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ResumoA análise estrutural de um maciço rochoso é uma

importante ferramenta a ser aplicada ao planejamento delavra de rocha ornamental. Além do mapeamento das des-continuidades, é importante definir-se como estão distri-buídas as tensões no maciço rochoso. Nesse trabalho,apresenta-se uma análise estrutural do Sienito Piquiri, RS,com aplicação no planejamento da lavra. Os dados cole-tados durante o levantamento estrutural constituíram umbanco de dados utilizado para determinar os eixos de pa-leotensão. A análise efetuada distinguiu duas fases dedeformação, sendo possível separar os tipos de fraturas(R, C, T e P). As fraturas com direções entre 2600 e 100

foram consideradas mais problemáticas em relação às ope-rações de lavra. A identificação das zonas menos inten-samente fraturadas permitiu um aumento na recuperaçãodos blocos de sienito.

Palavras-chave: rochas ornamentais, análise estrutural,planejamento de lavra.

AbstractStructural analysis of rock mass is an important

tool to be used for mine planning of dimensional stones.Besides the structural mapping, it is important to definethe stress distribution within the rock mass. This paperdescribes the results obtained from the application ofstructural analysis at the Piquiri Syenite, Rio Grandedo Sul, Brazil, to aid dimensional stones quarryplanning. Collected data during the structural surveyconstitute a data base used to determine the paleostressaxes. The analyses performed distinguished two phasesof deformation and were possible to separate the typesof fracture into R, C, T e P. Fractures with directionsranging in 2600 and 100 were considered to impose moredifficulties to the operations and planning. Avoidingmining at identified intense fractured zones massallowed the increase of mining recovery of dimensionalsyenite blocks.

Keywords: dimensional stones, structural analysis, mineplanning.

Mineração

Análise estrutural no planejamento de lavrade rocha ornamental

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Telmo Quadros�������� �./������ ����$����./���),������������#������#������� ���#�$��!!%!�!0!���$������������'��(

Sergio Klein������������ ����� ��������� �� ��������������� ���������������������� ������� ������

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João Felipe Costa Leite$��-������������� ����� ��������� �� ��������������� ���������������������� ������� ������

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1. IntroduçãoA qualidade dos blocos de rocha

ornamental obtidos no desenvolvimen-to das operações de lavra depende, en-tre outros aspectos, das superfícies defraqueza da rocha, representadas pelasdescontinuidades, e da distribuição detensões no maciço rochoso. O conheci-mento desses aspectos permitirá umamelhor definição do planejamento de la-vra apropriado para cada situação.

Esse estudo compreende a análiseestrutural de um maciço rochoso, ondeestá sendo desenvolvida a lavra do Sie-nito Piquiri, comercialmente conhecidocomo Marrom Guaíba, localizado nas pro-ximidades do município de Encruzilhadado Sul, Estado do Rio Grande do Sul.

Nessa análise estrutural, objetivou-se o seguinte: (i) a determinação dos elip-sóides de paleotensões e (ii) as análisesgeométricas, dinâmicas e cinemáticas dasestruturas locais, auxiliando na identifi-cação das estruturas na escala das ope-rações de lavra. O conhecimento das es-truturas e da distribuição de tensõespermite um melhor planejamento de la-vra, oportunizando, também, a extraçãode blocos mais adequados ao posteriorbeneficiamento.

2. Aspectos geológicosO Sienito Piquiri representa um

stock circular de idade neoproterozóica,cuja superfície aflorante tem forma de fer-radura. Está intrudido em paragnaissese ortognaisses, respectivamente, doscomplexos Metamórfico Várzea do Capi-varita e Gnáissico Arroio dos Ratos e emxistos do Complexo Metamórfico Poron-gos, sendo, por sua vez, cortado por apó-fises de rochas sienograníticas neopro-terozóicas da Suíte Granítica Encruzilha-da do Sul (Bitencourt et al., 1993).

