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Dissertação de Mestrado
PROPOSTA DE TECNOLOGIAS
CONSTRUTIVAS DE SISTEMA VIÁRIO
APLICADO A MINERAÇÕES DE FERRO
AUTOR: WALTER DUARTE COSTA FILHO
ORIENTADOR: Prof. Dr. Gilberto Fernandes (UFOP)
MESTRADO PROFISSIONAL EM ENGENHARIA GEOTÉCNICA DA UFOP
OURO PRETO - OUTUBRO DE 2011
ii
C837p
Costa Filho, Walter Duarte.
Proposta de tecnologias construtivas de sistema viário aplicado a minerações
de ferro [manuscrito] / Walter Duarte Costa Filho - 2011.
xix, 165f.: il., color.; graf.; tab.
Orientador: Prof. Dr. Gilberto Fernandes.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto.
Escola de Minas. Núcleo de Geotecnia - NUGEO.
Área de concentração: Geotecnia de Pavimentos.
1. Pavimentos - Teses. 2. Estradas - Teses. 3. Minas e mineração - Teses. 4.
Construção civil - Teses. 5. Minas - Transporte - Teses. I. Universidade Federal de
Ouro Preto. II. Título.
CDU: 625.8:622.6
Catalogação: [email protected]
“Crer é apenas o segundo poder. Querer é o primeiro. As Montanhas proverbiais
nada são em comparação com o que a vontade pode conseguir”.
Victor Hugo.
“Não desanime quando outras pessoas lhe disseram que “A ocasião não é
oportuna”. A ocasião é sempre oportuna para o homem que sabe o que quer e se
lança ao trabalho para consegui-lo”.
Andrew Carnegie.
iii
Dedicatória
A meus pais
Que me legaram a semente da
sabedoria
A minhas irmãs
Pela amizade e ternura
Aos meus filhos Luiz Henrique e José Eduardo
Que representam a razão de meu viver
iv
AGRADECIMENTOS
A Deus por possibilitar que continue sempre caminhando, buscando e conquistando;
Ao meu pai, referência de profissional, pelas valiosas contribuições, dedicação e apoio
incondicional neste trabalho;
A minha mãe por sempre acreditar neste trabalho e pela força constante durante todas as
etapas de minha vida;
Ao professor Gilberto Fernandes (UFOP), idealizador deste trabalho, pelo apoio,
confiança e discussões em todas as etapas desta jornada;
Ao professor Waldyr Lopes de Oliveira Filho (UFOP) pelos seus valiosos ensinamentos
e pela parceria durante a elaboração do manual de estradas;
Ao professor Alex Visser (Pretória, África do Sul), pelos valiosos ensinamentos e
contribuições durante as visitas às minas no desenvolvimento deste trabalho;
À eng. Lilian Masetti e aos funcionários da Vale que colaboraram com conhecimentos e
fornecimento de dados para a evolução deste trabalho;
Aos ex-alunos Gustavo Filipe Neves e Brayan José dos Reys Filho pela participação
efetiva e dedicação nas últimas etapas deste trabalho;
v
RESUMO
As atuais estradas de minas presentes no Brasil são concebidas e construídas de forma
empírica e sem projetos, pois não há preocupação das empresas mineradoras em investir em
tais acessos. Essas vias se encontram em precárias condições em grande parte das minas,
pois a falta de concepção dos projetos geométrico, estrutural e de drenagem, gera métodos
construtivos inapropriados, que aliados às técnicas inadequadas de manutenção
proporcionam uma superfície estradal inadequada ao tráfego de veículos. No entanto, essas
vias são de vital importância para a atividade de lavra, tendo influência direta na
produtividade da mina e consequentemente nos custos, pelo que, se faz necessária a
aplicação de tecnologias construtivas e de manutenção para essas estradas. Esta pesquisa
(dissertação) desenvolveu-se baseada nesta temática, onde a metodologia consistiu em um
levantamento de todas as tecnologias disponíveis sobre o assunto, seguida de uma pesquisa
de campo, onde foi elaborado um diagnóstico da atual situação das vias de um complexo
minerador, propiciando, finalmente, o desenvolvimento de propostas construtivas que
minimizariam ou erradicariam os problemas sofridos pelas estradas estudadas. As minas
estudadas foram Conceição no município de Itabira e Fábrica Nova no município de
Mariana ambas pertencentes à Vale. As tecnologias construtivas que foram propostas para
solucionar os problemas sofridos pelas vias operantes, ou proporcionar a construção de uma
via mineira de qualidade e eficiente foram baseadas em um Manual de um Sistema Viário
de Minas, onde as estradas de acesso às minas são divididas em categorias segundo o tempo
de vida útil que se espera delas. Assim, conforme a categoria da via são estabelecidos
parâmetros que regem e normalizam a construção ou manutenção da estrada de mina. A
partir da utilização do Manual é possível construir uma estrada de mina que proporcione
condições adequadas de tráfego e que necessite de pouca manutenção, o que implica em
diminuição dos custos e, consequentemente, maior lucro para as empresas mineradoras.
Palavras-chave: Estradas de Minas; Concepção de projeto; Tecnologias construtivas;
Manual de um sistema viário.
vi
ABSTRACT
The current mines haul present in Brazil are designed and constructed empirically and
without planning, because there is no concern by the mining companies to invest in such
mines accesses. Therefore, these pathways are in poor condition in most of the mines,
because the lack of conception of geometric, structural and drainage projects produces
inappropriate construction methods, along with inadequate technical maintenance, which
provides an inadequate road surface for vehicular traffic. However, these pathways have a
great importance to the mining activity, with direct influence on the productivity of the
mine and consequently in its costs. Therefore, it is necessary to apply constructive and
maintenance technologies for these pathways. This research (thesis) was developed based
on this theme, whose methodology was an assessment of all technologies available on the
subject, followed by a field survey, which established a diagnosis of the current situation of
pathways in a mining complex, providing, finally, the development of constructive
proposals to minimize or eradicate the problems suffered by the pathways studied. The
mines Conceição (located in Itabira) and Fabrica Nova (located in Mariana) were studied,
both belonging to Vale. The construction technologies that have been proposed to solve the
problems suffered by the operating pathways or for allowing the construction of a mining
pathway without quality and efficiency are based on a Practical Guide, where the access
pathways to the mines are divided into categories according to the lenght of their expected
lifetime. Thus, according to the category of the pathway, parameters are set to regulate and
standardize the construction or maintenance of the mining pathway. From the use of the
Practical Guide is possible to build a mining pathway that provides suitable conditions of
traffic that requires minor maintenance, which implies on cost reduction and therefore more
profit for mining companies.
Key words:
Mine haul; Conception of Projects; Construtive Technologies;
Pratical Guide
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 - Tensões no Pavimento. ................................................................................ 2
Figura 1.2 - Estrada de mina. ........................................................................................ 3
Figura 1.3 - Sistema de camadas de um pavimento. ......................................................... 5
Figura 1.4. - Espessuras das Camadas usualmente praticadas. ....................................... 5
Figura 2.1 - Seção transversal parcial de uma estrada para caminhão de 240 t. ............. 16
Figura 2.2 - Seção transversal parcial de uma estrada para caminhão de 360 t. ............. 17
Figura 2.3 - Espessuras das camadas para vários tipos de caminhões de 1980 a 2000. . 20
Figura 3.1 - Distância de Visibilidade de Parada. ........................................................... 33
Figura 3.2 - Situações seguras (distância de visibilidade suficiente – 2 e 4) e inseguras
(distância de visibilidade insuficiente – 1 e 3). ............................................................... 35
Figura 3.3 - Visibilidade nas curvas horizontais. ........................................................ 35
Figura 3.4 - Visibilidade nas curvas verticais. ................................................................ 36
Figura 3.5 - Largura de uma pista de rolamento. .......................................................... 37
Figura 3.6 - Esquema de superelevação. ..................................................................... 38
Figura 3.7 - Raio de curvatura x velocidade. .................................................................. 39
Figura 3.8 - Inclinação da via para direcionamento de drenagem . ................................ 40
Figura 3.9 - Greide de uma estrada com a linha verde indicando uma boa aplicação do
greide, e com a vermelha, uma aplicação insatisfatória . ................................................ 41
Figura 3.10 - Leiras de Segurança. ............................................................................... 41
Figura 3.11 - Leiras de Segurança: Central e Lateral. ................................................... 42
Figura 3.12 - Transição para superelevação. .................................................................. 43
Figura 3.13 - Inclinações transversais em intercessões. ............................................... 44
Figura 3.14 - Seção transversal da estrutura da estrada. ............................................... 45
Figura 3.15 - Desenho esquemático da estrutura de uma estrada. .................................. 45
Figura 3.16 - Regularização do Subleito. ..................................................................... 47
Figura 3.17 - Reforço do Subleito. .............................................................................. 49
Figura 3.18 - Curva Pressão Penetração. ................................................................... 56
Figura 3.19 - Classificação TRB para solos. ................................................................... 57
Figura 3.20 - Dimensionamento usando as curvas CBR. . ............................................ 60
Figura 3.21 - Tipos de veículos. .................................................................................... 64
Figura 3.22 - Espessura total do pavimento, em função de N e de IS ou CBR, em termos
de material com k = 1,00, isto é, em termos de base granular. ....................................... 66
Figura 3.23 - Dimensionamento usando o método CBR. ............................................... 67
Figura 3.24 - Curvas de dimensionamento no método do IG . ....................................... 68
Figura 3.25 - Valeta de Proteção de Corte. ................................................................. 71
Figura 3.26 - Valeta de Proteção de Aterro. ................................................................... 72
Figura 3.27 - Sarjetas de corte: a) Triangular; b) Trapezoidal ........................................ 73
Figura 3.28 - Esquema de uma sarjeta de corte de seção trapezoidal. ............................ 73
Figura 3.29 - Sarjetas de aterro. ...................................................................................... 74
Figura 3.30 - Esquema de uma sarjeta de aterro. ............................................................ 74
Figura 3.31 - Sarjeta em greide de rampa. ...................................................................... 75
Figura 3.32 - Sarjetas em ponto baixo ............................................................................ 76
Figura 3.33 - Descidas d’água em construção. ............................................................ 77
viii
Figura 3.34 - Caixa Coletora. ....................................................................................... 78
Figura 3.35 - Bueiro de Greide. ................................................................................... 79
Figura 3.36 - Dissipador de Energia Contínuo. ........................................................... 80
Figura 3.37 - Esquema de um escalonamento de taludes. .............................................. 81
Figura 3.38 - Rolo pé-de-carneiro ................................................................................. 91
Figura 3.39 - Rolo Pneumático. ...................................................................................... 92
Figura 3.40 - Rolo Compactador de Rodas Lisas. ........................................................ 93
Figura 3.41 - Precárias condições de tráfego impostas a uma estrada de mina, devido à
excessiva geração de pó. ............................................................................................... 95
Figura 3.42 - Variação da geração de material particulado em uma estrada de mina
(x100mg/m3), após aspersão de água . ............................................................................ 96
Figura 3.43 - Operação de recolocação do material da superfície. ................................. 98
Figura 3.44 - Avaliação de estrada em função do defeito. ............................................ 99
Figura 3.45 - Esquematização do Manual de Um Sistema Viário de Minas. ............... 104
Figura 3.46 - Esquematização do Projeto Geométrico. ................................................ 105
Figura 3.47 - Esquematização do Projeto Estrutural. ................................................... 106
Figura 3.48 - Esquematização do Projeto de Drenagem. .............................................. 107
Figura 3.49 - Esquematização de Construção. ........................................................... 108
Figura 4.1 - Localização do Complexo Minerador de Itabira no Quadrilátero Ferrífero MG ................................................................................................................................ 111
Figura 4.2 - Mina de Conceição: visão geral ................................................................ 111
Figura 4.3 - Foto aérea do empreendimento ................................................................. 112
Figura 4.4 - Derramamento de lama do caminhão. ....................................................... 113
Figura 4.5 - Mina de Conceição (visão longitudinal) ................................................... 114
Figura 4.6 - Mapa de Localização da Mina de Fábrica Nova ....................................... 115
Figura 4.7 - Mina de Fábrica Nova: visão geral ........................................................... 115
Figura 4.8 - Estrada de Acesso à Mina de Fábrica Nova .............................................. 116
Figura 4.9 - Retro-Escavadeira ..................................................................................... 118
Figura 4.10 - Caminhão fora-de-estrada ....................................................................... 119
Figura 4.11 - Pá mecânica ............................................................................................. 120
Figura 4.12 - Moto-niveladora ...................................................................................... 121
Figura 4.13 - Trator Komatsu ....................................................................................... 121
Figura 4.14 - Trator CAT .............................................................................................. 122
Figura 4.15 - Rolo compressor pé-de-carneiro ............................................................. 122
Figura 4.16 - “Borrachudos” ......................................................................................... 123
Figura 4.17 - Caminhão fora-de-estrada ....................................................................... 123
Figura 4.18 - Caminhão Scania ..................................................................................... 124
Figura 4.19 - Caminhão-pipa ........................................................................................ 124
Figura 4.20 - Centro de manutenção ............................................................................. 125
Figura 4.21 - Transportador de correia de longa distância - TCLD .............................. 125
Figura 4.22 - Construção da sub-base e base ................................................................ 128
Figura 4.23 - Detalhe da construção da sub-base e base ............................................... 128
Figura 4.24 - Seção típica da construção da sub-base e base ........................................ 129
Figura 4.25 - Material usado para base e sub-base: gnaisses ........................................ 129
Figura 4.26 - Material usado para base e sub-base: xistos ............................................ 130
Figura 4.27 - Material usado para revestimento ........................................................... 130
ix
Figura 4.28 - Sinalização de velocidade ....................................................................... 131
Figura 4.29 - Saída de emergência lateral ..................................................................... 131
Figura 4.30 - Acesso principal à mina de Fábrica Nova ............................................... 134
Figura 4.31 - Pista construída sobre camada competente de minério. .......................... 134
Figura 4.32 - Revestimento de laterita .......................................................................... 135
Figura 4.33 - Estéril de formação ferrífera.................................................................... 135
Figura 4.34 - Itabirito pobre .......................................................................................... 136
Figura 4.35 - Estéril proveniente da mina Alegria ........................................................ 136
Figura 4.36 - Amostra de Itabirito retirada do local...................................................... 137
Figura 4.37 - Comparação do desempenho do itabirito utilizado como revestimento . 137
Figura 4.38 - Realização do Ensaio DCP...................................................................... 138
Figura 4.39 - Torre de iluminação a diesel ................................................................... 138
Figura 4.40 - Declividade suave e o ótimo estado de conservação ............................... 140
Figura 4.41 - Saídas nas laterais das vias direcionando a drenagem ............................ 140
Figura 4.42 - Detalhe construtivo da drenagem nas saídas laterais .............................. 141
Figura 4.43 - Detalhe construtivo da drenagem nas saídas laterais .............................. 141
Figura 4.44 - Sistema de drenagem pouco eficiente ..................................................... 142
Figura 4.45 - Sistema de aspersão móvel...................................................................... 142
Figura 4.46 - Sistema de aspersão fixo ......................................................................... 143
Figura 4.47 - Barragem de contenção de sedimentos ................................................... 143
Figura 4.48 - Bermas para direcionamento da drenagem ............................................. 145
Figura 4.49 - Sistema automático de aspersão fixa....................................................... 145
x
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Comprimentos e expectativa de vida das estradas de mina ........................ 14
Tabela 2.2 - Larguras das estradas da empresa Sycrude Canadá .................................... 15
Tabela 2.3 - Materiais usados para a construção de estradas (exceto para revestimento)
........................................................................................................................................ 17
Tabela 2.4 - Materiais usados para o revestimento da estrada. ....................................... 18
