Estabilidade estrutural pedreiras

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VISA.com01 I . 1 COMUNICAÇ ÕES TÉCNICAS JANEIRO DE 1999 “A ESTABILIDADE ESTRUTURAL NA SEGURANÇA DE PEDREIRAS A CÉU ABERTO - MACIÇOS TERROSOS” Mário J. N. Bastos Engenheiro de Minas INTRODUÇÃO A geotecnia associada à exploração mineral em geral, e a céu aberto em particular, reveste-se de uma enorme importância, porquanto constitui uma ciência que permite estudar a estabilidade das formações geológicas envolvidas. Os aspectos aqui abordados são essencialmente aplicados a pedreiras de areia e argila, mas podem também aplicar-se a explorações de rocha, nomea- damente aos materiais de recobrimento e às escombreiras. ESTABILIDADE DOS TALUDES A experiência adquirida pelos industriais, responsáveis e técnicos envolvidos na exploração de pedreiras tem vindo a ser o principal método de previsão das ocorrências nefastas relacionadas com as instabilidades de taludes. De facto, ao longo do tempo de exploração de uma determinada pedreira, ou de outras semelhantes, as pessoas envolvidas vão adquirindo conhecimentos ligados à prática do comportamento dos materiais, tanto o maciço em exploração, como os aterros de materiais estéreis. Apesar deste conhecimento ser precioso para quem estuda estes comportamentos, é frequente existirem fenómenos inespe- rados, cujos resultados comprometem a segurança de indivíduos e equipamentos, além de, muitas vezes, impossibilitarem o aproveitamento de importantes reservas de matéria prima. É por vezes vantajoso abandonar certas quantidades de material explorável de forma a garantir a estabilida- de dos maciços envolventes, aproveitando- se posteriormente massas minerais que seriam inacessíveis de outra forma. TIPOS DE INSTABILIDADES Existem várias causas para as instabili- dades que ocorrem em maciços terrosos. Assim, a subida brusca do nível freático (NF), sem permitir a drenagem natural das águas (Figura 1), é uma das principais causas de roturas e escorregamentos. Figura 1- Perfil esquemático de uma possível sequência de escorregamento de um talude devido à subida do nível das águas. I NF II III NF NF

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Estabilidade estrutural e segurança em pedreiras

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COMUNICAÇÕES TÉCNICAS

JANEIRO DE 1999

“A ESTABILIDADE ESTRUTURAL NA SEGURANÇA DE PEDREIRAS A CÉU ABERTO - MACIÇOS TERROSOS”

Mário J. N. Bastos Engenheiro de Minas

INTRODUÇÃO

A geotecnia associada à exploração mineral em geral, e a céu aberto em particular, reveste-se de uma enorme importância, porquanto constitui uma ciência que permite estudar a estabilidade das formações geológicas envolvidas.

Os aspectos aqui abordados são essencialmente aplicados a pedreiras de areia e argila, mas podem também aplicar-se a explorações de rocha, nomea-damente aos materiais de recobrimento e às escombreiras.

ESTABILIDADE DOS TALUDES

A experiência adquirida pelos industriais, responsáveis e técnicos envolvidos na exploração de pedreiras tem vindo a ser o principal método de previsão das ocorrências nefastas relacionadas com as instabilidades de taludes.

De facto, ao longo do tempo de exploração de uma determinada pedreira, ou de outras semelhantes, as pessoas envolvidas vão adquirindo conhecimentos ligados à prática do comportamento dos materiais, tanto o maciço em exploração, como os aterros de materiais estéreis.

Apesar deste conhecimento ser precioso para quem estuda estes comportamentos, é frequente existirem fenómenos inespe-rados, cujos resultados comprometem a segurança de indivíduos e equipamentos, além de, muitas vezes, impossibilitarem o aproveitamento de importantes reservas de matéria prima. É por vezes vantajoso

abandonar certas quantidades de material explorável de forma a garantir a estabilida-de dos maciços envolventes, aproveitando-se posteriormente massas minerais que seriam inacessíveis de outra forma.

TIPOS DE INSTABILIDADES

Existem várias causas para as instabili-dades que ocorrem em maciços terrosos. Assim, a subida brusca do nível freático (NF), sem permitir a drenagem natural das águas (Figura 1), é uma das principais causas de roturas e escorregamentos.

Figura 1- Perfil esquemático de uma possível sequência de escorregamento de um talude

devido à subida do nível das águas.

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Um outro aspecto causador de cedências significativas prende-se com a inclinação de diferentes camadas, nomeadamente intercalações de argila e areia ou saibro. Estas ocorrências motivam, geralmente, roturas diferenciadas, dependentes da atitude das camadas e da presença de água, de acordo com as Figura 2 e Figura 3.

Figura 2- Perfil esquemático de um escorregamento de talude com camadas de

inclinação favorável.

Apesar de poderem ocorrer escorrega-mentos em ambos os casos descritos, é um facto que a situação apresentada na Figura 2 é bastante mais estável que a da Figura 3, devendo-se planear a exploração de acordo com a orientação das camadas.

Como foi referido, um factor importante em todos os tipos de instabilidades, relaciona-se com a presença de água, através do nível freático (NF). Estas águas exercem, geralmente, três tipos principais de acções, isoladas ou conjugadas.