Dois grandes grupos de estruturasforam constatados pelos estudos ante-riores: a) estruturas do tipo dúctil e b)estruturas do tipo frágil (Jost et al., 1985).As estruturas do tipo dúctil, estruturastipicamente de fluxo magmático, sãoconstituídas principalmente pela linea-ção magmática, pela laminação magmáti-ca e pela presença de enclaves orienta-dos, além de zonas de falha do tipo dúc-til (Vieira et al., 1989).

A lineação mineral, resultado daorientação de cristais de feldspato eanfibólio, apresenta caimento modera-do, enquanto a laminação mineral for-mada pelo assentamento de cristaisprismáticos de feldspato e anfibólio,segundo suas faces maiores, mostraforte mergulho.

As estruturas do tipo frágil são ca-racterizadas por descontinuidades (jun-tas e falhas) distintas, teoricamente, emdois grupos básicos: i) estruturas asso-ciadas à consolidação da intrusão e ii)estruturas associadas aos falhamentosregionais (Jost et al., 1985). O primeirogrupo de estruturas abrange fraturascaracterizadas por três diferentes pa-drões: padrão radial, padrão anelar e es-truturas de alívio (Jost et al., 1985). Asfraturas anelares são, em geral, concor-dantes a subconcordantes com a lami-nação magmática e podem ser o resulta-do da contração por resfriamento do cor-po sienítico.

As fraturas radiais interceptam emvários ângulos as superfícies de fraque-za representadas pela laminação magmá-tica. Essas fraturas foram geradas a par-tir da consolidação do sienito (Jost etal., 1985). As fraturas de alívio são gera-das como resposta à erosão do topo daintrusão, de modo que ocorrem com pe-queno mergulho, ou seja, são horizon-tais a suborizontais. As estruturas quepodem estar associadas a falhamentosregionais ocorrem nas seguintes dire-ções preferenciais: NNW, NW, NE e EW(Jost et al., 1985).

3. MetodologiaUm dos principais aspectos no ma-

peamento estrutural compreendeu aadaptação da metodologia usada na co-leta de dados de controle geológico es-trutural para a escala das frentes de la-vra do sienito. Essas atividades tiveramcomo finalidade a formação de um ban-co de dados para a geração de modelosplausíveis das descontinuidades e, fu-turamente, para a elaboração de melho-res cenários de planejamento de lavra.

Para o estudo das estruturas, preli-minarmente foi executada uma análisebaseada em fotografias aéreas da região,

na escala 1:25.000. Nessa análise fo-ram extraídos lineamentos do tipo 2,segundo metodologia e classificaçãodescritas em Amaro e Strieder (1994).Esses lineamentos relacionam-se àsestruturas frágeis e foram extraídoscom o objetivo de possibilitar o me-lhor entendimento das estruturas re-gionais, bem como a geometria e oscontatos da intrusão Sienito Piquiri,posteriormente confirmados no cam-po (Figura 1).

Na seqüência, foram mapeadas asdescontinuidades nos afloramentos enas frentes de lavra. Com o objetivode obter-se um melhor entendimentodo comportamento das estruturas e desua classificação, foram coletados 26dados de “slickensides” e “steps” nosplanos de falha, destinados à determi-nação do elipsóide de paleotensões.Após uma análise inicial, decidiu-sepela separação em dois grupos de da-dos denominados “A” e “B”, pois es-ses se mostraram incongruentes quan-do analisados em conjunto.

Os dados separados (grupos A eB) foram, então, processados de acor-do com a metodologia dos diedros di-reitos proposta por Angelier e Mech-ler (1977). O princípio desse métodoconsiste em procurar as orientaçõesdos eixos que estão somente nas áre-as das possíveis orientações dos ei-xos σ

1 (ou o eixo σ

3, respectivamente)

para o conjunto inteiro homogêneo demecanismo focal analisado. As outrasorientações são excluídas. O resulta-do é a visualização de todas as possí-veis orientações teóricas dos eixosprincipais de tensões (σ

1 ou σ

3). Esse

procedimento foi necessário para per-mitir a definição do elipsóide de pale-otensões e a conseqüente cinemáticadas juntas.