Tabela 2.5 - Sintomas da deterioração das estradas ........................................................ 18
Tabela 2.6 - Causas da deterioração e número de relatos em minas (%). ....................... 19
Tabela 2.7 - Métodos usados para supressão da poeira .................................................. 21
Tabela 2.8 - Razão de aplicação e custos para controle da poeira . ................................ 24
Tabela 2.9 - Vantagens e desvantagens dos vários materiais usados na superfície de
estradas de mina .............................................................................................................. 26
Tabela 2.10 - Capacidade de suporte de materiais .......................................................... 27
Tabela 2.11 - Propriedades de alguns materiais para construção de estradas ................. 28
Tabela 3.1 - Distância de frenagem ................................................................................ 34
Tabela 3.2 - Superelevação de acordo com raio de curvatura e velocidade.................... 38
Tabela 3.3 - Granulometrias especificadas do agregado graúdo para macadame
hidráulico ........................................................................................................................ 52
Tabela 3.4 - Material de enchimento para macadame hidráulico ................................... 52
Tabela 3.5 - Tensões típicas de compressão de misturas solo-cimento com “10% de
cimento” .......................................................................................................................... 53
Tabela 3.6 - Características ideais para rocha britada usada como material de
revestimento .................................................................................................................... 61
Tabela 3.7 - Coeficientes de equivalência estrutural ...................................................... 62
Tabela 3.8 - Alguns valores de coeficiente de equivalência estrutural para sub-base
granular e reforço do subleito. ........................................................................................ 63
Tabela 3.9 - Fator de veículo .......................................................................................... 65
Tabela 3.10 - Fator climático no método DNIT.............................................................. 65
Tabela 3.11- Espessuras mínimas de revestimento betuminoso em função de N........... 66
Tabela 3.12 - Valores de IS em função de IG ................................................................. 70
Tabela 3.13 - Especificações americanas para aplicação do rolo pé-de-carneiro ........... 91
Tabela 3.14 - Condições americanas para uso do rolo pneumático ................................ 92
Tabela 3.15 - Especificações americanas para uso do rolo liso ...................................... 93
Tabela 3.16 - Avaliação da extensão de defeitos ............................................................ 98
Tabela 3.17 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto geométrico ... 105
Tabela 3.18 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto estrutural ...... 106
Tabela 3.19 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto de drenagem . 107
Tabela 3.20 - Manual de um Sistema Viário de Minas para construção ...................... 108
Tabela 4.1 - Manual - Projeto Geométrico ................................................................... 150
Tabela 4.2 - Projeto Estrutural ...................................................................................... 150
Tabela 4.3 - Manual de Projeto de Drenagem .............................................................. 151
Tabela 4.4 - Manual Construção ................................................................................... 151
Tabela 4.5 - Manual- Projeto Geométrico .................................................................... 152
Tabela 4.6 - Projeto Estrutural ...................................................................................... 152
xi
Tabela 4.7 - Manual de Projeto de Drenagem .............................................................. 153
Tabela 4.8 - Manual de Construção .............................................................................. 153
xii
LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES
AASHTO:
American Association of State Highway and Transportation Officials
ABNT:
Associação Brasileira de Normas Técnicas
C:
Construção
CAP’s:
Cimentos Asfálticos de Petróleo
CAT:
Caterpillar
CBR:
California Bearing Ratio
CFE:
Caminhões Fora de Estrada
CVRD:
Companhia Vale do Rio Doce
DCP:
Dynamic Cone Penetrometer
DF:
Distância de Frenagem
DMT:
Distância Média de Transporte
DNIT:
Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes
DNER:
Departamento Nacional de Estradas de Rodagem
Dp:
Distância de Visibilidade de Parada
FBN01:
Fábrica Nova
FR:
Fator Climático
FV:
Fator Veículo
GC:
Grau Compacto
GP:
Guia Prático
IG:
Índice de Grupo
IS:
Índice de Suporte
ISC:
Índice de Suporte Califórnia
ITA:
Itabira
K:
Coeficiência de Equivalência Estrutural
M:
Manutenção
ME:
Método de Ensaio
NBR:
Normas Brasileiras Regulamentadoras
NR:
Norma Regulamentadora
PD:
Projeto Drenagem
xiii
PE:
Projeto Estrutural
PG:
Projeto Geométrico
R:
Readequação
ROM:
“Run of Mine”
TCLD:
Transportador de Correia de Longa Distância
TCP:
Tratamento Contra Pó
TOC:
Teor de Umidade Ótima
TRB:
Transportation Research Board
UFOP:
Universidade Federal de Ouro Preto
xiv
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO E CONTEXTUALIZAÇÃO ....................................... 1
1.1 CARACTERÍSTICAS DAS RODOVIAS NÃO PAVIMENTADAS ................... 1
1.2 TECNOLOGIA CONSTRUTIVA DOS SISTEMAS RODOVIÁRIOS ................ 3
1.3 ESTRADAS DE MINERAÇÃO NO CONTEXTO DA ENGENHARIA DE
RODOVIA .................................................................................................................... 6
1.4 OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS ........................................................................ 8
1.5 ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO ................................................................... 9
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E METODOLOGIA DOS
TRABALHOS................................................................................................................. 11
2.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 11
2.2 MANUAL PARA O PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE ESTRADAS DE
MINAS ........................................................................................................................ 12
2.2.1 Caminhões e Equipamentos de Construção/Manutenção .............................. 13
2.2.2 Comprimento e Expectativa de Vida Útil das Estradas ................................. 14
2.2.3 Geometria das Estradas .................................................................................. 14
2.2.4 Deterioração das Estradas .............................................................................. 18
2.2.5 Manutenção das Estradas ............................................................................... 19
2.2.6 Espessura da Camada..................................................................................... 20
2.2.7 Mitigação de Pó e Poeira ............................................................................... 21
2.2.8 Materiais para Construção das Estradas ........................................................ 24
2.2.8.1 Revestimento .......................................................................................... 24
2.2.8.2 Materiais para Base e Sub-Base .............................................................. 27
2.2.9 Compactação das Camadas ............................................................................ 28
2.3 METODOLOGIA DOS TRABALHOS ............................................................... 29
2.3.1 Coleta de Dados ............................................................................................. 29
2.3.1.1 Revisão Bibliográfica.............................................................................. 30
2.3.1.2 Visitas Técnicas ...................................................................................... 30
2.3.1.3 Entrevistas com profissionais ligados à atividade mineral ..................... 30
2.3.2 Análise dos Dados e Informações .................................................................. 30
xv
2.3.3 Conclusões e Recomendações ....................................................................... 31
CAPÍTULO 3 - MANUAL DE ELABORAÇÃO DE UM SISTEMA VIÁRIO DE
MINAS ............................................................................................................................ 32
3.1 PROJETOS GEOMÉTRICOS .............................................................................. 32
3.1.1 Distância de Visibilidade de Parada (Dp) e de Frenagem (Df) ...................... 32
3.1.2 Distância de Visibilidade ............................................................................... 34
3.1.3 Largura da Pista de Rolamento ...................................................................... 36
3.1.4 Superelevação ................................................................................................ 37
3.1.5 Raio de Curvatura .......................................................................................... 39
3.1.6 Abaulamento da Estrada ................................................................................ 40
3.1.7 Greide............................................................................................................. 40
3.1.8 Leiras de Segurança ....................................................................................... 41
3.1.9 Transição para Superelevação ........................................................................ 42
3.1.10 Intercessões entre Elementos Geométricos .................................................. 43
3.2 PROJETO ESTRUTURAL .................................................................................. 44
3.2.1 Estrutura do Pavimento do Subleito à Base ................................................... 46
3.2.1.1 Subleito ................................................................................................... 46
3.2.1.2 Reforço do Subleito ................................................................................ 48
3.2.1.3 Base e Sub-base ...................................................................................... 49
3.2.2 Caracterização em Laboratório dos Solos a Utilizar ...................................... 54
3.2.2.1 CBR (Califórnia Bearing Ratio) ............................................................. 55
3.2.2.2 Ensaio Proctor ......................................................................................... 56
3.2.2.3 Granulometria ......................................................................................... 57
3.2.2.4 Teor de Umidade..................................................................................... 58
3.2.3 Utilização dos Solos Caracterizados em Função da Estrutura do Pavimento 58
3.2.4 Dimensionamento do Pavimento ................................................................... 58
3.2.4.1 Método CBR ........................................................................................... 59
3.2.4.2 Espessuras das Camadas e Coeficientes de Equivalência Estrutural ...... 62
3.2.4.3 Método do Índice de Grupo .................................................................... 68
3.2.4.4 Método do DNER ................................................................................... 69
3.3 PROJETO DE DRENAGEM ............................................................................... 70
xvi
3.3.1 Valetas de Proteção de Corte ......................................................................... 71
3.3.2 Valetas de Proteção de Aterro........................................................................ 72
3.3.3 Sarjetas de Corte ............................................................................................ 73
3.3.4 Sarjetas de Aterro ........................................................................................... 74
3.3.5 Saídas d’Água ................................................................................................ 75
3.3.6 Descidas d’Água ............................................................................................ 77
3.3.7 Caixas Coletoras ............................................................................................ 77
3.3.8 Bueiros de Greide .......................................................................................... 78
3.3.9 Drenos Profundos .......................................................................................... 79
3.3.10 Dissipadores de Energia ............................................................................... 80
3.3.11 Escalonamento de Taludes ........................................................................... 81
3.3.12 Corta-rios ..................................................................................................... 82
3.4
CONSTRUÇÃO DAS ESTRADAS ................................................................ 82
3.4.1 Subleito .......................................................................................................... 82
3.4.1.1 Regularização do subleito ....................................................................... 83
3.4.2 Sub-Base ........................................................................................................ 85
3.4.3 Base ................................................................................................................ 86
3.4.3.1 Equipamento ........................................................................................... 87
3.4.3.2 Execução ................................................................................................. 87
3.4.3.3 Manejo ambiental ................................................................................... 88
3.4.3.4 Seleção de Materiais ............................................................................... 88
3.4.3.5 Utilização de Rolos Compactadores Diferentes em Função do Tipo de
Solo ..................................................................................................................... 90
3.5 ASPECTOS AMBIENTAIS ................................................................................. 94
3.6 MANUTENÇÃO DAS ESTRADAS ................................................................... 97
3.6.1 Técnicas para Manutenção ............................................................................. 97
3.6.2 Defeitos das Estradas ..................................................................................... 98
3.6.2.1 Principais Defeitos das Estradas ............................................................. 99
3.7 MANUAL DE UM SISTEMA VIÁRIO DE MINAS ........................................ 101
3.7.1 Introdução .................................................................................................... 101
3.7.2 Uso do Material de um Sistema Viário de Minas ........................................ 103
xvii
3.7.3 Esquematização do Manual de um Sistema Viário de Minas ...................... 104
3.7.4 Projeto Geométrico - PG.............................................................................. 104
3.7.5 Projeto Estrutural - PE ................................................................................. 106
3.7.6 Projeto de Drenagem – PD .......................................................................... 107
3.7.7 Construção - C ............................................................................................. 108
3.7.8 Manutenção - M ........................................................................................... 109
3.7.9 Manual de um Sistema Viário de Minas - READEQUAÇÃO - R .............. 109
CAPÍTULO 4 -APLICAÇÃO DO MANUAL EM ESTUDOS DE CASOS ............... 110
4.1 DIAGNÓSTICO TÉCNICO ............................................................................... 110
4.1.1 Caracterização das minas ............................................................................. 110
4.1.1.1 Mina de Conceição ............................................................................... 110
4.1.1.2 Mina de Fábrica Nova ........................................................................... 115
4.1.2 Vias de Acesso ............................................................................................. 117
4.1.2.1 Especificações Geométricas.................................................................. 117
4.1.2.2 Caracterização dos Equipamentos de Infraestrutura e Transporte ........ 118
4.1.2.3 Metodologia de Construção e Experiências Anteriores ........................ 125
4.1.2.4 Manutenção e Controle Ambiental ....................................................... 139
4.2 RECOMENDAÇÕES TÉCNO-CONSTRUTIVAS ........................................... 146
4.2.1 Mina de Conceição ...................................................................................... 146
4.2.2 Mina de Fábrica Nova .................................................................................. 147
4.3 USO DO MANUAL DE UM SISTEMA VIÁRIO DE MINAS......................... 149
4.3.1.1 Projeto Geométrico ............................................................................... 150
4.3.1.2 Projeto Estrutural .................................................................................. 150
4.3.1.3 Projeto de Drenagem............................................................................. 151
4.3.1.4 Construção ............................................................................................ 151
4.3.2.1 Projeto Geométrico ............................................................................... 152
4.3.2.2 Projeto Estrutural .................................................................................. 152
4.3.2.3 Projeto de Drenagem............................................................................. 153
4.3.2.4 Construção ............................................................................................ 153
xviii
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES .......................................... 154
5.1 ANÁLISE DOS EFEITOS POSITIVOS ATUAIS ............................................. 154
5.2 DEFICIÊNCIAS CONSTATADAS ................................................................... 156
5.2.1 Consequências de Práticas Inadequadas ...................................................... 156
5.2.2 Consequências da Ausência de Procedimentos ........................................... 157
5.2.3 Consequências de Deficiências da Infraestrutura ........................................ 158
5.2.4 Consequências da Deficiência de Mão-de-Obra .......................................... 159
5.3 CORRELAÇÕES DE METODOLOGIAS CONSTRUTIVAS ......................... 159
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 163
xix
CAPÍTULO 1 -
1.1
INTRODUÇÃO E CONTEXTUALIZAÇÃO
CARACTERÍSTICAS DAS RODOVIAS NÃO PAVIMENTADAS
As estradas no contexto histórico do país foram abertas pelos colonizadores de forma
imprópria, sendo construídas basicamente norteadas pela estrutura fundiária e pelas
características do terreno, de modo a facilitar sua construção.