Figura 3- Perfil esquemático de um escorregamento de talude com camadas de

inclinação desfavorável.

Um tipo prende-se com a subida do NF, por razões climatéricas ou outras, o que provoca o aumento das pressões no maciço, impelindo o talude no sentido da cavidade. Um outro tipo de acção é a redução da coesão dos materiais do maciço devido à presença da água, que “lubrifica” os materiais. O terceiro tipo é o arrastamento de partículas do maciço por uma superfície de escoamento, criando

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uma descontinuidade (superfície de fraqueza) que motiva a rotura.

É assim um forte indício de problemas a presença de água na base dos taludes, geralmente identificada pela humidade dos terrenos ou pequenas exsurgências de água. Um outro sintoma de instabilidade é a definição de fendas de tracção no topo dos taludes (Figura 1 – II e Figura 2 - II), com orientação alinhada com o bordo da escavação, deixando prever o início da superfície de escorregamento.

Todas estas causas de escorregamentos, que geralmente ocorrem no Inverno, podem, e devem, ser previstas no método de exploração, de forma a evitar contrariedades que comprometam a exploração e segurança.

MEDIDAS PREVENTIVAS E CORRECTIVAS DE ESTABILIZAÇÃO

As principais medidas preventivas a utilizar para evitar este tipo de situações, prendem-se com o planeamento da exploração. De facto, conhecido o maciço onde se extrai o material, devem-se planear as acções de exploração de forma a evitar estas ocorrências e não inviabilizar a posterior extracção das massas.

Um dos principais aspectos a salvaguardar refere-se à configuração dos taludes, que devem possuir uma geometria apropriada, de forma a garantir a estabilidade em clima seco e em clima húmido. Para tal é conveniente adoptar ângulos suaves de talude e patamares intermédios (Figura 4).

Convém referir, a título de exemplo, que o ângulo de repouso natural médio das areias ronda os 30º, ou seja, cerca de 2 na horizontal para 1 na vertical (Figura 4).

Figura 4- Perfil esquemático da configuração possível para um talude em areia.

A conveniente drenagem dos maciços em exploração é uma das principais medidas a aplicar, de forma a não permitir a subida do NF. De entre as técnicas disponíveis, uma das mais económicas é a criação de uma bacia a cota inferior à de extracção, de onde se extrai a água por bombagem ou descarga natural (Figura 5), deixando os taludes secos.

Figura 5- Perfil esquemático de uma bacia inferior para recolha de água.

Existe ainda um numeroso conjunto de soluções, mais ou menos dispendiosas, que contribuem para evitar a afluência de água para as explorações, como sejam valas no perímetro das cortas, colocação de materiais argilosos nas zonas de convergência de águas superficiais, etc.

Relativamente às medidas correctivas, após a ocorrência de escorregamentos, estas podem passar pela colocação de material drenante na base do talude, destinando-se a contrariar o movimento do talude e permitir a passagem de água;

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NF Transbordo ou bombagem

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colocação de material impermeável nas fendas, evitando a passagem de água nessa superfície de fraqueza; e criação de valas no perímetro das cavidades, impedindo o fluxo das águas superficiais para os taludes e cavidade (Figura 6).

Uma outra medida correctiva é o “adoçar” dos taludes, através da criação de ângulos suaves e definição de patamares (como se encontra esquematizado na Figura 4), não esquecendo que a inclinação de um talude em material que já cedeu terá, necessaria-mente, que ser bastante inferior à inclinação de um talude no mesmo terreno quando virgem.

Figura 6- Perfil esquemático de algumas medidas correctivas.

É de referir que estas medidas correctivas são, geralmente, bastante dispendiosas, exigindo trabalhos que ocupam pessoal e equipamentos durante longos períodos. Além deste facto, os escorregamentos de taludes podem afectar terrenos vizinhos, motivando prejuízos a terceiros e as consequentes indemnizações.

CONCLUSÕES

A instabilidade de taludes é uma ocorrência vulgar nas explorações mineiras. De facto,

significativas ou não, praticamente todas as explorações a céu aberto já foram alvo destes fenómenos.

Pelo que foi apresentado, deduz-se que, em maciços terrosos, a exploração em tempo seco é bastante mais favorável em termos de estabilidade estrutural.

Uma das práticas mais usadas em explorações que o permitam é o enchimento das zonas já exploradas com materiais rejeitados da exploração ou materiais vindos do exterior, servindo para estabilizar os taludes (Figura 7).

Figura 7– Avanço da exploração com deposição na zona explorada.

Os escorregamentos de pequenas massas são, e serão, fenómenos naturais com os quais teremos de conviver no dia a dia da extracção mineral. Contudo, os grandes escorregamentos, envolvendo volumes significativos de material, não podem ser entendidos como uma ocorrência natural, uma vez que podem ser evitados.

Convém, portanto, que os responsáveis dediquem especial atenção a estes fenómenos, que implicam acréscimos nos custos de exploração, danos a estruturas vizinhas e, principalmente, podem mesmo comprometer a segurança dos operários da exploração, equipamentos e terceiros.

Rejeitados

Materiais do exterior

Material impermeável (argila ou terras)

Material drenante (caco ou cascalho)

Vala de drenagem