4. ResultadosNo caso do Sienito Piquiri, dois

grandes grupos de estruturas foram iden-tificados com base em trabalhos de cam-po: i) estruturas do tipo dúctil e ii) estru-turas do tipo frágil, o que coincide comos estudos efetivados anteriormente porJost et al. (1985).

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As estruturas do tipo dúctil são ti-picamente de fluxo magmático constitu-ídas, principalmente, por lineação mag-mática, laminação magmática e pela pre-sença de enclaves orientados, além dezonas de falha do tipo dúctil.

A orientação da laminação magmá-tica é variável, tendendo a acompanhara forma circular do corpo intrusivo. Naárea da lavra, devido ao efeito de escala,a curvatura da laminação não é perceptí-vel, apresentando uma direção azimutalpraticamente constante de 107°.

Os resultados gerais obtidos a par-tir de trabalhos de campo e da análiseestrutural podem ser visualizados na Fi-gura 2, onde são mostrados os diagra-mas sinópticos produzidos a partir dasmedidas das estruturas observadas nasfrentes de lavra e afloramentos vicinais.Foram identificados pelo menos cincopadrões de estruturas: i) estruturasNNW, com mergulhos predominantespara NE; ii) estruturas NW, com mergu-lhos predominantes, também, para NE;iii) estruturas NE, com mergulhos predo-minantes na direção SE; iv) estruturasEW, com mergulhos predominantes parasul e v) estruturas horizontais a subori-zontais. Os quatro primeiros padrões jáhaviam sido identificados no trabalho deJost et al. (1985). As estruturas subori-zontais foram mapeadas devido aos cor-tes de lavra existentes, uma vez que es-tas não seriam detectáveis nos aflora-mentos.

Os primeiros três grupos de estru-turas podem estar relacionados a padrõesestruturais regionais, porém fraturas ra-diais associadas ao estágio de consoli-dação da intrusão podem, também, estarsuperpostas nessas direções. Muitasvezes esses padrões ocorrem com pre-enchimento de veios de quartzo e/oumaterial granítico.

O segundo grupo de fraturas são,possivelmente, regionais e podem, tam-bém, ter a superposição de estruturas depadrão anelar relacionadas à intrusão eresfriamento do sienito. Em geral, pos-suem a mesma direção da laminação mag-mática.

A Figura 2a mostra um diagrama derosetas, onde podemos identificar a dis-

tribuição das estruturas, com exceção, éclaro, das suborizontais. A intensidadeelevada de fraturas NNW mascara a pre-sença das fraturas NW, que acabaramsendo diferenciadas pelo mergulho. Emtermos de quantidade de fraturas sub-verticais, aparecem três direções princi-pais que englobam a quase totalidadedas mesmas, sendo as fraturas com dire-ção em torno de NNW as mais abundan-tes. A Figura 2b mostra a distribuição

dos pólos das fraturas, onde se eviden-cia a predominância de mergulhos próxi-mos da vertical na maioria das estruturas.

As estruturas horizontais encon-tram-se muitas vezes preenchidas porágua e argilo-minerais. Essas fraturas sãotipicamente relacionadas ao alívio decarga ocorrente principalmente nas regi-ões de cúpula da intrusão. Nas Figuras 3e 4, observa-se a nítida existência de duas

Figura 2 - Diagramas sinópticos produzidos com auxílio do software Stereonet® a partirde redes de Schmidt. a) Diagrama de roseta mostra as direções das fraturas medidas.b) Diagrama de contorno estrutural mostrando a distribuição dos pólos das fraturasmedidas.

Figura 1 – Localização da área de estudo (topo superior à direita) e mapa dasdescontinuidades do Sienito Piquiri. A região pontilhada identifica o Sienito Piquiri. Oconjunto de pequenos segmentos identificam os lineamentos tipo 2 e os segmentoscontínuos maiores correspondem a falhas e contatos do sienito com as outras rochasencaixantes.

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fases de deformação geradoras de es-truturas, essas fases foram denomina-das “A” e “B”, conforme o respectivogrupo de dados associado.