Nota-se que, apesar do expressivo avanço da engenharia rodoviária com aplicação de
diversas tecnologias, ainda utilizam-se metodologias empíricas na construção das vias não
pavimentadas em especial as que compõem o conjunto de estradas de minas.
Entende-se como estrada não pavimentada, segundo a NBR 7207/82 da ABNT, emanada da
antiga norma “Terminologia e Classificação de Pavimento”, TB-7, de 1953, revista em
1969 e em 1982, aquela que não se enquadra na seguinte cláusula: “O pavimento é uma
estrutura construída após terraplenagem e destinada, economicamente e simultaneamente,
em seu conjunto, a:
resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;
melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança;
resistir aos esforços horizontais que nele atuam, tornando mais durável a superfície
de rolamento.”
A Figura 1.1 a seguir mostra a distribuição em profundidade dos esforços aplicados por um
pneu.
1
Figura 1.1- Tensões no Pavimento. Fonte: Medina, 2005
σ= Tensões atuantes
z= distância de profundidade
As estradas não pavimentadas são estruturas constituídas pela terraplenagem ou o
próprio relevo. Segundo Baesso e Gonçalves (2003), existem quatro categorias para a
classificação de uma estrada não pavimentada:
Categoria A: Estradas cuja superfície de rodagem é composta por agregados
naturais, remanescentes de jazidas, desde que estes atendam a parâmetros relacionados à
granulometria e ao tamanho.
Categoria B: Estradas cuja superfície de rodagem é composta por agregados
artificiais.
Categoria C: Estradas cuja superfície de rodagem é constituída de materiais
oriundos de jazidas de solos naturalmente estabilizados (saibros) ou com granulometria
semelhante.
Categoria D: Estradas cuja superfície é composta de materiais provenientes de seu
próprio leito natural.
As estradas de mina, como mostrado na Figura 1.2, são consideradas estradas não
pavimentadas, pois apesar de se enquadrarem nos dois primeiros tópicos do conceito da
NBR 7207/82, elas não possuem resistência às forças de cisalhamento, ou seja, são
desprovidas de material em seu revestimento que lhes ofereça resistência às forças
horizontais. Levando em consideração os materiais que as constituem, elas se enquadram na
categoria A, pois em sua construção são utilizados agregados naturais advindos da própria
mina, reduzindo assim os custos.
2
Figura 1.2- Estrada de mina.
Fonte: Dados do autor
As vias não pavimentadas são comumente encontradas nos acessos de zonas rurais, ligação
intermunicipal, setor agropecuário e de mineração, correspondendo no Brasil a
aproximadamente 90% de toda malha rodoviária (BAESSO E GONÇALVES 2003).
1.2
TECNOLOGIA CONSTRUTIVA DOS SISTEMAS RODOVIÁRIOS
Percebe-se uma grande evolução nas últimas décadas dos métodos de construção de
pavimentos, passando de uma demanda de serviço de vários quilômetros anuais, para um
volume de centenas de quilômetros de pavimentação por ano. Com o avanço da engenharia
nessa área, os materiais passaram a ser objeto de estudo mais acentuado, favorecendo a
utilização de solos e rochas das redondezas da obra, diminuindo assim, os custos finais.
A execução passou a ser costumeira, juntando os conhecimentos adquiridos com as
experiências vividas (conhecimento empírico), com um controle esquemático regido por
normas modernizadas. Engenheiros rodoviários brasileiros hoje possuem uma posição de
destaque entre os engenheiros rodoviários de todo o mundo, devido às pesquisas, métodos,
instruções, cursos de especialização, congressos e visitas a obras nacionais e estrangeiras.
3
A partir do momento em que a rede rodoviária pavimentada passou a ser uma necessidade
primordial para o progresso, os métodos de conservação tiveram de ser aperfeiçoados várias
vezes e racionalizados, partindo do princípio que um veículo trafega em uma via concluída
e não em uma via em processo de construção. Dessa regra primária, abstrai-se que
prioritariamente deve-se fazer a conservação das rodovias e que qualquer descuido ou
descaso fatalmente provocará o acúmulo de serviço anual.
O sistema de gerenciamento de pavimentos torna-se uma ferramenta comum, que é
utilizada periodicamente para o levantamento e quantificação de falhas e defeitos da via,
tornando possível a estimação da vida útil da estrada e possibilitando o planejamento de
ações referentes à sua manutenção.
Com o passar do tempo, devido ao tráfego contínuo de veículos, ressaltando o que diz
respeito à conservação da via, o desgaste normalmente induzirá, dentro de um período
determinado, a uma rodovia que não oferecerá boas condições de tráfego, consumindo
excessivamente os veículos que nela operam, aumentando assim o custo de rodagem.
Partindo deste princípio é que se deve ter um trabalho voltado para a manutenção,
recuperação e restauração das vias, com intuito de sempre executar estes serviços antes que
a rodovia se deteriore a ponto de necessitar de um novo pavimento, com despesas mais
elevadas.
A tecnologia construtiva deverá levar em consideração as diversas camadas, sendo que,
para cada uma deverá ser utilizado uma metodologia específica.
Comumente as estradas são projetadas e constituídas de quatro camadas:
Subleito
Sub-base
Base
Revestimento
4
A disposição dessas camadas acha-se indicada no esquema da Figura 1.3
Figura 1.3 - Sistema de camadas de um pavimento. Fonte: Bernuci, 2007
O dimensionamento e construção dessas camadas são regidos pelo projeto estrutural, sendo
mostrado na Figura 1.4 um exemplo desse dimensionamento.
Figura 1.4. - Espessuras das Camadas usualmente praticadas. Fonte: Ferreira,
2007
A constituição destas camadas será especificada no item 2.2.8.
5
1.3 ESTRADAS DE MINERAÇÃO NO CONTEXTO DA ENGENHARIA DE
RODOVIA
A mineração divide-se em 04 fases: Pesquisa, Desenvolvimento, Lavra e Beneficiamento.
As atividades de mineração, propriamente ditas, são subdivididas nos processos de Lavra,
correspondentes às operações diretas de extração do bem mineral (jazida) e nos processos
de Beneficiamento, caracterizados pelas operações físicas e/ou químicas destinadas a
modificar os bens minerais em termos de formas e/ou composição, visando adequá-los às
aplicações industriais de interesse.
As vias de acesso em mineração são definidas a partir das necessidades do desenvolvimento
mineiro dadas pelo planejamento e para sua implantação contam com as experiências de
profissionais das atividades de lavra.
De uma forma geral, um dos principais objetivos das atividades de lavra, relativo às vias de
acesso, tem sido os custos operacionais da frota de transporte e manipulação (carregamento
e espalhamento). Assim, surgem como indicadores de gestão itens como consumo de óleo e
pneus.
Desta forma, as estradas de minas ficam carentes de uma gestão de qualidade que possa
produzir um impacto positivo, considerando-a como um ativo, a exemplo dos equipamentos
de transporte.
Existem estudos muito desenvolvidos relacionados a estradas dentro da engenharia civil,
como por exemplo, as estradas rodoviárias, tanto na sua concepção quanto na sua
construção (DNIT, 2006).
Ainda que ocorram diferenças nas suas características primárias, é possível encontrar
tecnologias de estradas rodoviárias que possam ser adaptadas à mineração, possibilitando
um ganho considerável em termos de engenharia aplicada.
6
A atual percepção acerca das estradas de minas que são utilizadas para movimentação de
minério, estéril e produtos, é que ainda não houve evolução tecnológica a ponto de se
afirmar que se pratica uma engenharia satisfatória para a importância que o assunto tem no
processo produtivo.
Devido à ação das intempéries, as estradas não pavimentadas apresentam sérios problemas
em relação ao tráfego contínuo. Falhas de planejamento e/ou execução destas, além da falta
de um gerenciamento adequado de manutenção, propiciam um aumento ainda maior de
ocorrência de defeitos, acarretando em diminuição da eficiência e trafegabilidade da via.
Fatores como drenagem e compactação das camadas constituintes das vias devem ser
levados em consideração, pois se mal realizadas, ocasionam patologias que afetam
diretamente a estrutura viária. Neste contexto se vê necessária à implementação de normas
de construção a fim de minimizar ou até mesmo sanar estes problemas.
Segundo Ferreira (2007), nas vias de serviço que compreendem as principais estradas de
acesso internos a empresas mineradoras, o estado de conservação é precário e apresentam
técnicas de manutenção equivocadas, sistemas de drenagens deficientes e pouco ou quase
nenhuma preocupação com a questão da deformação contínua do pavimento.
Os projetos de estradas de minas a céu aberto apresentam fatores governantes como:
Custo mínimo de transporte de minério e do estéril para fora da cava, abrangendo
toda a vida útil da mina.
Diminuição do tráfego presente na mina de modo que propicie segurança aos
usuários e facilite as operações.
Restrição às áreas de instabilidade de taludes;
Longevidade da vida da estrada, implicando na redução dos custos de construção,
operação e demanda de matérias de construção.
7
1.4
OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS
A dissertação visa, a partir das análises do projeto geométrico, estrutural e de drenagem, a
caracterização construtiva das estradas de mina das minas de Conceição e Fábrica Nova,
ambas pertencentes à empresa Vale S/A.
Tal caracterização consistirá no diagnóstico dessas minas no que tange aos aspectos de
desenvolvimento da lavra com uma abordagem maior nos métodos construtivos das
estradas de mina. Os objetivos específicos incluem:
 Verificar o cumprimento do processo construtivo de uma estrada de mina quanto à
construção de subleito, base, sub-base e revestimentos de acordo com as técnicas de
engenharia praticadas nas rodovias pavimentadas;
 Descrever os métodos construtivos adotados nas minas abordadas nos estudos de
caso, levando-se em consideração: a seleção de materiais, a compactação e o
tratamento anti-pó;
 Criar uma referência para construção e manutenção de vias em empreendimentos
mineiros que vise minimizar os custos com técnicas e práticas eficazes de modo a
aumentar a estabilidade da superfície estradal, mantendo a qualidade e a duração de
uso inicialmente projetado.
A justificativa se baseia nos custos envolvidos na construção e manutenção das estradas de
minas que constitui um dos itens mais significativos do processo de lavra de uma jazida e
fica mais bem compreendido quando se percebe que a estrutura de uma estrada de mina está
sujeita a um processo de deterioração progressiva ao longo do tempo.
São mecanismos complexos aonde continuamente vão se acumulando deformações
plásticas e trincas nas camadas, decorrentes de uma combinação entre a ação das cargas do
tráfego e os efeitos do intemperismo, como variações de temperatura e umidade ao longo
do tempo.
8
1.5
ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO
Esta dissertação está estruturada segundo seis capítulos. Neste capítulo 1 são feitas
considerações sobre características das rodovias não pavimentadas, tecnologias construtivas
do sistema rodoviário, estradas de mineração no contexto da engenharia rodoviária e
finalmente os objetivos, justificativas e os critérios adotados neste trabalho. Este capítulo
serve de base para os demais capítulos, uma vez que contextualiza todo o assunto abordado
de forma objetiva e sistêmica.
O Capítulo 2 refere-se à revisão bibliográfica disponível sobre o assunto, demonstrando
que, apesar de escassos, os estudos que foram realizados nas minas são bastante
fundamentados e apoiados nas melhores técnicas de engenharia acessível e disponível de
nossa geração. Apesar de no Brasil existirem poucos estudos, as fontes de consulta
internacional propiciaram o embasamento técnico e científico necessário para o suporte aos
demais capítulos, além de contemplar uma abordagem geral do assunto. Além disso,
descreve a Metodologia utilizada para elaboração da dissertação apresentando as minas de
Conceição e Fábrica Nova, bem como a descrição de todas as etapas desde o levantamento
bibliográfico até a conclusão e recomendações.
O Capítulo 3 apresenta o Manual de Elaboração de um Sistema Viário de Mina, tratando
das metodologias e técnicas de cada etapa de projeto, construção, manutenção e
readequação das vias não pavimentadas. Tais metodologias buscam minimizar os custos
por meio de técnicas e práticas eficazes de modo a aumentar a estabilidade da superfície
estradal, mantendo a qualidade e a duração de uso inicialmente projetado. A partir do
diagnóstico técnico das minas, este capítulo dá total suporte ao item de recomendações e
técnicas construtivas, objeto do capítulo 4.
O Capítulo 4 apresenta a aplicação do manual em estudos de caso, que são os principais
focos deste trabalho e todas as particularidades dos acessos no qual houve os estudos
técnicos. Apresenta um diagnóstico relativo aos projetos existentes e necessários,
metodologia construtiva e de manutenção.
