Em janeiro de 2019, uma barragem que retinha lodo de mineração na mina de minério de ferro Córrego do Feijão, em Brumadinho, sudeste do Brasil, desabou. Cerca de 10 milhões de metros cúbicos (2,6 bilhões de galões) do resíduo liquefeito, ou rejeitos, irromperam da barragem, achatando assentamentos próximos, destruindo uma ponte ferroviária, enviando uma onda de lama tóxica para o rio Paraopeba. No total, o desastre matou 272 pessoas. A empresa por trás da barragem, a Vale S.A., a maior mineradora do Brasil, foi condenada a pagar US$ 7 bilhões em indenizações às comunidades afetadas.
O colapso pegou muitos de surpresa; ocorreu sem qualquer aviso, e três anos após a mina ter parado de despejar seus rejeitos lá. A barragem passou por inspeções de segurança e estava equipada com equipamentos de monitoramento de última geração. Uma comissão investigativa criada para entender o que causou a ruptura concluiu que o acidente provavelmente se deveu a deformações imperceptíveis do sedimento que compunha a barragem, um fenômeno conhecido na linguagem da indústria como “creep”. Mas eles não conseguiram descrever o exato mecanismo físico por trás da ideia. Agora, cinco anos após o colapso, pesquisadores de engenharia geotécnica do ETH Zurich, o instituto federal suíço de tecnologia, retrataram os exatos mecanismos físicos que causaram o colapso catastrófico. Suas descobertas, publicadas na revista Communications of Earth & Environment, detalham um novo modelo para análise de risco que poderia tornar as barragens ativas e fechadas mais seguras.
“Uma barragem é um organismo vivo”, disse à Mongabay o co-autor do estudo, Alexander Puzrin, professor de geomecânica e engenharia de geossistemas do ETH Zurich. Puzrin, que estudou georiscos naturais e artificiais por mais de três décadas, disse que à medida que os rejeitos se assentam, eles estão constantemente mudando. E mesmo após o fim do depósito de rejeitos, essa atividade continua à medida que o sedimento em assentamento se degrada e a pressão muda.
Os pesquisadores usaram as evidências coletadas na investigação inicial e modelagem computacional precisa para simular a mecânica que levou à falha tardia da barragem. Eles descobriram que, após seu fechamento, o deslocamento contínuo do material de rejeitos ampliou várias “superfícies de deslizamento” existentes dentro da barragem. Estas são planos dentro do material da barragem e do sedimento de rejeitos que ficam entre a parte móvel de uma massa e a parte sólida; eles também são o ponto mais fraco em que um deslizamento de terra ou colapso pode ocorrer. Com o tempo, essas superfícies de deslizamento atingiram um comprimento crítico, no qual se espalharam rapidamente, causando o colapso de toda a barragem. O artigo acrescenta ao relatório de especialistas original de uma maneira interessante, disse à Mongabay por e-mail o engenheiro de barragens Mike Cambridge. Cambridge, baseado no Reino Unido e que não participou do estudo, tem mais de 50 anos de experiência no planejamento, projeto, construção e operação de projetos de mineração em todo o mundo. Ele disse que, embora os métodos usados pelos pesquisadores do ETH Zurich não sejam novos, a estrutura em torno de um único evento de barragem é incomum. No entanto, ele disse que a adoção desta metodologia pode ter relevância limitada para outras instalações de resíduos de mineração.
Deslocamentos lentos dentro da barragem Os rejeitos são os materiais que sobram depois que os minerais economicamente valiosos foram extraídos do minério de mineração, e muitas vezes são descartados como lama no que é conhecido como lagoa de rejeitos. Um dos tipos mais comuns de construções de barragens para conter essas lagoas é uma barragem a montante, onde os aterros são construídos em cima da lama previamente depositada da qual a água foi drenada ou evaporada. As barragens a montante são mais baratas de construir do que outros métodos, mas são mais instáveis porque são construídas em cima de resíduos de mineração em vez de sobre terreno sólido. Vários países já proibiram a construção de tais barragens de rejeitos, incluindo o Brasil, onde a proibição entrou em vigor após o colapso de Brumadinho.
Fatores externos como terremotos ou chuvas fortes ou novos depósitos podem fazer com que as superfícies de deslizamento cresçam dentro dessas barragens, levando ao seu colapso. O estudo de Puzrin mostra que algumas superfícies de deslizamento iniciais já haviam aparecido nos rejeitos represados durante a construção da barragem, mas permaneceram muito pequenas para causar um colapso. Com o tempo, no entanto, pequenos deslocamentos de materiais, que se acumulavam lentamente e eram agravados pela natureza frágil dos rejeitos e pela maneira como eles haviam sido depositados, foram suficientes para permitir que as superfícies de deslizamento atingissem uma massa crítica, causando o colapso catastrófico da barragem.
No caso específico da barragem do Córrego do Feijão, os rejeitos tinham alto teor de ferro. Inicialmente, as partículas de ferro se uniam como cimento, mas também eram muito frágeis, disse Puzrin. “Você carrega e carrega e carrega e de repente desaba. Isso se deve a esse crescimento muito rápido de rachaduras no material, é um material muito frágil”, disse ele. Esta rápida decomposição do sedimento pesado em ferro não permitiu tempo suficiente para que a pressão excessiva escapasse, o que promoveu o crescimento das superfícies de deslizamento. Um segundo fator importante foi o creep, onde o material dentro da barragem se deformava lentamente ao longo do tempo sob estresse constante. “Quando você carrega material, ele se deforma. Alguns materiais continuam se deformando sob a carga constante”, disse Puzrin. A presença de partículas finas dentro deste material aumentou a taxa desta deformação. Os pequenos deslocamentos combinados com a natureza frágil dos rejeitos significavam que as superfícies de deslizamento podiam crescer mesmo sem a pressão adicional de novos rejeitos, resultando na falha tardia.
Finalmente, o estudo mostra que a camada de rejeitos enquanto a barragem ainda estava em operação também contribuiu para sua falha. A lama foi camada de tal forma que o sedimento mais grosso foi colocado na parte inferior e o sedimento mais fino na parte superior. Isso criou camadas alternadas de sedimento fino e grosso, tornando a barragem e tudo o que ela retinha mais instável. As superfícies de deslizamento começaram nessas camadas finas, e a estrutura em camadas permitiu que a falha se espalhasse horizontalmente. “Uma vez que as superfícies de deslizamento atingiram um comprimento crítico, foi muito rápido”, disse Puzrin.
Lições para a indústria A relevância deste estudo vai além de apenas encontrar uma explicação para a mecânica do colapso da barragem do Córrego do Feijão. “Estudar este caso não é apenas uma curiosidade, mas também pode ter impacto em como tratamos as futuras barragens”, disse Puzrin.
Parte do estudo envolveu a criação de modelos quantificáveis que poderiam ser extrapolados para outras barragens. Existem dezenas de milhares de barragens de rejeitos em todo o mundo; só a China tem 8.000, enquanto a Vale ainda tem 30 barragens a montante no Brasil, das quais 13 foram descomissionadas.
