dados litológicos, no geral, está sob responsabilidade da área de geologia da mina e/ou exploração. Porém, raramente o grau de detalhamento dos contatos litológicos e estruturais levantado por essas equipes satisfazem às necessidades da caracterização geomecânica, uma vez que o nível centimétrico, de uma determinada descontinuidade, pode ser relevante à estabilidade do maciço e irrelevante para a caracterização geológica do mesmo maciço.

Desta forma, os dados de mapeamento elaborados pela área de geologia servirão como base inicial de informação, para maiores detalhamentos pela área de geotecnia.

 Grau de Resistência;

Este parâmetro, busca a partir de verificações de campo, estimar parâmetros de resistência relativos a compressão uniaxial e point load test. Para realizar tal estimativa utiliza-se de ferramentas simples, como martelo de geólogo, lamina de aço e unha (Anexo III, Planilha

A). Este método de correlação é recomendado pela Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas (ISRM, 1981).

Dependendo da reação da rocha as ferramentas citadas, o maciço pode ser caracterizado de R6 (resistência extremamente elevada) à R0 (resistência extremamente baixa) equivalendo cada caracterização a uma faixa em megapascal (MPa) para compressão uniaxial e point load test (os valores R2, R1 e R0, não possuem correlações para point

load test, devido à baixa precisão neste método).

 Grau de Alteração;

Este parâmetro, auxilia na caracterização do maciço, classificando sua alteração de acordo com a caracterização dos minerais (Anexo III, Planilha B), seguindo a recomendação da Sociedade Internacional de Mecânica das Rochas (ISRM, 1981)

 Tipo de estrutura (foliação, lineações, juntas etc.);

Os registros dos tipos de estruturas levantados auxiliarão nas indicações dos mecanismos, juntamente com os dados de caracterização dessas descontinuidades.

 Caracterização das Descontinuidades:

Esta caracterização, busca detalhar as informações contida ao longo das descontinuidades e que irão auxiliar na calibração dos parâmetros numa fase posterior.

 Atitude – medida em graus do mergulho e azimute de cada descontinuidade, afim de entender uma tendência e predominância, para aplicação, por exemplo, em análises cinemáticas para definição de mecanismos de ruptura;

 Espaçamento – medida em metros da distância entre duas descontinuidades da mesma família;

 Jv – metragem volumétrica de descontinuidades, definida por Palmstrom (1974) onde este índice é correlacionado com o RQD (índice de designação da qualidade da rocha), pela equação abaixo (3.1).

𝑅𝑄𝐷 = 115 − 3.3 𝐽𝑣 (3.1)

 Persistência – medida em metros do comprimento de uma descontinuidade;

 Preenchimento – tipo de preenchimento que pode ocorrer dentro da descontinuidade (Anexo I, Planilha B);

 Jr – índice de influência da rugosidade das paredes das descontinuidades (Barton et.al., 1974), conforme Anexo I, Planilha F.

 Ja - índice de influência da alteração das paredes das descontinuidades (Barton et.al., 1974), conforme Anexo I, Planilha G.

 Jn;- índice de influência do número de famílias das descontinuidades (Barton et.al., 1974), conforme Anexo I, Planilha E.

A forma de levantamento desses dados em campo pode ser variável, dependendo das condições de afloramento. Em uma área onde não há lavra, os pontos de coleta dessas informações ficarão restritos aos afloramentos naturais. Enquanto que em áreas de lavra, esses pontos podem ser coletados a cada 50 metros ao longo de uma berma ou se identificada a mudança de um dos parâmetros coletados

Além do levantamento de campo é fundamental o trabalho de interpretação de dados de imagens de satélite, que possibilitam a visualização de grandes estruturas, como lineamentos em escala regionais.

3.4. ESTUDO DA CAVA PROPOSTA e SELEÇÃO DAS SEÇÕES CRÍTICAS;

Após a fase de mapeamento geológico geotécnico e estrutural, será aplicado sobre o terreno uma cava, que irá, transpassar as litologias, domínios geomecânicos e estruturas estudadas anteriormente.

Esse “corte” deverá obedecer uma geometria pré-definida em projeto de acordo com os estudos preliminares, considerando a estabilidade dos taludes.

Porém, ao longo da implantação da cava, sua forma pode assumir diferentes modos de evolução, com variações de posicionamentos de rampa, diferentes estágios para aprofundamento da cava, etc.

Essas modificações de forma da cava podem estar associadas desde às necessidades de produção, como às incertezas geológicas e geomecânicas e hidrogeológicas, ou até mesmo de a motivações ambientais.

Por este motivo, é muito importante um acompanhamento de perto da área de geotecnia com o planejamento de curto e médio prazo, para sempre avaliar variações que podem surgir a longo da evolução da cava.