9
E, finalmente com base nas técnicas abordadas no capítulo 3, define e recomenda técnicas
para as constatações observadas em campo levando-se também em consideração os
aspectos ambientais envolvidos.
O Capítulo 5 apresenta as conclusões deste estudo e recomendações de novos trabalhos.
Trata-se de uma síntese dos estudos realizados referentes aos problemas construtivos das
vias e propostas de aplicação das tecnologias construtivas de sistema viário em
conformidade com o que foi descrito nos capítulos anteriores. Além disso, discorre sobre
uma análise dos efeitos positivos das atuais práticas bem como as deficiências constatadas.
Por fim, são sugeridos trabalhos futuros, nesta mesma linha de pesquisa, cujo objetivo a
partir da aplicação de tecnologias construtivas, é constatar a redução dos custos envolvidos
na construção e manutenção dos acessos não pavimentados de mina, que constitui um dos
itens mais significativos nos orçamentos dos complexos de mineração.
10
CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA E METODOLOGIA
DOS TRABALHOS
2.1
INTRODUÇÃO
A bibliografia sobre vias não pavimentadas de complexos minerários é demasiadamente
escassa. No Brasil, poucas referências existem, todavia os trabalhos voltados para estradas
vicinais e estradas florestais merecem destaque. Na UFOP destacam-se duas pesquisas
recentes, uma voltada à escolha de materiais para pavimento envolvendo estéril e rejeito de
mineração (Saraiva, 2006) e outra abordando diferentes soluções para dimensionamento de
pavimento e tratamento antipó em estradas de mina (Ferreira, 2007).
Tannant e Regensburg (2001) desenvolveram um manual baseado nos estudos feitos por
Kaufmam e Ault (1977) relativos às minerações no Canadá, intitulado “Projeto para a
Superfície de Estradas para Minas” e posteriormente Monenco (1989) atualizou o relatório
de Kaufmam e Ault retratando as reais condições das minas do Canadá.
O relatório de Monenco não foi publicado, restando apenas para sua consulta as anotações
de Tannant e Regensburg, que utilizaram o questionário encontrado no relatório de
Monenco como base para o desenvolvimento de seu trabalho.
Desta forma, novo questionário foi criado e o procedimento repetido no Canadá em 1999
para a realização do manual. Thompson & Visser (1999) através dos estudos das minas na
África do Sul também apresentaram relevantes contribuições sobre este tema.
A ideia do desenvolvimento de um manual ou coleção de guias práticos para o
planejamento e construção de estradas de minas foi iniciada em 1999 pelo professor
Muirheada na Universidade de Alberta - Canadá.
11
Para elaboração do manual, foram obtidos apoio e contribuições financeiras por parte de
empresas canadenses ligadas à pesquisa e tecnologia de superfícies de minas. As empresas
Syncrude Canadá Ltda. e Suncor Ltda. forneceram dados referentes à projeção de estradas e
metodologias usadas.
Os dados transmitidos pela Syncrude Canadá Ltda. foram instrumentos para verificação da
abordagem dos projetos para estradas das minas defendidos no manual.
O conteúdo da tese de Kumar (2000) é também usado no manual, especialmente em trechos
que tratam do projeto da seção transversal da estrada. Além disso, as questões relativas ao
projeto de estradas de minas também foram reunidas de várias publicações que são
referenciadas nesse relatório.
2.2 MANUAL PARA O PLANEJAMENTO E CONSTRUÇÃO DE ESTRADAS
DE MINAS
Para avaliar procedimentos sobre projeto e construção de estradas usadas no Canadá,
Tannant e Regensburg (2001) enviaram um questionário para 37 minas no oeste do país,
solicitando informações sobre equipamentos usados, métodos de construção e manutenção
de estradas e procedimentos para projetos de estradas.
Obteve-se assim, respostas de 13 minas sendo destas, 8 de carvão, 3 de minérios metálicos,
1 de areias betuminosas e também 1 de grafita. Pesquisa semelhante já havia sido elaborada
por Monenco (1989), na qual também 13 minas participaram.
A seguir, são descritos os principais aspectos do trabalho elaborado por Tannant e
Regensburg no que tange às tecnologias construtivas do sistema viário em um complexo
minerador. Esta é a principal bibliografia disponível e direcionada sobre o foco do trabalho.
12
2.2.1 Caminhões e Equipamentos de Construção/Manutenção
As minas utilizam uma variedade de caminhões para transporte do minério, do estéril e do
rejeito. Várias minas de carvão utilizam caminhões com capacidade de carga de 200 t,
enquanto para outras operações menores usam caminhões com capacidade de carga menor
que 100 t.
Em 1989 os maiores caminhões tinham capacidade de carga inferior a 200 t, mas em 1999
essa capacidade ultrapassou 300 t. Esses caminhões são utilizados por proporcionar uma
significativa economia de escala. Quase todos grandes caminhões usam 2 eixos com 4
pneus em cada eixo. Os caminhões com capacidade de carga maior que 300 t têm sido
introduzidos recentemente em algumas minas e a carga por pneu têm aumentado mais que
85 t.
Além dos materiais de construção, a geometria da estrada de mina requer também
modificações para acomodar os novos caminhões com maior capacidade. A largura dessas
estradas depende da largura dos maiores caminhões usados. A largura máxima dos
caminhões passou de 7 m em 1989 para 9 m em 1999. Todavia, o raio de manobra dos
caminhões aumentou, em média, 10% sobre os mais antigos. Por exemplo, um CAT 793C
tem um raio de manobra de 15 m, mas o CAT797 tem um raio de 16 m.
Maiores raios de manobra e largura da estrada são requeridos para acomodar esses
caminhões. A velocidade máxima desses caminhões aumentou de 8 para 10 km/h. Isso
também impacta a geometria da estrada em termos de distância de frenagem.
Além do transporte de materiais de construção, os caminhões basculantes são usados para
compactação de vários leitos na construção de estradas de mina. Uma mina usou um rolo
pé-de-carneiro para compactar materiais argilosos e um rolo de tambor liso vibratório para
material granular. Caminhões com aspersores de água foram usados em todas as minas para
supressão da poeira.
13
2.2.2
Comprimento e Expectativa de Vida Útil das Estradas
As 13 minas pesquisadas tinham um total de aproximadamente 50 km de estrada dentro da
cava, com uma expectativa média de vida de 1,4 anos e um total de aproximadamente 100
km de estrada fora da cava, com expectativa média de vida de 8 anos (Tabela 2.1). O
comprimento das estradas varia significativamente de mina para mina. Ao longo do tempo
esses comprimentos variaram entre 0,5 km a 10 km, enquanto o comprimento de estradas
permanentes variou de 1,3 km a 14 km.
Tabela 2.1 - Comprimentos e expectativa de vida das estradas de mina
Material
Comprimento acumulado
(km)
Dentro da cava
Estradas para produção
Estradas de estéreis
Estradas comuns
Total dentro da cava
Fora da cava
Estradas de produção
Estradas de estéreis
Estradas comuns
Total Fora da cava
Expectativa média de
vida (anos)
17,3
12,8
20,6
50,7
1,6
1,1
1,7
1,4
74,8
13,2
11,7
10,0
7,0
5,0
99,7
8,0
Fonte: Manual de Planejamento e Construção de Estradas para minas - Tannant e
Regensburg (2001)
2.2.3
Geometria das Estradas
Refere-se, entre outros fatores, ao layout e alinhamento da estrada. Segundo Tannant e
Regensburg (2001), os elementos geométricos de um projeto devem estar de acordo com
questões concernentes à segurança e estes, se bem projetados, geram benefícios
relacionados a custo, desempenho, e manutenção da estrada. Entre estes elementos,
incluem-se a distância de visibilidade e frenagem, drenagem, superelevações, largura da
pista de rolamento, etc.
14
Esse autor também afirma em seu trabalho que uma natural mudança de 1989 a 1999 é que
a largura da pista de rolamento tem aumentado de 25 para 30 metros e a altura das leiras de
segurança cresceu de 1,5 para 2,5 metros. O aumento destas dimensões pode ser
relacionado ao tamanho dos caminhões usados.
Portanto, a largura da estrada de mina aumenta, proporcionalmente, com o aumento do
tamanho do caminhão. A Tabela 2.2 mostra a largura da estrada de uma mina da empresa
Syecrude Canadá para vários tamanhos de caminhões.
As estradas de mina são projetadas para serem de 3,5 a 4 vezes a largura do maior
caminhão usado nessas estradas e essa regra é usada como uma indicação para orientação
do projetista.
Mais recentemente têm sido discutidos critérios para assegurar uma distância ainda mais
segura entre os caminhões, para isso tem sido sugerido que uma distância mínima fixada
entre os caminhões seria necessária porque esta não seria somente uma função da largura do
caminhão.
Tabela 2.2 - Larguras das estradas da empresa Sycrude Canadá
Capacidade de
carga (t)
Largura do
caminhão (m)
Largura da
estrada (m)
Relação entre as larguras da
estrada e do caminhão
170
7,10
25
3,5
240
320
7,60
8,45
30
32
3,9
3,8
360
9,15
36,8
4,0
Regensburg (2001)
15
Devido ao aumento do tamanho do caminhão, a altura da berma de segurança foi
aumentada de 2,0 m para caminhões de 240 t e para 2,90 m para caminhões de 360 t. A
altura da berma de segurança é usualmente relacionada ao diâmetro do pneu e caminhões
maiores usam pneus maiores.
A relação recomendada de altura da berma/diâmetro do pneu é de cerca de ¾ com todas as
bermas sendo maiores que 1 m, independentemente do tamanho do pneu.
Outros elementos da geometria da estrada, tais como declividade dos lados, profundidade
das valetas de drenagem e espessura dos leitos permaneceram mais ou menos constante. As
Figuras 2.1 e 2.2 mostram elementos geométricos de estradas para 240 t e 360 t
respectivamente.
Para estradas de diferentes materiais os lados da estrada tiveram declividade de 3H:1V.
Cada leito teve uma declividade de 2% a partir do centro para prover adequada drenagem.
A profundidade da valeta foi mantida 0,5 m abaixo da sub-base.
Figura 2.1 - Seção transversal parcial de uma estrada para caminhão de 240 t.
Fonte: Manual de Planejamento e Construção de Estradas para minas - Tannant
e Regensburg (2001)
16
Figura 2.2 - Seção transversal parcial de uma estrada para caminhão de 360 t.
Regensburg (2001)
Em seus estudos, Tannant e Regensburg (2001) comprovaram que grande parte das minas
usou materiais não importados para a construção de estradas, diminuindo o custo, todavia,
geotêxteis foram usados por uma das minas enquanto outras construíram camadas drenantes
de areia. Rolo compactado de concreto foi testado para compactação do leito superficial de
uma das estradas. As Tabelas 2.3 e 2.4 apresentam os materiais utilizados na construção das
estradas.
Tabela 2.3 - Materiais usados para a construção de estradas (exceto para
revestimento)
Material de construção
Rejeitos
Arenito
Til glacial
Areia
Cascalho
Siltito
Pedra britada
N° de minas que usam
8
3
1
1
1
1
1
Porcentagem
79
27
9
9
9
9
9
Fonte: Manual de Planejamento e Construção de Estradas para minas- Tannant e
Regensburg (2001)
17
Tabela 2.4 - Materiais usados para o revestimento da estrada.
Estéril britado
Cascalho britado
Folhelho
Rejeito grosseiro
Arenito britado
9
4
1
1
1
Porcentagem
82
36
9
9
9
Regensburg (2001)
Comparando com o relatório de Monenco (1989), Tannant e Regensburg (2001)
observaram que os materiais de construção não tiveram grande mudança no período de
1989 a 1999, embora a espessura das diferentes camadas tenha aumentado com o uso de
caminhões maiores, conforme Figuras 2.1 e 2.2.
2.2.4
Deterioração das Estradas
Os buracos, sulcos e afundamentos foram os maiores sintomas observados em quase todas
as minas (Tabela 2.5). A superfície de rolamento das estradas sofreu principalmente devido
à precipitação/escoamento, volume de tráfico pesado e derramamento de materiais dos
veículos. Além dessas causas de deterioração, influi também a compactação pobre no leito
de base. Na deterioração (Tabela 2.6) de outros leitos, a pobre compactação, o elevado nível
da água subterrânea e a precipitação foram as maiores causas.
Tabela 2.5 - Sintomas da deterioração das estradas
Sintomas
Buracos
Sulcos
Afundamentos
Escorregadio quando umedecido
Perda de materiais na superfície
Problemas de drenagem da água
Veios transversais
Ondulamento
N° de minas
10
9
8
7
3
1
1
1
Porcentagem
91
82
73
64
27
9
9
9
Regensburg (2001)
18
Tabela 2.6 - Causas da deterioração e número de relatos em minas (%).
Causas
Leito
0 (0)
0 (0)
1 (9)
1 (9)
0 (0)
0 (0)
3 (27)
3 (27)
0 (0)
0 (0)
1 (9)
0 (0)
Poeiras
Deficiência de cascalho
Volume de tráfico pesado
Nível de água subterrânea elevado
Gelo e neve
Técnica dos operadores
Compactação pobre
Precipitação/escoamento
Derramamento de materiais dos veículos
Caminhões pesados
Manutenção pobre
Afundamento da base
Subbase
1 (9)
0 (0)
1 (9)
1 (9)
0 (0)
0 (0)
1 (9)
3 (27)
0 (0)
0 (0)
1 (9)
0 (0)
Base
Revestimento
1 (9)
1 (9)
5 (45)
3 (27)
1 (9)
1 (9)
3 (27)
5 (45)
1 (9)
2 (18)
1 (9)
1 (9)
4 (36)
7 (64)
6 (54)
4 (36)
4 (36)
0 (0)
2 (18)
10 (91)
6 (54)
3 (27)
1 (9)
0 (0)
2.2.6
Manutenção das Estradas
Regensburg (2001)
Foi possível observar que a maior deterioração ocorreu no revestimento e isto foi devido
principalmente pela ausência de compactação.
2.2.5 Manutenção das Estradas
Manutenção é o conjunto de atividades que são executadas para reparar ou minimizar os
defeitos e, consequentemente, reduzir os custos operacionais dos caminhões, prolongando a
vida útil das estradas de minas.