A Fase A apresenta o eixo de ten-são σ

1 próximo ao norte e o eixo de ten-

são σ3 próximo à oeste, enquanto a Fase

B mostra os eixos em posição inversa emrelação aos eixos da Fase A.

A análise dos diagramas comprovao caráter essencialmente transcorrentedas estruturas encontradas na região,conforme indicado pelo posicionamen-to aproximadamente horizontal dos ei-xos σ

1 e σ

3 das duas fases de deforma-

ção.

Os padrões mostrados nos diagra-mas indicam, segundo o método adota-do, elipsóides intermediários entre ostermos radicais, oblatos e prolatos, su-gerindo a predominância de tectonitosLS na área estudada. Os estudos de cam-po efetuados até o momento não permi-tem inferir a ordem cronológica da atua-ção dessas duas fases deformacionais,visto que a fase posterior parece ter rea-tivado algumas zonas de fraqueza gera-das durante a primeira fase de deforma-ção. Além disso, essas zonas de fraque-za podem, também, ter sido aproveitadaspara o estabelecimento das fraturas relaci-onadas à intrusão do corpo sienítico.

A partir da definição dos elipsói-des de tensões, procedeu-se a identifi-cação das estruturas existentes, segun-do a teoria dos falhamentos de Ander-son (1942). Assim, a fase de deformaçãoA gerou estruturas de cinco direçõesazimutais principais:

• Fraturas tipo T: direções entre 00 e100.

• Fraturas sintéticas dextrais tipo R:direções entre 3400 e 3600.

• Fraturas sintéticas dextrais tipo C:direções entre 3100 e 3300.

• Fraturas sintéticas dextrais tipo P:direções entre 2900 e 3000.

• Fraturas antitéticas sinistrais tipo P’:direções entre 500 e 700.

A fase de deformação B gerou qua-tro estruturas principais:

• Fraturas tipo T: direções entre 2600 e2700;

• Fraturas sintéticas sinistrais tipo R:direções entre 2700 e 2900;

• Fraturas sintéticas sinistrais tipo C:direções entre 3100e 3300;

• Fraturas sintéticas sinistrais tipo P:direções entre 3400 e 3600.

Frisa-se que as direções entre 1900

e 2000 e entre 2300 e 2400, que poderiamser representantes de fraturas antitéti-cas dextrais P’ e R’, respectivamente,necessitam de uma análise mais aprofun-dada em função do reduzido número defraturas desse tipo encontradas.

5. DiscussãoO padrão de fraturamento é estrita-

mente ligado à orientação dos esforçosque se instauraram no maciço. A partirda determinação do elipsóide de defor-mação, que caracteriza um dado maciçorochoso, podem ser posicionadas as es-truturas deformacionais produzidas pelocampo de tensões diferenciais.

No caso em estudo, as deformaçõesproduzidas no maciço sienítico pelas ten-sões podem ser analisadas por meio de

Figura 3 - Diagramas sinópticos produzidos com auxílio do software Stereonet® apartir de redes de Schmidt. (A) Diagrama de roseta que mostra as direções das fraturascom estrias medidas na área de lavra relativas à Fase de Deformação A. (B) Diagramade roseta que mostra as direções das fraturas com estrias medidas na área de lavrarelativas à Fase de Deformação B.

Figura 4 - Diagramas de contorno estrutural (pólos das fraturas), onde se mostra adensidade dos pólos dos mergulhos das fraturas com estrias medidas na área delavra. O diagrama A mostra os eixos de paleotensões resultantes da aplicação dométodo dos diedros direitos (Angelier & Mechler, 1977) referente à Fase de DeformaçãoA. O Diagrama B mostra os eixos de paleotensões resultantes referentes à Fase deDeformação B.

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dois mecanismos específicos de defor-mação. O primeiro mecanismo gerou asjuntas de tração, paralelas aos eixos demáxima deformação. Como exemplos, te-mos as juntas de resfriamento, juntas tra-tivas (fraturas tipo T), juntas de exten-são e juntas de alívio. O segundo meca-nismo de deformação gerou as juntas decisalhamento, as quais formaram paresconjugados, com direções que formamângulos que variam, aproximadamente,entre 30° e 60° com o eixo de máxima ten-são Ã

1. Essas juntas são relacionadas

às falhas regionais.