Para avaliação e estudo de uma cava, propõe-se a consideração de algumas premissas básicas para determinação de seções, afim de garantir que as porções de maior criticidade, dentro da cava, serão investigadas.

 Seção cortando ortogonalmente o talude de maior altura da cava;

 Caso seja identificada uma feição estrutural de relevância à estabilidade da cava (desfavorável em relação ao corte) ou litotipo que demostre uma baixa resistência, estes devem sem ser interceptados por ao menos uma seção;

 A região de maior valor potenciométrico tanto para aquífero livre quanto para aquífero cristalino deverão ser analisados.

 Elaboração de ao menos uma seção nos taludes considerados não críticos;

3.5. MODELO GEOLÓGICO

O Modelo Geológico é um produto elaborado pelos geólogos da mina, com foco principal, para os contatos do corpo de minério e seus teores, contendo as linhas básicas dos contatos entre os principais litotipos da mina, baseado nos dados de mapeamento e furos de sondagem.

Deste modo, os contatos de escala centimétricas, ou até mesmo de poucos metros, são geralmente subtraídas ou simplificadas desse modelo.

Esta simplificação consiste num ponto de atenção importante para os estudos geomecânicos, uma vez que superfícies, mesmo consideradas pequenas ou discretas, podem condicionar rupturas de escala global.

Neste sentido, é fundamental saber as limitações de uso de um Modelo Geológico e as simplificações estabelecidas antes de utilizar sua base de dados.

Outro ponto de atenção é referente à quantidade e qualidade das sondagens executadas para elaboração do modelo.

Apesar de não existir uma regra que determine uma quantidade mínima de sondagens, esta avaliação é muito importante, visto que, essa densidade de sondagem será determinante para detalhamento do modelo.

Referente a qualidade, é muito importe, principalmente para estudos geomecânicos, que as sondagens atravessem todo corpo de minério e percorra alguns metros no material que irá compor a face do talude após a escavação, este cuidado.

Apesar de parecer banal, muitas campanhas de sondagem, não de atentam para esta informação, interrompendo as sondagens logo após o final do corpo de minério,

prejudicando o entendimento do que será a face do talude da cava final e muitas das vezes este detalhe deve ser sinalizado pela equipe de geotecnia.

Como ação corretiva, prevendo esta falha de informação, considera-se um plano de sondagem complementar, associada a instrumentações, com intuito de adensar e refinar as informações necessárias com foco nos estudos de estabilidade.

Dependendo das interpretações e variações do modelo geológico, as seções predefinidas na etapa anterior deverão ser ajustadas, de modo a considerar litologias e estruturas não identificadas anteriormente.

3.6. PLANO DE SONDAGEM E INSTRUMENTAÇÃO

Como comentado no item 3.5, este plano de sondagem associado a instrumentação, tem por objetivo de adensar e refinar o modelo geológico, adensando a malha de sondagem, atravessando o corpo de minério e instalando instrumentação (piezômetros tipo Casagrande, medidores de nível d´água, etc.) para entendimento da dinâmica hidrogeológica no maciço.

Assim, o plano de sondagem e instrumentação complementar é melhor implantado se determinado pela geotecnia, que sabe os locais de necessidade de investigação.

Outra particularidade da sondagem com foco geotécnico é que em virtude do interesse no entendimento de algumas passagens litológicas de escala centimétricas, geralmente em materiais de baixa coesão ou muito argilosos, é muito importante o diálogo com as frentes de sondagem, para a melhor recuperação possível desses materiais, em geral desprezados numa sondagem convencional.

Dependendo das dúvidas existentes, furos orientados podem auxiliar no entendimento da interação estrutural em profundidade.

3.7. DESCRIÇÃO DE TESTEMUNHOS DE SONDAGEM

A descrição geológica-geotécnica dos testemunhos de sondagem corresponde ao fundamento para o reconhecimento e segregação de diferentes domínios geotécnicos. Existe conceitualmente diversos métodos de classificação, dos quais dois se destacam, são eles, a Classificação RMR de Bieniawski e o Sistema-Q de Barton.

Ambos foram desenvolvidos inicialmente para atender às necessidades de classificação e aplicação de soluções em túneis, no entanto após considerações e modificações por parte dos próprios autores, essas metodologias foram sendo adequadas para taludes a céu aberto.

Comumente esses métodos são utilizados para agrupar classes de maciços que posteriormente receberão valores de parâmetros (ex.: coesão e ângulo de atrito) para desenvolvimento de análises de estabilidade.

Um ponto muito importante da descrição consiste na padronização de toda equipe que desenvolve a descrição para diminuir as diferenças de interpretações. Um parâmetro que pode ser exemplificado como crítico nesse aspecto é a resistência a compressão uniaxial (parâmetro R indicado pela ISRM), o qual é comum haver divergências de opiniões principalmente para os valores medianos, como R2 e R3.