Devido ao grande volume de tráfego, é inevitável que alguns problemas ocorram nas
estradas das minas. Assim, são necessárias especificações que ditem como a estrada de
mina deve ser mantida e reparada, evitando a rápida deterioração desta.
Gradeamento, escarificação e nivelamento superficial foram praticados em muitas minas
para melhorar a trafegabilidade. Algumas minas recorreram à escavação e aterro para elevar
o nível do subleito, enquanto outras adotaram o greide como melhor solução.
19
Segundo Tannant e Regensburg (2001), as minas variam significantemente os
procedimentos de manutenção em função da necessidade e experiência passada. Vale
ressaltar que “a limpeza e regularização de algumas minas foram realizadas diariamente e
os trabalhos de reparo foram feitos apenas após ocorrer uma falha” (Tannant e Regensburg,
2001).
2.2.6
Espessura da Camada
No trabalho de Tannant e Regensburg (2001), foi constatado que as estradas de minas eram
construídas com três materiais distintos. Areia utilizada como sub-base, o cascalho retirado
da cava como base e o cascalho britado como revestimento.
A Figura 2.3 demonstra a espessura das camadas para vários tipos de caminhão de 1988 a
2000.
Figura 2.3 –Espessuras das camadas para vários tipos de caminhões de 1980 a 2000.
Regensburg (2001)
20
Os caminhões de maior porte necessitam de maior espessura das camadas de cascalho, mas
a camada de areia continua a mesma que aquela projetada para caminhões de menor porte.
Ocorre que, para caminhões maiores, altas tensões se aprofundam em uma seção
transversal, exigindo maior espessura dos materiais mais rígidos (cascalho) a fim de que a
deflexão na superfície da estrada fique dentro dos limites das especificações do projeto.
2.2.7 Mitigação de Pó e Poeira
As partículas advindas da camada de revestimento oriundas do movimento de máquinas e
caminhões sobre a estrada podem, além de diminuir a visibilidade a níveis perigosos,
danificar os motores.
Na estação da seca, a irrigação ajuda a manter a compactação e resistência do leito
superficial da estrada, bem como auxilia na redução da corrugação da superfície da estrada,
fenômeno este causado pelo clima seco. (Tannant e Regensburg, 2001).
Muitas minas dependem de aspersores de água para supressão da poeira, já algumas
utilizam a aspersão de cloreto de cálcio ou óleo na superfície da estrada (Tabela 2.7).
Monenco apud Tannant e Regensburg (2001) confirmam a utilização dessas técnicas de
manutenção de estradas, porém menciona para o controle da poeira, a utilização de água
salina, potássio e aditivos químicos como o sulfato de cálcio.
Tabela 2.7 - Métodos usados para supressão da poeira
Aspersão de água
Porcentagem
11
100
Aspersão de óleo
1
9
Cloreto de cálcio
3
27
Regensburg (2001)
21
Monenco (1986), citado por Tannant e Regensburg (2001), realizou testes de campo
durante dois meses no verão de 1986 sobre trechos da estrada da mina Highvale (Canadá),
para avaliar a efetividade da mitigação de pó.
O local consistia de seis trechos de 300 m de extensão por 25 m de largura, divididos em
duas seções de controle não tratadas e quatro tratadas (com aditivos): asfalto emulsificado,
cloreto de cálcio, sulfonato de cálcio e um surfactante.
Os produtos químicos foram utilizados de acordo com procedimentos recomendados pela
literatura especializada. Nas seções de testes de água, a água foi aplicada através de
aspersores ligados à mina e a caminhões-pipa. As características dos produtos químicos
usados foram as seguintes:
Asfalto emulsificado: contém um agente emulsificante, água e asfalto e cura por
evaporação da água da mistura. Um produto chamado emulsão asfáltica DL-10 foi
usado nesta aplicação. DL-10 é designado para a via permanecer flexível depois de
curar, permitindo manter o controle da efetividade sem perda de pó.
Cloreto de Cálcio: é um composto higroscópico que extrai umidade da atmosfera e
umedece a superfície da estrada. O produto usado neste programa foi uma salmoura
natural com um teor mínimo de cloreto de cálcio de 26%.
Lignosulfonato de Cálcio: é um produto orgânico derivado de processo da polpa da
madeira e pode ser usado para agregar fisicamente as partículas do solo.
Surfactante: substância capaz de reduzir a tensão superficial do líquido
transportado, permitindo uma avaliação da umidade das partículas por unidade de
volume. A empresa de mineração Alchem Inc. utilizou um surfactante chamado
Alchem 8808 nessa aplicação.
Os procedimentos usados para aplicar as várias soluções acima são a seguir sumariados:
22
Emulsão asfáltica DL-10 (uma aplicação)
A superfície da estrada foi escarificada até a profundidade de 50 mm;
O material escarificado foi estocado em pilhas sobre trechos marginais da estrada;
Cerca de metade da emulsão foi aplicada;
As pilhas foram gradadas sobre a superfície da estrada, sendo então aplicada a outra
metade.
Cloreto de cálcio (duas aplicações separadas por 10 dias)
Primeira aplicação:
Os 13 a 25 mm mais superiores da estrada foram gradeados e estocados em pilhas;
Metade da solução de cloreto de cálcio foi aplicada;
As pilhas foram espalhadas sobre a superfície da estrada e aplicado o restante da
solução.
Segunda aplicação:
A superfície da estrada foi escarificada até 150 mm e o material foi estocado em 5
pilhas espalhadas ao longo da estrada;
Aproximadamente metade da solução foi aplicada entre as pilhas;
As pilhas foram espalhadas e o restante da solução aplicada.
Lignosulfonato de cálcio - (uma aplicação)
O lignosulfonato de cálcio foi aplicado pela mesma metodologia acima citada para o cloreto
de cálcio. O material foi aplicado a uma razão de 1,5 litros de lignosulfonato concentrado
por metro quadrado. O concentrado foi diluído na água na proporção 1:1 e foi aplicado a
uma razão de 3,0 l/m2.
23
Surfactante - (nove aplicações com intervalos entre 2 e 4 dias):
A aplicação do surfactante não requer qualquer preparação da estrada. O material é
introduzido manualmente através de baldes de 22 litros em um caminhão tanque preenchido
com água. As primeiras cinco aplicações usam uma concentração de 2% do produto
enquanto as aplicações subsequentes usam uma concentração de 1%.
O asfalto emulsificado, o cloreto de cálcio e o lignosulfonato de cálcio foram aplicados
usando caminhões tanque e espalhados através de aspersores. Caminhões pipa usados para
controle do pó e poeira foram usados para a aplicação dessas soluções. A quantidade dos
diferentes produtos aplicados durante cada aplicação e o custo aproximado por quilômetro
são sumarizados na Tabela 2.8.
Tabela 2.8 - Razão de aplicação e custos para controle da poeira (Monenco, 1989).
Produto
Emulsão asfáltica
Cloreto de cálcio
Lignosulfonato de cálcio
Surfactante
Água
Custo Unitário
(US$)/litro
0,26
0,11
0,30
2,95
-
Razão de aplicação
(l/m²)
1,8
2,2
1,5
0,009
-
Custo por km
(US$)
11.700
5.000
11.300
650
35
Regensburg (2001)
2.2.8
Materiais para Construção das Estradas
2.2.8.1
Revestimento
Segundo Tannant e Regensburg (2001), o projeto da camada superficial é ligeiramente
diferente das demais camadas, pois, além de obter todos os requisitos das outras camadas,
terá que levar em consideração as necessidades operacionais tais como, controle de poeira,
suavização do trajeto, tração e resistência do rolamento.
24
O trabalho realizado por Kaufman e Ault (1977), após visitar cerca de 300 minas nos EUA,
trazem os seguintes comentários relacionados aos materiais utilizados na superfície de
estradas de mina: em muitas minas, especialmente de carvão e pedreiras, poucas
considerações foram feitas sobre a construção de uma superfície de estrada adequada. De
fato, o desenvolvimento de vias de transporte é frequentemente feito por uma simples
limpeza do terreno existente. Enquanto esta prática é indubitavelmente a mais econômica
na construção de estrada em termos de custo inicial, o benefício raramente tem vida longa.
As falhas de uma superfície de estrada resultam em aumento da solicitação do veículo e
custos de manutenção, e retardam severamente a habilidade do mesmo percorrer o caminho
com segurança. Essas dificuldades são usualmente maiores em superfícies de terra ou
rochas acamadadas. Uma maior manutenção do veículo é requerida sobre superfícies
rochosas por causa do excessivo desgaste do pneu. Por ser virtualmente impossível
construir uma superfície rochosa livre de bordas dentadas, o desgaste contínuo acaba
cortando os pneus dos veículos que por aí passam.
As estradas de terra, mesmo que profundamente compactada e estabilizada, podem causar
dificuldades na manutenção tanto da estrada como dos veículos. Os problemas de poeiras
são frequentes nas estações secas e, se não forem controlados podem contaminar os
componentes de filtração de ar, freios e outras partes móveis, exigindo frequentes
substituições desses itens. Todavia, a poeira representa um maior perigo para a segurança
do operador do veículo, quando se torna tão densa que a visibilidade é consideravelmente
reduzida.
A eliminação do problema da poeira requer contínua molhagem adequada da superfície, o
que representa, ainda, outro expediente de manutenção. Quando submetida a elevado
umedecimento, estradas de terra não estabilizadas tornam-se extremamente escorregadias e
severamente desgastadas por erosão, pelo que, a manutenção deve ser aumentada para
evitar barrancos de erosão. A água também lubrifica as margens de fragmentos rochosos,
facilitando a sua penetração nos pneus.
25
As rochas detonadas e terra inconsolidada devem ser evitadas nas superfícies de estradas
referentes aos projetos mais seguros. Os principais materiais de construção para
desenvolver uma superfície de estrada que garantirá uma maior segurança e eficiência
operacional são rocha britada ou cascalho, concreto asfáltico, terra relocada e estabilizada.
As vantagens e desvantagens de cada material são discutidas nos parágrafos seguintes e
sumariadas na Tabela 2.9.
Tabela 2.9 - Vantagens e desvantagens dos vários materiais usados na superfície de
estradas de mina
Material
Vantagens
Desvantagens
Cascalho
Relativamente macio, superfície
Manutenção frequentemente
compactado e
estável.
requerida.
rocha britada
Custo de construção relativamente Fonte do material pode
baixo.
requerer britagem.
Baixa deformação sob a carga.
Problemas de poeira em clima
Baixa resistência de rolamento.
seco.
Erodível e sujeito a inundação.
Concreto asfáltico Alto coeficiente de adesão
Problemas mínimos de poeira
Superfície macia e estável
Baixa resistência de rolamento
Baixo custo de manutenção
Alto desempenho de velocidade
Baixa deformação sob cargas
Concreto rolado
Alto coeficiente de adesão
Muito baixa resistência de
rolamento
Problemas mínimos de poeira
Superfície macia e estável
Muito baixo custo de manutenção
Altas velocidades de veículos
Muito baixa deformação sob
cargas
Terra estabilizada Pode diminuir a espessura da subbase
Fraca estabilização da sub-base
Facilmente congelado em
clima frio.
Necessita de base com CBR >
80.
Alto custo de construção
Construção especializada
Impraticável para veículos
tracionados
Facilmente congelado em
clima frio
Necessita de base com CBR >
80
Alto custo de construção
Construção especializada
Impraticável para veículos
tracionados
Não conveniente como camada
superficial
Regensburg (2001)
26
No Brasil as minas não usam o concreto asfáltico, rolado e a terra estabilizada, dando
preferência para materiais encontrados em abundância nos próprios locais, como o
cascalho.
2.2.8.2
Materiais para Base e Sub-Base
As camadas base e sub-base foram construídas, geralmente, com materiais encontrados em
abundância no local de construção da estrada, sendo a base comumente construída com
cascalho da cava, e a sub-base com areia. Para adquirir a granulometria adequada, os
materiais passam por um processo de estabilização granulométrica, haja vista que a
utilização de materiais com granulometria especificada proporciona maior resistência à
camada. Segundo Tannant e Regensburg (2001), a capacidade de um leito para suportar
veículos ou outras cargas é chamada de Capacidade de Suporte.
Para a determinação desta capacidade, é necessário um procedimento detalhado, cujo
responsável é o engenheiro geotécnico. Este índice é utilizado como ferramenta adicional
na especificação das espessuras das camadas. Na Tabela 2.10, seguem os diferentes
materiais que compõem o leito com suas respectivas capacidades de suporte:
Tabela 2.10 Capacidade de suporte de materiais
27
Para a seleção de materiais também é usado o módulo de Young, o ensaio Proctor e
o Teor de Umidade Ótima. Tannant e Regensburg (2001) afirmam que estes
métodos são essenciais na determinação da espessura das camadas e suas
densidades.
A Tabela 2.11, apresenta os dados do Módulo de Young, do teste Proctor e o Teor de
Umidade Ótima para materiais utilizados na composição das camadas.
Tabela 2.11 - Propriedades de alguns materiais para construção de estradas
Materiais
Silte
Módulo de
Young - Mpa
40
Densidade Proctor
Normal-kN/m³
18
Teor de Umidade
Ótima - %
14
Siltito Britado
40
18
12
Areia
80
16-17
10-13
330
20-22
6-9
Cascalho Natural
Fonte: Manual de Planejamento e Construção de Estradas para minas- Tannant e
Regensburg (2001)
2.2.9
Compactação das Camadas
A compactação das camadas que constituem uma estrada é essencial para a concretização
de uma camada rígida e resistente. Se esta etapa não é observada ou executada em
desacordo com as especificações e normas, futuros defeitos podem ocorrer decorrentes da
ausência de compactação ou compactação deficiente sofrida pelas camadas.
Kaufmam e Ault apud Tannant e Regensburg (2001), afirmam que, “independentemente do
material usado, a sub-base, a base e o revestimento devem ser compactados em camadas
não excedendo 0,2 m de espessura”.
