Caracterização das estruturas geológicas e estimativa da resistência ao cisalhamento das descontinuidades na mineração de cobre de Tintaya, Perú

Abstract

No sul do Perú, sob o extremo sudoeste da Cordilheira Ocidental Andina, localiza-se o Distrito Mineiro de Tintaya, no qual ocorrem vários depósitos de escarnito de Cobre, sendo um deles o depósito de Tintaya, onde atualmente desenvolve-se a operação mineira e centraliza-se a pesquisa desta dissertação. No Contexto Geológico, tanto na área do Distrito quanto na Mina Tintaya, identificam-se unidades litológicas sedimentarias e ígneas, cujas idades abrangem o período Cretáceo até Quaternário, assim também estruturas geológicas rúpteis e dúcteis com características geométricas e cinemáticas próprias de uma histôria estrutural complexa. Neste cenário geológico definiram-se quatro domínios lito-estructurais maiores, estabelecendo, com base nos lineamentos e no mapeamento estrutural da área do Distrito e redores, que existe repetição dos padrões estruturais de dobras, falhas e juntas, desde uma escala regional do Distrito até uma escala de detalhe na mina, destacando entre eles: os padrões NNW - NW e NS, por serem próprios de dobras e cavalgamentos associados, e os padrões NE e ~EW como próprios de estruturas rúpteis, mas também ocorrem estruturas rúpteis nas tendências NW e NS assim como algumas dobras de orientação EW na área. Concluindo que a historia geológica pelo menos deve incluir quatro fases de deformação coerentes com a evolução Andina. Já no Contexto Geotécnico, dentro da área da mina, as unidades litológicas e a geologia estrutural conformam diferentes Domínios, os quais têm problemas de estabilidade de taludes com um alto controle estrutural. Esses antecedentes motivaram a realização de um mapeamento geotécnico, com base na descrição do Sistema - Q (Barton, et al., 1974), permitindo, através da análise estereográfica e estatística, determinar as famílias de descontinuidades (juntas, falhas e acamamentos), e definir as características geomecânicas de cada família e a sua influência na estabilidade dos taludes, isso último foi avaliado através de uma análise cinemática simples (Goodman, 1989). Assim, na caracterização se define, de modo genérico, que as juntas ocorrem como superfícies sub-verticais muito persistentes e pouco espaçadas, com paredes planas fechadas e lisas; que os planos de acamamento ocorrem com persistência considerável e espaçamentos moderados, com paredes lisas e ligeiramente fechadas e com preenchimentos de material suave; que as falhas ocorrem com persistências consideráveis e têm superfícies estriadas e amplos preenchimentos de rocha triturada. Além, a análise cinemática revelou que os planos de acamamento não influem na estabilidade dos taludes, entretanto, as juntas e as falhas podem produzir rupturas habituais, nos diferentes domínios da mina. A dissertação culmina com a estimativa da resistência ao cisalhamento das descontinuidades, estimativa que se fundamenta na caracterização geomecânica, em alguns ensaios de inclinação e em valores de resistência sugeridos na literatura geotécnica. Nesta estimativa se determinam os ângulos de atrito básico por unidade de rocha, e se propõem envoltórias de resistência para cada tipo de descontinuidade, constituindo uma importante contribuição para futuras avaliações de estabilidade de taludes na Mina Tintaya. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

