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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
2
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.
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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 bemestar 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
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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.
TURFA
LINHITO
HULHA
ANTRACITO
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
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 dividemse 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)
Localidade
Produção (P)
Consumo
R/P (*)
10 ton
6
Participação
do Total
10 ton
6
Participação
do Total
10 ton
6
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
São Jerônimo
20.000
Companhia de Geração Térmica de
Energia Elétrica
Companhia de Geração Térmica de
Energia Elétrica
Candiota/ RS
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
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
1.377.000
Itaguaí Energia S/A
Itaguaí/RJ
440.300
Usina Termelétrica Sul Catarinense S/A
Treviso/ SC
7.200
Viena Siderúrgica do Maranhão S/A
Açailândia/ MA
Concórdia
Sepetiba
Sul Catarinense
Viena
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
Tamanho do grão
Processos mais utilizados
Beneficiamento de
Ultrafinos
Beneficiamento de
Finos
Beneficiamento de
Grossos
Beneficiamento de
Grosseiros
< 0,1 mm
> 0,1 mm e < 2 mm
> 2 mm e < 50 mm
> 50 mm
Mesas
concentradoras
Jingues
Espirais
concentradores
Meios densos
estáticos
Ciclones autógenos
Meios densos
dinâmicos
Flotação
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.
Proteção mecânica
Geomembrana (PEAD)
Argila compactada
Camada de solo natural
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:
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
Baixa
Siltes e Argilas
10-5 a 10-7
Muito Baixa
Argilas
10-7 a 10-9
Baixíssima
Argilas
< 10-9
Solos Permeáveis
Solos Impermeáveis
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
Pedregulho
Areia
Descrição
Tamanho
Grosso
60,0 a 20,0mm
Médio
20,0 a 6,0mm
Fino
6,0 a 2,0mm
Grossa
2,0 a 0,6mm
Média
0,6 a 0,2mm
Fina
0,2 a 0,06mm
Solos formados por minerais ou partículas de rocha, com
diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0mm
Solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou
partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06
mm e 2,0mm
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
LL (%)
LP (%)
IP (%)
Alegrete/RS
Coeficiente de
Permeabilidade
(cm/s)
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
Amostra
Origem do Material
Cidade/Estado
A
Limites de Attenberg
Fonte: Autoria própria, 2007.
Tabela 9 - Identificação e resultados dos ensaios geotécnicos
Granulometria (ABNT) (%)
Amostra
A
Pedregulho Pedregulho Pedregulho
grosso
médio
fino
0.00
0.00
0.00
Areia
grossa
0.49
Areia média
Areia fina
Silte
Argila
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
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
Amostra
PORCENTAGEM DE FINOS (%)
Fonte: Autoria própria, 2007.
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%) .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 10 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
Amostra
A
r s (kg/m³)
2713
10,000
100,000
57
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%)
.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Amostra
B
10
r s (kg/m³)
2671
0
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 11 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%) .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 12 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
Amostra
C-1
r s (kg/m³)
2707
10,000
100,000
58
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%) .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Amostra
C-2
10
r s (kg/m³)
2688
0
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 13 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
.
100
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%)
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 14 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
Amostra
D
r s (kg/m³)
2767
10,000
100,000
59
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%).
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Amostra
E
10
r s (kg/m³)
2776
0
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 15 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%).
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 16 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
Amostra
F-1
r s (kg/m³)
2707
10,000
100,000
60
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%) .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Amostra
F-2
10
r s (kg/m³)
2775
0
0,001
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 17 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
0,002
0,06 0,075
0,2
2
0,42 0,6
20
4,75 6
60 75
PORCENTAGEM DO MATERIAL PASSANTE (%) .
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,001
0,010
0,100
1,000
DIÂMETRO DO GRÃO (mm)
Figura 18 - Distribuição granulométrica
Fonte: Autoria própria, 2007.
Amostra
F-3
r s (kg/m³)
2776
10,000
100,000
61
100
90
PORCENTAGEM DE FINOS (%).
80
70
60
61,78
63,05
50
56,03
ARGILA
SILTE
40
23,69
30
33,45
33,25
36,42
36,41
17,27
17,70
D
E
10,43
20
25,79
24,59
22,04
10
13,01
11,11
19,74
24,40
0
A
B
C-1
C-2
F-1
F-2
F-3
AMOSTRA
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
Classificação
Cidade/Estado
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
100
90
F-1
F-3
80
70
60
E
D
50
B
A
C-1
40
C-2
30
PORCENTAGEM DE FINOS (%).
F-2
20
10
1E-08
1E-07
1E-06
1E-05
1E-04
1E-03
1E-02
1E-01
0
1E+00
COEFICIENTE DE PERMEABILIDADE (cm/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.
F-3
3,60E-06
F-2
2,45E-06
4,41E-06
E
D
2,51E-08
C-2
1,58E-06
C-1
9,40E-06
2,60E-08
B
4,76E-06
1E-08
1E-07
AMOSTRAAa
F-1
1,34E-07
1E-06
1E-05
A
1E-04
1E-03
1E-02
1E-01
1E+00
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