28
2.3
METODOLOGIA DOS TRABALHOS
Para dar embasamento ao presente trabalho, foram estudadas as minas de Conceição e
Fábrica Nova, ambas pertencentes à Vale. Tais minas foram selecionadas não só pela sua
expressiva produção para a empresa, mas principalmente por possuírem métodos
construtivos distintos entre elas.
A metodologia adotada compreendeu as etapas de coleta de dados e sua análise,
culminando na proposição de tecnologias construtivas e sugestões para elaboração de
planos de melhores práticas a serem adotadas no sistema viário das demais minas de ferro
da Vale. Essas etapas envolveram as seguintes atividades:
- coleta de dados
- análise dos dados
- conclusões e recomendações
2.3.1
Coleta de Dados
Os dados necessários a uma análise dos problemas construtivos de vias de acessos das duas
minas citadas foram obtidos através da revisão bibliográfica, visitas técnicas e entrevistas
com profissionais da área (funcionários da Vale).
Os dados tiveram como objetivo diagnosticar cada mina levando-se em consideração os
seguintes aspectos: localização, histórico, arranjo da mina, metodologia de lavra,
especificações geométricas, caracterização dos equipamentos de infraestrutura e transporte,
metodologia de construção e experiências anteriores, manutenção e meio ambiente.
E, finalmente, foram observados os aspectos construtivos corretamente empregados, e não
observados.
29
2.3.1.1
Revisão Bibliográfica
A revisão bibliográfica teve como finalidade fundamentar os dados técnicos necessários
para consubstanciar a dissertação e foi baseada em: projetos técnicos, livros, trabalhos
técnicos, monografias, dissertações de mestrado e tese de doutoramento. Nas referências
bibliográficas constam os principais trabalhos consultados.
2.3.1.2
Visitas Técnicas
Etapa de extrema importância no desenvolvimento da dissertação, envolvendo visitas às
minerações foco do presente trabalho, ou seja, às minas de Conceição e Fábrica Nova.
Essas visitas foram sempre acompanhadas de um responsável técnico da mina visitada, que
forneceu importantes informações sobre os fatos ocorridos durante o desenvolvimento das
operações de lavra e sobre os eventos que se seguiram durante a construção das vias de
acesso. Foram trocadas opiniões sobre alternativas que eventualmente poderiam ter sido
praticadas no sentido de maximizar o projeto e a construção de estradas de acesso a essas
minas.
2.3.1.3
Entrevistas com profissionais ligados à atividade mineral
Foram realizadas entrevistas com os profissionais envolvidos no desenvolvimento dos
projetos técnicos com a finalidade de enriquecer ainda mais o presente trabalho. Nessas
entrevistas buscou-se perscrutar sobre problemas surgidos na construção e as formas de
contorná-los dentro das normas de segurança e evitando aumentar circunstancialmente os
custos da obra.
2.3.2
Análise dos Dados e Informações
Nessa fase, os dados e informações coletados passaram por uma sistematização e uma
avaliação quanto ao grau de prioridade, de significância e de relevância.
30
Nesse estágio da pesquisa, foi fundamental a participação do orientador e a troca de ideias
com profissionais que atuam nas áreas, a fim de evitar que o tratamento desses dados
fugisse das normas conceituais e dos objetivos do presente trabalho.
2.3.3
Conclusões e Recomendações
Os estudos foram concluídos com uma caracterização dos problemas construtivos das vias
de cada mina e uma discussão sobre tecnologias construtivas do sistema viário. Finalmente,
foram recomendadas diretrizes para melhores práticas a serem aplicadas nas minas.
31
CAPÍTULO 3 - MANUAL DE ELABORAÇÃO DE UM SISTEMA
VIÁRIO DE MINAS
As vias de acesso às minas fazem parte do processo de abertura de uma mina, sendo
desenvolvidas e planejadas de acordo com a experiência dos profissionais que atuam na
atividade de lavra. Este procedimento envolve gastos significativos relacionados ao
transporte de estéreis e de minério.
Para a projeção e construção de uma estrada eficiente e de qualidade são necessários os
projetos geométrico, de drenagem, estrutural e manutenção. O projeto geométrico refere-se
ao alinhamento e “design” das vias, o de drenagem à captação e destinação de água, o
estrutural à composição e estrutura das camadas e o de manutenção à conservação da
estrada.
3.1
PROJETOS GEOMÉTRICOS
Referem-se, entre outros fatores, ao layout e alinhamento da estrada. Segundo Visser
(2008), e conforme mencionado no capítulo 1, “os elementos geométricos de um projeto
devem estar de acordo com questões concernentes à segurança e estes, se bem projetados,
geram benefícios relacionados a custo, desempenho e manutenção da estrada. Entre estes
elementos, incluem-se a distância de visibilidade e frenagem, superelevação, largura, raio
de curvatura, leiras de segurança, greide e abaulamento.”
3.1.1
Distância de Visibilidade de Parada (Dp) e de Frenagem (Df)
A distância de visibilidade é a distância necessária para que o condutor possa parar o
veículo com segurança desde o momento em que um obstáculo foi visto. Ela leva em
consideração o tempo de reação do condutor e o tempo de frenagem do veículo.
32
Alguns valores mínimos devem ser respeitados para a distância de visibilidade de parada,
entre os quais se destaca a distância de visibilidade de frenagem (Df), esquematizada na
Figura 3.1, e que inclui duas parcelas:
D1 = distância percorrida pelo veículo no intervalo de tempo entre o instante em que o
motorista percebe o obstáculo até o instante em que inicia a frenagem, denominado tempo
de percepção e reação (Oliveira Filho et alli 2009).
D2 = Df = distância percorrida pelo veículo durante a frenagem.
Figura 3.1 - Distância de Visibilidade de Parada. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009)
A partir do momento que o condutor percebe o obstáculo, este leva certo tempo para definilo. Vários fatores podem atuar influenciando este tempo, dentre os quais se destacam o
reflexo e a atenção do condutor. Considera-se, baseado em várias experiências da
AASHTO, o valor de 2,5 s para o tempo de percepção mais o tempo de reação (parcela D1).
O cálculo de Df de acordo com a fórmula 3.1 fica:
Df = 0,7.v + 0,0039 (v²/f)
(3.1)
Onde:
Df = distância de frenagem (m)
v = velocidade do veículo (km/h)
f = coeficiente de atrito longitudinal (adimensional)
33
A Tabela 3.1 apresenta alguns valores de distância de frenagem, considerando a velocidade
do projeto igual à maior velocidade padrão que um veículo possa desenvolver com
segurança, o tempo de reação constante, e o coeficiente de atrito pneu x pavimento (f)
inversamente proporcional ao crescimento da velocidade.
Tabela 3.1 – Distância de frenagem
Fonte: Oliveira Filho et alli (2009)
3.1.2
Distância de Visibilidade
É definida como a área de visibilidade do condutor ao operar o veículo, sendo proporcional
à velocidade do veículo, ou seja, quanto maior a distância de visibilidade, maior poderá ser
a velocidade do caminhão. Segundo as normas, ao menos 150 metros são necessários para a
distância de visibilidade, considerando que esta é sempre maior que a distância de
frenagem. A Figura 3.2 apresenta situações seguras e inseguras.
34
Figura 3.2 - Situações seguras (distância de visibilidade suficiente – 2 e 4) e
inseguras (distância de visibilidade insuficiente – 1 e 3). Fonte: Visser (2008)
.
Em geral a distância de visibilidade deve atender às seguintes finalidades:
a) Fornecimento de dados para marcação de banquetas de visibilidade dos cortes em curva,
conforme mostrado na Figura 3.3.
Figura 3.3 - Visibilidade nas curvas horizontais. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009)
35
b) Fornecimento de dados para o cálculo do comprimento da curva de concordância vertical
convexa das rodovias, como mostrado na Figura 3.4.
Figura 3.4 - Visibilidade nas curvas verticais. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009)
E1= distância possível de visibilidade
E2= distância do condutor ao obstáculo
c) Fornecimento de dados para sinalização das rodovias.
3.1.3
Largura da Pista de Rolamento
A pista de rolamento de uma estrada deve ter espaço suficiente para permitir tráfego com
segurança, além da instalação dos equipamentos auxiliares, como os elementos de
drenagem. Segundo a Norma Regulamentadora NR-22, a largura mínima das vias de acesso
mineira deve ser duas vezes maior que a largura do maior veículo em pistas simples, e três
vezes maior em pistas duplas.
Ela também determina que em situações anormais, onde não é possível o cumprimento
desta norma, procedimentos adicionais, como sinalização de segurança e limite de
velocidade, devem ser adotados.
36
Em estradas com fluxo intenso de veículos, a largura da pista de rolamento é quatro vezes a
largura do maior veículo. A Figura 3.5 demonstra a largura de uma pista de rolamento para
um caminhão de mina modelo CAT 777 RDT.
Figura 3.5 – Largura de uma pista de rolamento. Fonte: Visser (2008)
3.1.4
Superelevação
É a inclinação transversal das pistas nas curvas, feitas com o objetivo de permitir o tráfego
com segurança nas curvas e de criar uma componente de peso do veículo na direção do
sentido da curva, que somada à força de atrito, produzirá a força centrípeta. Esta inclinação
deve ser no máximo 5%, pois superelevações altas podem provocar o deslizamento do
caminhão.
37
A Figura 3.6 apresenta um esquema de superelevação.
Figura 3.6 - Esquema de superelevação. Fonte: Manual DNIT (2006)
CS = Curva superior; SC = Seção circular; TS = Seção transversal
Para a determinação da superelevação, são considerados o raio da curva e a velocidade
do veículo. A Tabela 3.2 apresenta a relação velocidade-superelevação.
Tabela 3.2 – Superelevação de acordo com raio de curvatura e velocidade
Fonte: Oliveira Filho et alli 2009
38
3.1.5
Raio de Curvatura
O cálculo do raio de curvatura mínimo pode ser feito pela fórmula 3.2 a seguir
R
v02
132(e f min )
(3.2)
Onde:
v² 0 = velocidade do veículo (km/h)
e = superelevação aplicada (m/m de largura de estrada)
f min =
coeficiente de atrito entre os pneus e a superfície da estrada, normalmente
considerado 0,3 (adimensional)
Para a projeção de curvas deve ser considerado o maior raio possível, pois esta condição
proporciona maior velocidade e segurança. Segundo Visser (2008), mudanças no raio de
curvatura devem ser evitadas, pois estas criam situações de risco.
Para proporcionar segurança em curvas com superelevação, um raio de 250 m é suficiente e
em curvas sem superelevação, um raio de 400 m é o mais indicado. A Figura 3.7 abaixo
apresenta a relação raio de curvatura x velocidade.
Figura 3.7 - Raio de curvatura x velocidade. Fonte: Visser (2008)
39
3.1.6
Abaulamento da Estrada
Elemento geométrico necessário para assegurar que a drenagem da estrada seja eficiente.
Consiste no decaimento da pista a partir de uma borda a outra, ou de um decaimento do
centro da pista para as laterais, como apresentado na Figura 3.8.
Figura 3.8 - Inclinação da via para direcionamento de drenagem (Visser, 2008).
Esta inclinação da pista deve ser de aproximadamente 2%, mas em estradas com superfície
irregular, este valor deve ser maior.
3.1.7
Greide
Consiste na inclinação vertical da pista, devendo ser o mais constante possível, pois greides
irregulares provocam redução da velocidade e sobrecarregamento do sistema de
transmissão do veículo. Deve ser projetado com base no levantamento topográfico do local
e na análise das características do caminhão e da via. A Figura 3.9 representa com a linha
verde uma boa aplicação do greide, e com a vermelha, uma aplicação insatisfatória.
40
Figura 3.9 - Greide de uma estrada com a linha verde indicando uma boa aplicação
do greide, e com a vermelha, uma aplicação insatisfatória (Mod. Visser, 2008).
3.1.8
Leiras de Segurança
São elementos de segurança que têm a função de evitar que os veículos que operam na
estrada saiam da pista. São localizadas nas margens das estradas, e segundo a NR-22, as
leiras devem ter altura correspondente à metade do diâmetro da roda do maior caminhão
que trafegue pela estrada. A Figura 4.10 mostra uma foto dessas leiras.
Figura 3.10 - Leiras de Segurança. Fonte: Visser (2008)
41
Leiras centrais são recomendadas para evitar que caminhões desgovernados atinjam a pista
contrária, conforme esquematizado na Figura 3.11. Como elas são localizadas no eixo
central da estrada, os caimentos para escoamento da drenagem, nesse caso, devem ser do
centro para as bordas. O comprimento da leira deve ser de 50 metros, no mínimo, sujeito a
espaçamentos, quando necessário (Oliveira Filho et alli 2009).
Figura 3.11 - Leiras de Segurança: Central e Lateral. Fonte: Visser, 2008
3.1.9
Transição para Superelevação
Consiste no trecho da estrada em que ocorre a transição da seção normal da estrada para a
superelevação. Esta mudança deve ser gradual para possibilitar a operação segura de
veículos na curva e evitar problemas devido a esforços sofridos pela estrutura do caminhão.
A Figura 3.12 apresenta a transição para superelevação (run-out) em pistas com curvatura
do centro da pista para as laterais (1) e decaimento (2), e outra situação com decaimentos
para lados diferentes.
42
Figura 3.12 - Transição para superelevação. Fonte: Visser, 2008
3.1.10
Intercessões entre Elementos Geométricos
Consiste nos trechos onde as inclinações da estrada, abaulamento, e transição para
superelevação se encontram. Essas transições devem ser projetadas considerando a
segurança dos usuários e o sistema de drenagem, que deve ser eficiente, proporcionando a
captação e condução das águas captadas.
A Figura 3.13 apresenta trechos onde diferentes abaulamentos e superelevações se
encontram.
