Crollo della diga di Brumadinho: il pericolo è arrivato dopo lo smantellamento

Il disastro vicino alla cittadina di Brumadinho, nel sud-est del Brasile, si è verificato poco dopo mezzogiorno: il 25 gennaio 2019 è scoppiata la diga di un bacino di decantazione di una miniera di minerale di ferro, che conteneva residui fangosi e a grana fine della lavorazione del minerale ("sterili"). Un'enorme valanga di circa dieci milioni di metri cubi di fango ha sommerso il sito della miniera, distruggendo gli insediamenti vicini e trascinando con sé un ponte ferroviario. Almeno 270 persone sono rimaste uccise. L'ecosistema del fiume Paraopeba, al di sotto della miniera, fu rovinato. Sebbene la diga fosse monitorata da un sistema di monitoraggio, nessuno aveva previsto il disastro.

Il crollo della diga di Brumadinho ha provocato diverse cause legali contro la società mineraria Vale e l'organizzazione di collaudo T?V Süd. Quest'ultimo aveva certificato che la diga era sufficientemente stabile poco prima dell'incidente. Vale è stata condannata a pagare l'equivalente di circa sei miliardi di euro di danni. Una commissione d'inchiesta sospettò che la causa dell'incidente fosse da attribuire a lenti spostamenti microscopici (noti come creep) negli strati di sterili depositati, ma non fu in grado di dimostrarlo con un meccanismo fisico credibile. In particolare, non è chiaro perché la diga sia scoppiata proprio nel 2019, cioè solo tre anni dopo che il bacino di decantazione era stato caricato per l'ultima volta con nuovi sterili, e perché non siano stati rilevati spostamenti significativi prima dello scoppio della diga.

Identificato un meccanismo fisico

Uno studio del professore Alexander Puzrin, capo dell'Istituto di geotecnica dell'ETH di Zurigo ed esperto di modellazione delle frane, ha fatto luce sul disastro di Brumadinho. Il lavoro è pubblicato sulla rivista specializzata pagina esternaComunicazioni di Terra e Ambiente. Gli scienziati coinvolti hanno studiato le cause del cedimento della diga utilizzando un modello e hanno identificato un meccanismo fisico che spiega l'incidente minerario.

Il bacino di decantazione degli sterili è stato costruito nel 1976. Come è consuetudine nell'estrazione del minerale, la diga di terra del bacino è stata sollevata più volte di alcuni metri negli anni successivi per creare spazio aggiuntivo per lo stoccaggio dei residui di lavorazione. I gradini della diga sono stati disposti l'uno sull'altro come i gradini di una scala (principio a monte). Alla fine, la diga era composta da dieci gradini ed era alta 86 metri. Il crollo della struttura, avvenuto nel gennaio 2019, è avvenuto all'altezza del secondo gradino della diga. Di conseguenza, tutti i dieci gradini della diga di terra sono crollati e, insieme agli sterili arginati, sono rotolati a valle sotto forma di slavina.

Deformazioni da scorrimento dopo lo smantellamento

Il lavoro del team di Alexander Puzrin mostra ora come ciò sia potuto accadere. Secondo le nuove scoperte, alcune superfici di scorrimento erano già state create negli sterili arginati durante la costruzione della diga all'altezza del secondo stadio. Per decenni queste superfici hanno avuto un'estensione limitata e sono rimaste poco visibili. Tuttavia, dopo lo smantellamento del bacino di sedimentazione nel 2016 - come suggerisce la modellazione dell'ETH - le superfici di scorrimento si sono espanse orizzontalmente e alla fine hanno raggiunto un'estensione critica. Di conseguenza, gli strati di sterili hanno iniziato a muoversi, facendo scoppiare la diga sotto il loro peso e innescando la frana fatale.

Secondo il modello, la causa della crescita della superficie di scorrimento è rappresentata dalle cosiddette deformazioni da scorrimento. Si tratta di piccoli e lenti spostamenti del terreno negli sterili a grana fine e fragili, causati dalla distribuzione non uniforme della pressione nei depositi sovrastanti. "Altri fattori scatenanti, come le piogge e le perforazioni, possono accelerare la crescita della superficie di scorrimento", spiega Puzrin, "ma il nostro modello mostra che le deformazioni da scorrimento sono sufficienti da sole a far sì che la superficie di scorrimento raggiunga l'espansione critica per il cedimento della diga".

La scoperta è preoccupante per due aspetti: la superficie di scorrimento che ha causato il disastro si è apparentemente formata in un momento in cui il bacino di sedimentazione non veniva più caricato con nuovi sterili, cioè senza alcun carico esterno aggiuntivo. E: la crescita della superficie di scorrimento non ha portato ad alcuna chiara deformazione esterna della diga che il sistema di monitoraggio avrebbe potuto riconoscere.

Il modello dell'ETH consente l'analisi dei rischi

I bacini di decantazione per il trattamento dei residui dell'estrazione del minerale di ferro e di altre rocce minerali sono utilizzati in gran numero in tutto il mondo. Dal 2000, ogni anno si registrano da cinque a sei casi in cui le dighe sono state danneggiate o hanno ceduto per varie ragioni. In seguito al disastro di Brumadinho e ad altri incidenti simili, il Brasile ha chiuso i bacini di decantazione degli sterili con dighe basate sul principio dell'upstream. Tuttavia, lo studio all'ETH dimostra che il pericolo non è affatto scongiurato se un bacino di sedimentazione non viene più caricato con nuovi sterili.

I cedimenti delle dighe come quello di Brumadinho non possono essere previsti con i sistemi di monitoraggio convenzionali. Lo studio all'ETH apre ora nuove possibilità: "Il nostro modello è in grado di eseguire un'analisi del rischio per le dighe esistenti e di prevedere la probabilità di un cedimento della diga", spiega Puzrin. Se viene identificato un rischio elevato, sono possibili diverse misure: Il rischio può essere ridotto pompando l'acqua dei pozzi in bacini di sedimentazione. Oppure il bacino di sedimentazione può essere smantellato. In casi urgenti, i villaggi a rischio possono essere temporaneamente evacuati per proteggere la popolazione fino a quando il pericolo non sarà scongiurato.

Contributo alla sicurezza delle dighe in terra

I risultati dello studio all'ETH sono rilevanti per tutte le vasche di sedimentazione per il trattamento dei residui dell'estrazione mineraria. Infatti, se i residui sono costituiti da materiale a grana fine e fragile, in casi sfavorevoli si possono formare superfici di scorrimento che fanno scivolare il materiale depositato e danneggiano la diga.

La situazione non è direttamente paragonabile a quella dei bacini idrici in cui l'acqua è trattenuta da una diga di terra. Tuttavia, le nuove scoperte possono contribuire alla sicurezza anche in questo caso, come sottolinea Alexander Puzrin: "I nostri risultati forniscono informazioni su come migliorare ulteriormente la sicurezza delle dighe in terra in caso di terremoto. In questo senso, il nostro lavoro dà un contributo alla sicurezza generale delle dighe".