A criação de uma litoteca, com as rochas que ocorrem no site em diferentes condições de resistência (R, indicado por ISRM, 1981) e grau de alteração (W, indicado pela ISRM, 1981), têm grande valor para auxiliar nessa padronização de interpretação.

Outra questão, referente a descrição geotécnica, é o envolvimento dos profissionais que irão gerar os modelos geológico geomecânicos e estruturais na descrição dos testemunhos. Este arranjo organizacional é considerado fundamental, pois a visão do descritor é única no enriquecimento e aproximação da realidade pelo modelo.

3.8. AVALIAÇÃO HIDROGEOLÓGICA

A avaliação do comportamento hidrogeológico no maciço é um fator crítico em qualquer projeto de escavação, principalmente quando estamos falando de uma mina.

Dentre as maiores preocupações de uma mina relativa a água subterrânea podemos destacar o conhecimento do nível d´água ao longo do trajeto de escavação, podendo impactar na operacionalidade de uma cava e na pressurização dos bancos do talude, podendo induzir uma ruptura de escala global.

Assim, esta variável, possui grande impacto no estudo de estabilidade de taludes, principalmente no que se refere a pressurização das paredes da cava.

Tal estudo, depende de um arranjo adequado de instrumentações ao longo da área que será escavada, variando medidores de nível d´água e piezômetros, conforme a necessidade de investigação.

Como indicado no fluxograma (Figura 3.1) a avaliação hidrogeológica que depende de um arranjo adequado de instrumentação é totalmente dependente dos dados de descrição de testemunhos de sondagem e do modelo geológico, esses dois campos, fornecerão subsídios para a melhor locação possível das instrumentações e consequentemente gerar os dados que serão avaliados pelo hidrogeólogo da mina.

A elaboração de um plano de instrumentação hidrogeológica precisa estar associada a uma campanha de monitoramento de rotina, pois essa disciplina operacional proporcionará a geração dos dados referente ao comportamento durante um ano hidrogeológico e os efeitos de um bombeamento no meio.

Neste planejamento, também devem ser considerados que com os avanços da lavra ocorrerão perdas de instrumentos e esses deverão ser repostos para manutenção da malha de investigação.

Dependendo do tamanho da malha de instrumentos monitorados cabe a avaliação de instalação de instrumentos que enviam seus dados de modo remoto agilizando a campanha de monitoramento e tratamento dos dados.

Dependendo da avaliação hidrogeológica, seções críticas deverão ser ajustadas ou até mesmo criadas, para avaliação adequada desta variável.

3.9. MODELO GEOMECÂNICO - CONSTRUÇÃO DAS SEÇÕES DE ANÁLISE

Vencida as etapas anteriores, é possível iniciar o desenvolvimento do Modelo Geomecânico.

Este modelo geomecânico pode ser gerado em duas ou três dimensões, a primeira na forma de seções e a segunda na forma de superfícies. Essas superfícies trarão a informação do litotipo e da classe geomecânica definindo fronteiras dos domínios geomecânicos.

Assim, a forma correta de traçar esses domínios consiste em primeiramente traçar os contatos litológicos e, sobre esses, traçar os contatos geomecânicos, de maneira que os contatos litológicos sempre sejam respeitados e que dentro do domínio geomecânico esteja contida uma massa de rocha com parâmetros específicos, por exemplo coesão e ângulo de atrito.

Esta subdivisão pode ser baseada no sistema RMR, no sistema Q, ou qualquer outro critério, desde que sua subdivisão agrupe, respeitando o contato litológico, os mesmos parâmetros geomecânicos.

Além de incluir as subdivisões pelas características geomecânicas, também são incorporados o posicionamento dos furos de sondagem, os dados hidrogeológicos e o traçado referente ao contorno da cava proposta.

Atualmente, não existe um software único que integre todas essas informações de forma automatizada, tendo como produto as seções de análise, sendo necessário o conhecimento de uma séria de softwares.

A primeira etapa, consiste em reunir os dados primários, de descrição e/ou mapeamento em plataforma de banco de dados, seja ela Excel, Acquire, entre outras.

Após o armazenamento, é preciso transferir essa informação em seções de análise, para tal produto é necessário tratar esses dados em software tipo Datamine, Vulcan ou Leapfrog, que irão apresentar os dados de sondagem e mapeamento ordenados espacialmente, permitindo traças as superfícies de contato.

Em seguida, as seções com as informações geológicas, hidrogeológicas e geomecânicas, são importadas para ambiente da plataforma CAD, para tratamento e ajuste antes de ser importada para o software de análise de estabilidade que pode ser Slide, Slope-W, entre outros.

3.10. DEFINIÇÃO DO MECANISMO DE RUPTURA

Para a definir os mecanismos de ruptura a serem estudados é fundamental o entendimento cinemático entre o corte do talude, as descontinuidades e anisotropias do maciço rochoso.