43
Figura 3.13 - Inclinações transversais em intercessões. Fonte: Visser, 2008
3.2
PROJETO ESTRUTURAL
Normalmente são quatro as camadas de composição de um pavimento de acesso de mina
bem construído (Figura 3.14):
revestimento
base
sub-base
subleito (regularização de subleito/ reforço do subleito)
A camada de revestimento de uma estrada tem a função de resistir aos esforços horizontais
e transmitir a carga dos veículos para as camadas inferiores, além de evitar a infiltração da
água pela superfície. Esta camada tem caráter funcional e deve proporcionar:
Condições adequadas de tráfego, mesmo em situações adversas;
Resistência aos desgastes causados pelo tráfego;
Diminuição de poeira excessiva no período seco;
Baixo custo de construção;
Baixa necessidade de manutenção.
44
Figura 3.14 - Seção transversal da estrutura da estrada. Fonte: Visser, 2008
A Figura 3.15 detalha um exemplo das dimensões dessas camadas.
Figura 3.15 - Desenho esquemático da estrutura de uma estrada.
Fonte: Tannant & Regensburg, 2001.
45
A camada base com capacidade de suporte maior do que a sub-base tem função de
distribuir as cargas absorvidas pela camada superficial de forma tal que estas não causem
deformações nas camadas inferiores.
A base também deve proteger a sub-base de mudanças de volume, expansão ou
desagregação, devendo ser estável, pois a projeção de uma estrada sobre uma camada com
capacidade de suporte inadequada, promove a rápida deterioração da via.
A sub-base é a camada existente entre o subleito e a base, tendo sua existência ligada às
condições do solo sobre o qual a estrada será construída, ou seja, sua construção só é
necessária em solos com resistência e propriedades inadequadas. Esta camada tem a função
de proteger o subleito, promover drenagem adequada e distribuir as cargas ao subleito.
O subleito é a camada de fundação das vias, devendo suportar os carregamentos recebidos
por estas. Pode ser constituída de material do próprio terreno (material in situ) ou por rocha
ou solo compactados.
3.2.1
Estrutura do Pavimento do Subleito à Base
A estrutura de um pavimento é geralmente constituída, como já referido no capítulo 1, de
quatro camadas: revestimento, base, sub-base e subleito. Para a construção destes, são
necessárias especificações que ditem e normalizem as técnicas construtivas a serem
utilizadas. Portanto, há inúmeros métodos que determinam as características da fundação da
via, do subleito, e das outras camadas constituintes da estrada, um dos quais será abordado
neste trabalho.
3.2.1.1 Subleito
O subleito é a fundação do pavimento. É sobre ele que a estrada é construída porém,
geralmente, passa por um serviço de terraplenagem que lhe proporcionará características
geométricas definitivas.
46
Em uma possível situação onde a terraplenagem por si só não disponibilize uma superfície
de trabalho adequada para a construção da camada superior, é necessário proceder à
regularização do subleito, que é feita a partir de uma “camada de espessura irregular,
construída sobre o subleito, e destinada a conformá-lo, transversal e longitudinalmente,
com o projeto.” (Senço, 1997).
A regularização do subleito é o conjunto de operações que visa conformar a camada final
de terraplenagem, mediante cortes e/ou aterros de até 0,20 m, conferindo-lhe condições
adequadas em termos geométricos e de compactação. A regularização do subleito deve ser
empregada como camada final de suporte às demais camadas constituintes do pavimento.
A Figura 3.16 mostra algumas imagens de regularização de um subleito.
Figura 3.16 - Regularização do Subleito. Fonte: Ferreira (2006).
47
O material utilizado para a regularização do subleito é proveniente dos taludes de corte, se o
material que o compõe não for de qualidade inferior ao do subleito. Já com relação à
geometria, o subleito regularizado deve ter as características exigidas pela geometria da
estrada, ou seja, deve proporcionar os elementos geométricos especificados pelo projeto.
A compactação da camada de regularização do subleito deve ser feita de forma abrangente
por rolos compactadores, observando que nos locais onde não é possível realizar a
compactação por meios destes, é necessário o uso de soquetes ou vibradores manuais.
A compactação deve ser executada da margem da estrada para o centro nas retas, e da
margem interna para a externa nas curvas.
Para a execução do subleito, primeiramente toda a vegetação e material orgânico devem ser
removidos do leito da rodovia. Assim, após a execução dos cortes e aterros necessários para
proporcionar a geometria da estrada, procede-se à escarificação em uma profundidade de 20
cm, seguida de pulverização, umedecimento ou secagem, compactação e acabamento.
3.2.1.2
Reforço do Subleito
É uma camada construída sobre a camada de regularização do subleito. É composto de
material com características mais nobres que o material constituinte da regularização, com a
função de “resistir e distribuir esforços verticais, não tendo as características de absorver
definitivamente esses esforços, o que é característica específica do subleito.” (Senço, 1997).
Segundo Ferreira (2007), o material que constitui esta camada é selecionado de forma a
contribuir na assimilação e distribuição das cargas ao subleito. No entanto, esta camada só é
necessária quando o material que compuser o subleito não tiver resistência e características
requeridas, sendo esta executada em detrimento da construção da sub-base. A Figura 3.17
mostra fotos de um reforço do subleito.
48
Figura 3.17 - Reforço do Subleito.
3.2.1.3
Fonte: Ferreira (2006)
Base e Sub-base
As camadas de base e sub-base podem ser classificadas em rígidas ou semi-rígidas e
flexíveis. A camada rígida é caracteristicamente composta de concreto de cimento,
possuindo uma acentuada resistência à tração, todavia, por não ser muito viável no que diz
respeito à sua aplicação em estradas de mina, fala-se apenas da classificação semi- rígida.
As bases e sub-bases flexíveis e semi-rígidas podem ser classificadas nos seguintes tipos:
Fonte: Manual de Pavimentação do DNIT. 3° Edição. Rio de Janeiro, 2006.
49
Analogamente, a sub-base é a camada que antecede a base. Em alguns casos a sub-base
poderá ser dispensada, aplicando-se diretamente a base sobre o subleito ou sobre reforço do
subleito.
Segundo levantamentos feitos por Dwayne (2001) nas estradas de mina a sub-base
geralmente é constituída de areia, adotando uma espessura de acordo com a capacidade de
carga do caminhão utilizado na mina.
a) Bases e Sub-bases Granulares
ESTABILIZAÇÃO GRANULOMÉTRICA
Consiste na utilização de solos naturais, rochas alteradas, naturais ou misturadas, solos
artificiais e rochas alteradas ou, ainda, de qualquer combinação desses materiais que
ofereçam, após o umedecimento e a compactação, boas condições de estabilidade.
Dentre os materiais componentes, encontra-se também o pedregulho ou a pedra britada. No
caso do pedregulho, o material é encontrado geralmente em pedregulheiras (pedregulho de
cava) misturado com o solo em leitos de antigos rios.
No caso da pedra britada, esta é adicionada a um solo utilizando equipamentos como
motoniveladoras ou enxadas rotativas ou em usinas onde a mistura pode ser devidamente
umedecida e controlada. Com a adição de pedra britada, o solo estabilizado recebe o nome
de solo-brita (Senço, 2001).
Segundo o Manual de Pavimentação do DNIT (2006) essas camadas puramente granulares
são sempre flexíveis e são estabilizadas granulometricamente pela compactação de um
material ou de mistura de materiais que apresentem uma granulometria apropriada e índices
geotécnicos fixados em especificações.
50
Essa camada é classificada em:
Base ou Sub-base de Solo-brita: conforme mencionado ou com utilização de uma
mistura de solo natural com pedra britada;
Base ou Sub-base de Brita Graduada e Brita Corrida: refere-se ao tipo de base ou
sub-base resultante da mistura em usina de agregados antecipadamente dosados,
com material de enchimento e água. Este tipo de camada foi introduzido
primeiramente no estado de São Paulo no final na década de 60, obtendo grande
aceitação dos engenheiros rodoviários devido a sua facilidade de execução
associadas à obtenção de um produto acabado bastante uniforme.
MACADAMES HIDRÁULICOS
De acordo com Senço (2001), o macadame hidráulico pode ser definido como uma camada
de pedra britada, de fragmentos entrosados entre si e material de enchimento, aglutinados
pela água que apresenta, após uma compactação adequada e recoberta por uma capa de
rolamento, boas condições de durabilidade e trafegabilidade.
A utilização da água como meio de condução do material de enchimento para preencherem
os vazios da pedra britada, promovendo uma precária aglutinação, é que faz com que esse
tipo de camada receba o nome de hidráulico. O material de enchimento que origina o
entrosamento do agregado é composto por partículas menores, que também possuam
entrosamento, e de elementos mais finos. Podem ser finos de britagem (pó de pedra), areia,
saibro ou até mesmo por solos de granulometria e plasticidade apropriada.
Segundo Senço (2001), o poder ligante que a água promove entre as partículas graúdas do
macadame tem pouca importância, tratando-se de um fator secundário. O fundamental para
se obter um bom macadame é que os elementos resistentes (agregados graúdos) formem
uma estrutura bem travada e o mais indeformável possível. As Tabelas 3.3 e 3.4 trazem as
granulometrias especificadas para o agregado graúdo e para o material de enchimento.
51
Tabela 3.3. Granulometrias especificadas do agregado graúdo para macadame
hidráulico
Peneira (“)
4”
3 ¹/2 “
3
2 ¹/2 “
2
1 ¹/2 “
1
³/4”
A
100
90-100
25-60
0-15
0-5
Porcentagem que passa
B
100
90-100
35-70
0-15
0-5
C
100
90-100
35-70
0-15
0-5
Fonte: SENÇO, Wastermiler – Manual de Técnicas de Pavimentação, volume 2. Editora Pini 2001,
São
Paulo, SP.
Tabela 3.4.
Material de enchimento para macadame hidráulico
Porcentagem que passa
Peneira
³/4”
¹/2 ”
⅜”
n° 4
n° 100
1
100
85-100
10-30
2
100
85-100
10-30
Fonte: SENÇO, Wastermiler – Manual de Técnicas de Pavimentação, volume 2. Editora Pini 2001,
São Paulo, SP.
b)
Bases e Sub-bases Estabilizadas (com aditivos)
Quase todas as camadas possuem aspectos tecnológicos e construtivos similares às
granulares por estabilização granulométrica, diferenciando em alguns aspectos específicos.
SOLO- CIMENTO
Camada provinda da mistura precisamente compactada de solo, cimento Portland e água,
satisfazendo requisitos de densidade, durabilidade e resistência, o que resulta em uma
camada de aspecto duro, cimentado e com acentuada rigidez à flexão.
52
O tipo de solo utilizado e a quantidade de cimento utilizado são fatores que têm impacto
diretamente na eficiência do projeto final. A porcentagem de cimento geralmente utilizado
é de 6 a 10%. O solo escolhido deve ter:
no máximo 50% de silte + argila;
não ter porcentagens significativas de impurezas e matéria orgânica;
menos de 20% de argila.
A Tabela 3.5 expõe valores de tensão de compressão representativas dos vários tipos de
solo. Esses valores devem ser tomados apenas como referência e para resultados mais
específicos recomendam-se ensaios específicos em laboratório.
Tabela 3.5. Tensões típicas de compressão de misturas solo-cimento com “10% de
cimento”
Tensão de compressão
Material
Uso Recomendado
(psi)
(kgf/cm²)
Solos
<10
10-40
40-100
<0,70
0,70 - 2,8
2,8 - 7,0
<50
50-150
< 3,50
3,5 - 10,5
100250
7,0 - 17,5
Turfa, argila
Argila arenosa compactada
Misturas compactadas de
cascalho-areia-argila
Solo-cimento a partir de:
Argilas, solos orgânicos
Siltes, argilas siltosas, areias
pobremente graduadas, solos
levemente orgânicos
Argilas siltosas, argilas
arenosas e cascalho
250500
17,5 - 35,0
Areias
siltosas,
argilas
arenosas, areias e cascalhos
400
28,0
Argilas
arenosas
bem
graduadas, misturas argilaareia-cascalho
areias
e
cascalhos
Fonte: Wastermiller, Senço 2001.
53
Subleito
Não devem ser usados
Sub-base em fundações muito
pobres
Sub-bases em fundações pobres;
pista para bicicletas quando na
superfície
Bases de estradas secundárias
(climas temperados) como
superfície; bases para rodovias
principais
Base para rodovias secundárias
em climas mais severos (como
superfície); base para rodovias
intermediárias em climas
intermediários em climas
temperados; sub-base para
rodovias principais
SOLO MELHORADO COM CIMENTO
Mistura obtida da adição de pequenas quantidades de cimento, de 2% a 4%, com o intuito
principal de fazer uma modificação no solo referente à sua plasticidade e sensibilidade à
água, sem cimentação acentuada, sendo consideradas flexíveis.
SOLO - CAL
De acordo com o Manual de Pavimentação do DNIT (2006), é uma mistura de solo, cal e
água e, às vezes, cinza volante, uma pozolona artificial. A porcentagem de cal mais
frequente é de 5% a 6%, e o processo de estabilização ocorre:
por modificação do solo, referente à plasticidade e sensibilidade à água;
por carbonatação, sendo esta uma cimentação fraca;
por pozolanização, que se trata de uma cimentação forte.
Quando, pelo teor de cal utilizado, pela natureza do solo ou pelo uso da cinza volante,
predominam os dois últimos efeitos mencionados, têm-se as misturas solo-cal, consideradas
semi-rígidas.
SOLO-BETUME
Camada consistida basicamente de solo, água e material betuminoso. Refere-se a uma
mistura de característica flexível. Esse material betuminoso também pode ser agregado a
materiais granulosos, formando uma camada macadame betuminosa, com as mesmas
características do macadame hidráulico, mas com uma maior flexibilidade.
3.2.2
Caracterização em Laboratório dos Solos a Utilizar
Vários testes realizados em laboratórios são utilizados para a caracterização e classificação
dos solos. Para a sua realização é necessária a coleta representativa desses solos que
fornecerá as propriedades a serem analisadas no processo.
54
3.2.2.1
CBR (Califórnia Bearing Ratio)
O CBR ou ISC (Índice Suporte Califórnia) é um teste onde se avalia o comportamento de
um solo referente à sua resistência, seja para ser usado como camada de fundação ou não. O
teste CBR pode ser definido como “a relação percentual entre a pressão necessária para
fazer penetrar, de maneira padronizada, um pistão numa amostra de solo convenientemente
preparada e a pressão de fazer penetrar o mesmo pistão, à mesma profundidade, numa
amostra padrão de pedra britada ou material equivalente.” (Senço, 1997).