In southern Peru, on the southwesternmost portion of the eastern Andean Range there lies Tintaya Mining district, where many copper skarn deposits occur, one of which being Tintaya, where mining operations take course nowadays and that constitutes the focus of this research. Within the geological context, both in the district and in the mining operations area, occur sedimentary and igneous lithotypes, whose ages range from the Cretaceous period to the Quaternary period. Fragile and ductile geological structures, with geometrical and kinematic characteristics, identify a complex structural history. Four major lithological structural domains exist, based on the interpretation of baselines and structural mappings of the district area and its surroundings, displaying a replication of the structural patterns of faults, folds and joints, ranging from the regional district scale to the detail scale of the mine with the following predominant patterns: NNW – NW and NS, due to being typical of folds and associated thrusts and of NE and ~EW-trending of typical fragile structures. However, there also occurs NW and NS-trending fragile structures as well as EW-trending folds in the area. All this leads to the conclusion that geological history should include at least four deformational phases, in accordance with the Andean evolution. The geotechnical context, which includes the mining area proper, lithological units and structural geology make up different sectors, where slopes stability problems, with strong structural control, exist. These characteristics led to the development of geotechnical mappings based on the Q-System description (Barton, et al., 1974), allowing to identify, through stereographic and statistical analysis, the families of discontinuities (joints, faults and beddings). Geomechanical characterization of each family and its influence on the stability of the slopes was also evaluated by a simple kinematic analysis (Goodman, 1989). Thus, a generic characterization define the joints as very persistent and frequent sub-vertical surfaces with closed soft flat walls. The beddings have considerable persistency and moderate frequency with slightly closed smooth walls with soft material fills. Faults occur with considerable persistency and have striated surfaces and intensely crushed rock fills. Furthermore, the kinematic analysis revealed that the stratification planes do not have influence on the slopes stability, but the joints and faults can produce usual failures in different domains of the mine. Final conclusions consider shear strength estimation of the discontinuities based on geomechanical characterization, a few tilt tests, and strength values considered by the geotechnical literature. Estimations consider the friction angles for each determined rock unit and shear strength envelope for each type of discontinuity, which means a very important contribution for future slope stability analysis in Tintaya. __________________________________________________________________________________ RESUMEN

En el sur del Perú, sobre el extremo sudoeste de la Cordillera Occidental Andina, se localiza el Distrito Minero de Tintaya, dentro del cual ocurren varios depósitos de skarn de Cobre, siendo uno de ellos el depósito de Tintaya, donde actualmente se desarrolla la operación minera y se centraliza la investigación de esta tesis. En el Contexto Geológico, tanto en el área del Distrito como en la Mina Tintaya, se identifican unidades litológicas sedimentarias e ígneas, con edades que abarcan del periodo Cretácico al Cuaternario, así como estructuras geológicas frágiles y dúctiles con características geométricas y cinemáticas propias de una historia estructural compleja. En este escenario geológico, se definen cuatro dominios lito-estructurales mayores, y se entáblese, con base en la interpretación de lineamientos y el mapeo estructural del área distrital, que existe repetición en los patrones estructurales de pliegues, fallas y juntas, partiendo de la escala regional del Distrito a la escala de detalle en la mina, destacando los patrones NNW – NW y NS como propios de pliegues y cabalgamientos asociados, y los patrones NE y ~EW como propios de estructuras frágiles. Sin embargo, también ocurren estructuras frágiles en las tendencias NW y NS, así como algunos pliegues de orientación EW en el área. Concluyendo que la historia geológica al menos debe incluir cuatro fases de deformación, coherentes con la evolución Andina. Por otro lado, en el Contexto Geotécnico, dentro del área de la mina, las unidades litológicas y la geología estructural conforman diferentes Sectores, en los cuales se reconocen problemas de estabilidad de taludes con alto control estructural. Estos antecedentes motivaron la realización de un mapeo geotécnico, con base en la descripción del Sistema - Q (Barton, et al., 1974), permitiendo, a través del análisis estereográfico y estadístico, determinar las familias de discontinuidades (juntas, fallas y estratos), así como definir, las características geomecánicas de cada familia y su influencia en la estabilidad de los taludes. Esto último fue evaluado a través de un análisis cinemático simple (Goodman, 1989). Así, en la caracterización se define, de modo genérico, que las juntas ocurren como superficies sub-verticales muy persistentes y poco espaciadas, con paredes planas cerradas y suaves; que los estratos ocurren con persistencia considerable y espaciamientos moderados, cuyas paredes lisas y ligeramente cerradas presentan rellenos de material suave; que las fallas ocurren con persistencias considerables y tienen superficies estriadas y amplios rellenos de roca triturada. Además, el análisis cinemática reveló que los planos de estratificación no influyen en la estabilidad de los taludes, entretanto, las juntas y las fallas pueden producir rupturas habituales, en los diferentes dominios de la mina. La tesis culmina con la estimación de la resistencia al corte de las discontinuidades, estimación que se fundamenta en la caracterización geomecánica, en algunos ensayos de inclinación y en valores de resistencia sugeridos en la literatura geotécnica. Esta estimación incluye la definición de los ángulos de fricción básico por unidad de roca, y propone envoltorias de resistencia para cada tipo de discontinuidad, constituyendo una importante contribución para futuras evaluaciones de estabilidad de taludes en la Mina Tintaya.