O mapeamento e o modelo geológico geotécnico estrutural, fornecerão os dados necessários referente ao arranjo e estruturação do maciço, enquanto que geometria da cava proposta é definida pela equipe de planejamento (longo e curo prazo).

A interação dessas duas variáveis indicará quais mecanismos atuarão de modo pertinente ao longo de cada região da cava, realizando nada mais, nada menos que a avaliação cinemática mencionada no capítulo 2.4, onde Wyllie e Mah, 2005, apresentam os principais mecanismos de ruptura de taludes e suas condicionantes estruturais mais comuns.

De posse dos dados de campo, realiza-se um tratamento estatístico em estereograma avaliando as variações das estruturas.

Nesta avaliação, também são identificadas quais rochas estão com comportamento isotrópico ou anisotrópico, quais regiões estão condicionadas a uma ruptura paralela ou obliqua a descontinuidade principal e assim por diante.

Essas variáveis influenciarão na escolha dos ensaios e na escolha do método de análise mais à frente.

3.11. PLANO DE AMOSTRAGEM E ENSAIOS REALIZADOS

O plano de amostragem tem por finalidade acessar os espécimes geomecânicos mais representativos do modelo. Ser representativo, neste caso, não significa estar dentro da média, mas ser relevante para a estabilidade do talude.

Em outras palavras, se um determinado domínio geomecânico for influente na instalação de uma superfície de ruptura, o ideal é que este domínio seja amostrado e ensaiado.

Os dados, fundamentais para estarem presentes na identificação da amostra são:

 Código de Identificação – sequência de números pré definida para rastreabilidade no processo de coleta, transporte e ensaio das amostras;

 Coordenada do ponto da coleta – o registro da coordenada é valioso para que haja rastreabilidade do espécime coletado;

 Litotipo – dado básico para identificação da amostra;

 Classificação Geomecânica – importante durante o processo de identificação e após a realização do ensaio para análise do comportamento do espécime; e,

 Orientação - pode variar de acordo com a superfície de ruptura, sendo por exemplo, orientado para cisalhar paralelo ou obliquo em relação a foliação.

O acondicionamento das amostras é importantíssimo para a preservação dessas amostras ao longo do seu transporte, principalmente para as amostras indeformadas.

O processo de amostragem é delicado e requer muita paciência e perícia dos amostradores.

Existe diversas formas de acondicionamento, a mais conhecida utiliza parafina no entorno do bloco indeformado para preservação da umidade e estrutura.

Dependendo de como uma amostra foi danificada e de como será desenvolvido o ensaio, uma amostra pode ser descartada contendo apenas uma trinca, sendo necessário uma avaliação criteriosa do laboratório para não gerar dados distorcidos.

Na fase de ensaios ocorrem uma série de definições, como:  Tipo de Ensaio;

 Número de Corpos de Prova (CPs);

 Orientações dos espécimes para cada série;  Número de séries;

 Determinação das cargas aplicadas (em alguns casos);  Velocidade do ensaio (em alguns casos);

 Avaliação do laboratório

3.12. DEFINIÇÃO DOS PARÂMETROS DE ANÁLISE

A fase de definição de parâmetros é uma das mais delicadas e requer um conhecimento aprofundado dos diferentes espécimes que compõe o maciço rochoso em estudo.

Isto porque quando é realizado o ensaio de um espécime rochoso, seu resultado, ou a interpretação deste, será extrapolado para todas as regiões maciço de mesma característica. Obviamente, esta é uma aproximação, a qual são admitidas simplificações para ser possível gerar modelos e análises.

Outro detalhe importe na avaliação dos parâmetros é que, não raramente, os ensaios podem produzir resultados incoerentes, em função da amostra ou de imprevistos durante o ensaio. Esta análise crítica dos dados é fundamental para validação dos dados ou descarte de valores incoerentes.

Além da avaliação dos parâmetros dos espécimes ensaiados, existe também a necessidade de aplicar parâmetros em espécimes não ensaiados. Isto porque, nem todos os espécimes são de fácil amostragem e aplicação de ensaio. Como exemplos desses espécimes são as rochas brandas, não totalmente friáveis que possa moldar um bloco regular e não totalmente compactas que possa ser testemunhada e manter sua estrutura indeformada.

Para esses espécimes são necessárias ponderações e aproximações, seja utilizando o auxílio de softwares como Roclab, seja por meio de ponderações e conhecimentos de campo. Outra possibilidade é utilizar parâmetros de litotipos que se assemelham, sendo sempre importante fazer as verificações dessas analogias com as ocorrências em campo.

O planilhamento de todos os resultados obtidos facilita visualizar o conjunto de resultados para espécimes análogas e definir sua validade ou não.