Scoppio della diga di Brumadinho: il pericolo è arrivato dopo lo spegnimento

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La frana è arrivata senza preavviso e ha distrutto il sito della miniera, gli insediamenti vicini e un ponte ferroviario. 270 persone hanno perso la vita. (Immagine: Eric Marmor / Portavoce IDF, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons)
Nel 2019, in una miniera di minerale di ferro brasiliana è scoppiata la diga di un bacino di decantazione degli sterili. La colata di fango ha provocato una catastrofe per le persone e l’ambiente. Un team di ricercatori del Politecnico di Zurigo ha ora scoperto il meccanismo fisico che potrebbe aver innescato il disastro.

Il 25 gennaio 2019, nei pressi della cittadina di Brumadinho, nel sud-est del Brasile, poco dopo mezzogiorno, è scoppiata la diga di un bacino di decantazione in cui erano stoccati i residui fangosi e a grana fine della lavorazione del minerale ("sterili") in una miniera di ferro. Un’enorme valanga di circa dieci milioni di metri cubi di fango ha inondato 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 controllata 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’ente di controllo TÜV 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 era chiaro perché la diga fosse scoppiata proprio nel 2019, cioè solo tre anni dopo che il bacino di sedimentazione era stato caricato per l’ultima volta con nuovi sterili, e perché non fossero stati rilevati spostamenti significativi prima dello scoppio della diga.

Chiarito il meccanismo fisico

Uno studio di Alexander Puzrin, capo dell’Istituto di ingegneria geotecnica del Politecnico di Zurigo ed esperto di modellazione delle frane, ha fatto luce sul disastro di Brumadinho. Il lavoro è pubblicato sulla rivista specializzata Communications of Earth and Environment call_made. Gli scienziati coinvolti hanno analizzato le cause del cedimento della diga utilizzando un modello e hanno identificato un meccanismo fisico che spiega l’incidente minerario.


Il bacino 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 come una slavina.

Deformazioni da scorrimento dopo il disarmo

Il lavoro del team di Alexander Puzrin mostra ora come ciò sia potuto accadere. Secondo le nuove scoperte, alcune superfici di scivolamento 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 del team dell’ETH - le superfici di scivolamento 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 causando la frana fatale.

Secondo il modello, la crescita della superficie di scorrimento è causata dalle cosiddette deformazioni da scorrimento. Si tratta di piccoli e lenti spostamenti del terreno negli sterili a grana fine e friabili, 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".

Il risultato è preoccupante per due aspetti: la superficie di scivolamento che ha causato il disastro si è apparentemente sviluppata 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 comportato alcuna deformazione esterna significativa della diga che il sistema di monitoraggio avrebbe potuto riconoscere.

Ilmodello ETH consente l’analisi del rischio

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 sono stati registrati 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 dell’ETH dimostra che il pericolo non è affatto scongiurato se un bacino di sedimentazione non viene più caricato con nuovi sterili.


Finora non era possibile prevedere crolli di dighe come quella di Brumadinho utilizzando i sistemi di monitoraggio convenzionali. Lo studio dell’ETH apre ora nuove possibilità: "Il nostro modello è in grado di effettuare un’analisi del rischio per le dighe esistenti e di prevedere la probabilità di scoppio di una 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 dell’ETH sono rilevanti per tutti i bacini di decantazione degli sterili per il trattamento dei residui dell’estrazione mineraria. Infatti, se i residui sono costituiti da materiale a grana fine e friabile, in un caso sfavorevole 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 artificiali in cui una diga di terra trattiene l’acqua. Tuttavia, i nuovi risultati 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".