O estudo da orientação e da movi-mentação ao longo das estruturas pla-nares demonstra a complexidade estru-tural da região. Esse fato pode ser cons-tatado a partir da ocorrência de direçõesonde houve nítida reativação, pela se-gunda fase deformacional, de zonas defraqueza estabelecidas na fase de defor-mação anterior. Esse parece ser o casodas fraturas de direção entre 3400 e 3600

e 3100 e 3300. Essas fraturas se apresen-tam com um sentido de movimento emuma fase deformacional e com sentidode deslocamento inverso quando da re-ativação.

Pode-se aventar a hipótese de quemuitas das fraturas com direções azimu-tais entre 2600 e 0100 tendem a se apre-sentar abertas, visto que são fraturas sin-téticas, independentemente da fase de-formacional que as ativou ou reativou.Essas podem ser consideradas mais pro-blemáticas para a lavra, sendo aquelasao longo das quais pode ocorrer, commais facilidade, a separação dos blocos,redundando em uma menor recuperação.

A orientação da laminação é umparâmetro que influencia a atividade delavra no Piquiri. Os blocos devem sercortados de modo que a orientação dasfaces principais permita que as chapas aserem produzidas nos teares sejam para-lelas à laminação, o que traz os melhoresresultados no próprio corte e no poli-mento das mesmas.

Devido aos cortes preexistentes ea algumas facilidades de acesso, a lavraestava sendo desenvolvida sem utiliza-

ção dos dados estruturais, encontran-do-se algumas dificuldades para se atin-girem as metas de produção e obtendo-se recuperações muito baixas (Klein etal. 2002).

Considerando-se que a qualidadede um bloco de rocha, extraído no pro-cesso de lavra, depende das superfíciesde fraqueza da rocha, representadas pe-las descontinuidades de qualquer natu-reza, o conhecimento dos padrões des-sas superfícies de fraqueza possibilitaestabelecer-se um planejamento de lavraapropriado para cada situação.

A análise geoestrutural efetuadasugere uma orientação e planejamentodas frentes de lavra seguindo alguns cri-térios que possibilitam um maior apro-veitamento dos recursos. Além do des-carte das zonas com maior intensidadede fraturamento, os cortes executadosna rocha, tanto na individualização deblocos, como no seu desdobramento,quando possível, devem ser orientadosem concordância com fraturas abertas(trativas). Na locação e orientação defrentes de lavra, devem ser priorizadasas áreas em que as direções das fraturasabertas mais abundantes (NNE e NW)coincidam com a direção da laminaçãomagmática local.

6. ConclusõesEm maciços fraturados, a determi-

nação da distribuição das fraturas é fun-damental para um planejamento de lavracapaz de maximizar a recuperação de blo-cos calibrados. A correta visualização tri-dimensional dos planos de fraturas via-biliza o conhecimento do tamanho e ori-entação dos vários blocos que podemser extraídos ou de quais setores pode-mos recuperar blocos calibrados, medi-ante o desdobramento em cortes. A aná-lise de paleotensões mostrou ser umaferramenta importante para a análise e osuporte às decisões relacionadas ao pla-nejamento da lavra de rochas ornamen-tais, podendo colaborar com o melhorentendimento de situações adversas,como rupturas imprevistas de blocos em

determinadas direções, que podem ocor-rer durante a lavra.

Deve ser considerado que o levan-tamento geológico básico e a análise es-trutural não são suficientes para superaras dificuldades na determinação da geo-metria dos blocos comerciais durante oplanejamento de lavra. Além de uma aná-lise estrutural consistente, para aumen-tar sensivelmente as chances de suces-so do planejamento da lavra são neces-sários: acompanhamento topográficoadequado à escala de trabalho, modela-gem tridimensional do maciço rochoso edas estruturas baseada na utilização detécnicas geofísicas e geoestatísticas.

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Artigo recebido em 16/05/2003 eaprovado em 11/09/2003.