Este ensaio permite determinar, a partir da resistência, a espessura do pavimento em função
do volume de tráfego. Segundo o DNIT (2006), os procedimentos para a realização do teste
CBR, são:
Compacta-se o material da amostra em 5 camadas, de modo a proporcionar uma
altura total de 12,5 cm. Assim, aplicam-se os golpes por meio de um soquete com
peso aproximado de 4,5 kg, sendo que o número de golpes difere do material da
camada – 12 golpes para materiais do subleito, 26 ou 55 para materiais da sub-base
e base.
Após compactar o material, retira-se o excedente, colhendo-o como amostra para
determinar a umidade.
Incrementam-se os teores de umidade em outros corpos de prova, para determinar a
curva de compactação do material.
Colocam-se os corpos de prova em água durante 4 dias.
Com a utilização de uma prensa, penetra-se o material com velocidade de 0,05
pol/min.
A partir do resultado da penetração do corpo de prova, traça-se uma curva
denominada pressão-penetração, como mostrado na Figura 3.18.
55
Figura 3.18 - Curva Pressão Penetração.
Fonte: Manual Dnit
O Califórnia Bearing Ratio (CBR) é obtido através da seguinte fórmula:
3.2.2.2
Ensaio Proctor
Ensaio que determina o traçado das curvas umidade x massa específica aparente, sendo
considerado o ensaio original para a determinação da umidade ótima e da massa específica
aparente seca. Segundo Senço (1997), o ensaio é feito compactando-se o solo com certa
porcentagem de umidade, e na medida em que o ensaio é realizado a sua umidade é
aumentada.
A compactação é feita aplicando-se 25 golpes no material, com um soquete com peso 2,5
kg e altura de 30 cm. Este ensaio “é repetido para diferentes teores de umidade,
determinando para cada um deles, a massa aparente seca.” (DNIT, 2006).
56
3.2.2.3
Granulometria
O ensaio de granulometria proporciona dados referentes à constituição dos solos, seja para
fundação ou para constituição das camadas. Esse teste consiste em passar o material por
peneiras onde são analisadas as percentagens que passou e a que ficou retida, sendo
possível assim determinar a granulometria desse solo.
Para a realização destes ensaios, são usadas peneiras com aberturas de diferentes tamanhos,
ou seja, a realização do teste é na verdade feita a partir de um conjunto de peneiras.
A partir desse ensaio é possível fazer a classificação dos solos, o que pode ser feito de
inúmeras maneiras. A Figura 3.19 apresenta a classificação AASHTO, onde os solos são
divididos em grupos e subgrupos levando em consideração a granulometria e limites de
consistência.
Figura 3.19 – Classificação TRB para solos.
57
Fonte: Manual DNIT
3.2.2.4
Teor de Umidade
Ensaio que determina o teor de umidade de um solo, utilizando para isto, a secagem em
estufa do material em temperatura aproximada de 100ºC. O teor de umidade de um solo, é “
a relação entre a massa de água contida nos vazios deste solo e a massa de sólidos -massa
de solo seco” (Senço, 2007).
Para a determinação do teor de umidade, utilizam-se os seguintes procedimentos:
Determina-se a massa do sólido úmido;
Coloca-se a amostra na estufa. Ao ser retirado da estufa, o material é resfriado no
dessecador.
Determina-se o teor de umidade, obtido através da fórmula 3.3:
h (%) = (ma – ms)/100
Onde:
(3.3)
h = teor de umidade
ma = massa de solo úmido
ms = massa de solo seco
3.2.3
Utilização dos Solos Caracterizados em Função da Estrutura do Pavimento
A utilização do tipo correto do solo a ser empregado na estrada de mina é relacionada
diretamente com o tipo de solo presente no subleito da estrada, como também, com o tempo
de vida da estrada e o tipo de caminhão que irá trafegá-la. Além disso, deve-se ressaltar a
disponibilidade do material escolhido, diminuindo assim o custo com transporte desse
material. Mas para uma boa estrada de mina, além de ter-se um solo adequado, deve-se ter
uma boa compactação.
3.2.4
Dimensionamento do Pavimento
Para a determinação do projeto estrutural de uma estrada de mina, considera-se inicialmente
o peso máximo dos equipamentos de transportes que irão trafegá-la.
58
O carregamento máximo na camada de revestimento é aplicado pelos pneus traseiros.
Embora a pressão de contato entre a roda e a estrada dependa da pressão de inflação do
pneu e da rigidez das laterais do pneu, para fins práticos, a pressão de contato é avaliada
como igual à pressão do pneu.
Dimensionar um pavimento significa determinar as espessuras das camadas que o
constituem de forma que essas camadas (reforço do subleito, sub-base, base e revestimento)
resistam e transmitam ao subleito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimento
à ruptura ou a deformações e a desgastes excessivos.
As espessuras das camadas de sub-base, base e revestimento devem conter dimensão
suficiente para que as tensões refletidas no subleito não gerem deformação excessiva a essa
camada. Uma sub-base constituída por material muito inconsolidado requererá a colocação
de material adicional para garantir o estabelecimento de uma base estável.
A seguir serão apresentados 04 métodos de dimensionamento de pavimento, sendo eles:
CBR, Índice de Grupo e DNER. A escolha será em função dos dados disponíveis
3.2.4.1
Método CBR
Normalmente a técnica utilizada para a determinação da espessura das camadas está
baseada no uso de curvas denominadas Califórnia bearing ratio (CBR), ou Índice de
suporte Califórnia. O teste CBR é uma técnica empírica para determinar a capacidade
relativa de suporte dos materiais agregados que compõem as camadas.
Como já definido, considera a relação percentual entre a pressão necessária para se fazer
penetrar um pistão, de maneira padronizada, numa amostra de solo convenientemente
preparada e a pressão para se fazer penetrar o mesmo pistão, à mesma profundidade, numa
amostra padrão de brita ou equivalente, de CBR igual a 100%.
59
Para tanto, exige-se a pressão de 1.000 psi (6.895 kPa) para a penetração de 0,1” (2,54 mm)
ou a pressão de 1.500 psi (10.342 kPa) para uma penetração de 0,2” (5,08 mm). A Figura
3.20 mostra as curvas de projeto baseadas no uso dos valores de CBR. A espessura da subbase está impressa contra o CBR/tipo de solo para vários carregamentos de roda.
Figura 3.20 - Dimensionamento usando as curvas CBR. Fonte: Lima apud
Ferreira, 2007.
Normalmente a superfície de revestimento é composta por rocha britada bem graduada com
uma dimensão máxima inferior à usada para a base. Como a força exercida pelo tráfego é
diretamente aplicada à camada agregada de revestimento, a camada superior deve possuir
resistência suficiente para minimizar a capacidade de ruptura por carregamento dentro das
camadas.
60
O revestimento deve também possuir boa resistência para minimizar o atrito causado pelo
tráfego. A Tabela 3.6 apresenta as características ideais para a rocha britada ser usada como
material de revestimento.
Tabela 3.6 - Características ideais para rocha britada usada como material de
revestimento
Fonte: FERREIRA, 2007
Entende-se por graduação de partículas como a distribuição das frações de diversos
tamanhos no agregado. Um material bem graduado tem uma boa representação de todas as
frações, desde as maiores granulometrias até as menores. Esse fator é necessário, pois
favorecerá que as partículas se encaixem entre si, formando uma superfície densa e
compacta. O material mal graduado possui, por sua vez, partículas geralmente de mesmo
tamanho. Essa distribuição pode ser usada em casos particulares como no revestimento de
rampas ou saídas de emergência com o objetivo de criar uma resistência ao rolamento alta.
Para se usar as curvas CBR deve-se proceder a testes laboratoriais ou assumir valores dos
mesmos para as camadas de subleito, base e sub-base. A combinação mais econômica é a
selecionada. As curvas CBR indicam diretamente a espessura total necessária de camadas
sobrepostas à sub-base. A espessura total das camadas de sub-base e base é criada
acomodando-se camadas finas da correta mistura proporcionada. Deve ser feita
compactação entre camadas.
61
3.2.4.2
Espessuras das Camadas e Coeficientes de Equivalência Estrutural
Os valores dos coeficientes de equivalência estrutural dependem do tipo de material
construtivo utilizado no pavimento. Cada camada constituinte da estrutura de um
pavimento possui um coeficiente de equivalência estrutural, que determina a espessura que
a camada deve ter de material padrão (base granular), com a espessura equivalente do
material que realmente irá compor a camada (Oliveira Filho et alli 2009).
Analogamente, se um revestimento de concreto betuminoso tem coeficiente k = 2, significa
que 10 cm de revestimento de concreto betuminoso têm a mesma capacidade estrutural que
20 cm de base granular, que por se tratar do material padrão, possui coeficiente k = 1. A
Tabela 3.7 apresenta coeficientes de equivalência estrutural para diferentes materiais.
Tabela 3.7 - Coeficientes de equivalência estrutural
O cálculo dos coeficientes estruturais da sub-base e reforço do subleito é feito em função da
correlação entre o CBR das camadas citadas e o CBR do subleito, conforme a fórmula 3.4 a
seguir:
62
(3.4)
Sendo:
KRef = coeficiente de equivalência estrutural do reforço do subleito
KS
= coeficiente de equivalência estrutural da sub-base
CBR1 = CBR do reforço ou da sub-base
CBR2 = CBR do subleito
Toda vez que o CBR dos materiais da sub-base ou do reforço do subleito for igual ou
superior a três vezes o CBR do subleito, o coeficiente de equivalência estrutural da subbase granular ou do reforço do subleito deverá ser 1,0. A Tabela 3.8 apresenta diferentes
valores de coeficientes de equivalência estrutural.
Tabela 3.8 - Alguns valores de coeficiente de equivalência estrutural para subbase granular e reforço do subleito.
63
a) Número equivalente de operações do eixo padrão (N)
O número “N” é definido como a quantidade de solicitações que o pavimento sofre na sua
vida útil pelo eixo padrão de 8,2 kN. Este número é composto pelo volume de tráfego diário
e seu crescimento durante a vida útil, pelo Fator de Veículo e pelo Fator Climático,
conforme a fórmula 3.5 a seguir:
N = 365 x Vm x P x FV x FR
(3.5)
Sendo:
Vm =
P =
FV =
FR =
Volume médio diário de tráfego e os tipos de veículos
Período em anos da vida útil do pavimento
Fator de veículo
Fator climático
O Volume Médio Diário (Vm) é levantado, estatisticamente, levando em consideração a
quantidade de veículos e os tipos que trafegam na estrada por dia. No caso de veículos
rodoviários, os tipos de veículos são os indicados na Figura 3.21.
Figura 3.21 - Tipos de veículos. Fonte: Visser (2008)
64
O Fator de Veículo (FV) é o fator que transforma o tráfego real, que solicita o pavimento
durante o período de projeto, em um tráfego equivalente de eixos padrão, no mesmo
período. A Tabela 3.9 a seguir, exemplifica como esse fator varia de acordo com a
solicitação.
Tabela 3.9 - Fator de Veículo
Veículo
FV
2C
0,79
3C
10,09
2S2
10,79
2S3
9,73
3S3
19,03
Fonte: DNIT, 2006
Esse fator é importante para levar em consideração o aspecto destruidor do porte do
veículo. Algo parecido pode ser implementado para os caminhões fora de estrada (CFE).
O Fator Climático (FR) é o fator utilizado para considerar as variações de umidade às quais
os materiais constituintes do pavimento estão sujeitos durante as estações do ano, e que
influem diretamente na capacidade de suporte dos mesmos. Fatores climáticos regionais
sugeridos no Brasil, em função da altura média anual de chuva podem ser vistos na Tabela
3.10. Na prática, porém, acaba-se adotando FR =1.
Tabela 3.10 - Fator Climático no método DNIT
Precipitação média
Fator Climático
anual (mm)
Regional
Até 800
0,7
De 800 a 1500
1,4
Acima de 1500
1,8
Fonte: DNIT, 2006
As espessuras mínimas de revestimento para uma estrada são dadas em função do número
equivalente de operações do eixo padrão (N) e do tipo de material do revestimento e têm a
finalidade de proteger a camada de base das forças impostas pelo tráfego e preservar o
revestimento de uma possível ruptura.
65
A Tabela 3.11 apresenta essas espessuras para um revestimento betuminoso.
Tabela 3.11- Espessuras mínimas de revestimento betuminoso em função de N
Com o número de solicitações N, o CBR das camadas, e os coeficientes de equivalência
estrutural (k), forma-se um sistema de inequações para a obtenção das espessuras das
camadas mediante a análise do ábaco de dimensionamento (Figura 3.22).
Figura 3.22 - Espessura total do pavimento, em função de N e de IS ou CBR, em
termos de material com k = 1,00, isto é, em termos de base granular.
Fonte: DNIT (2006)
66
As espessuras das camadas de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito (hn) são
determinadas a partir das seguintes fórmulas (3.6):
(3.6)
Figura 3.23 - Dimensionamento usando o método CBR.
Obs.1: as espessuras máxima e mínima de compactação das camadas granulares são de
20 cm e 10 cm, respectivamente.
Obs.2: espessura construtiva mínima (base + sub-base) = 15 cm.
Onde:
KR = coeficiente de equivalência estrutural do revestimento
R
= espessura do revestimento
KB = coeficiente de equivalência estrutural da base
B
= espessura da base
H20 = espessura de pavimento sobre a sub-base
Ks
= coeficiente de equivalência estrutural da sub-base
h20 = espessura da sub-base
Hn = espessura do pavimento sobre o reforço do subleito
Kref = coeficiente de equivalência estrutural do reforço de subleito
hn = espessura do reforço do subleito
Hm = espessura total do pavimento
67
3.2.4.3
Método do Índice de Grupo
D.J. Steele propôs o método do Índice de Grupo que é baseado no Índice de Grupo (IG) dos
materiais, o qual depende apenas dos resultados de ensaios de granulometria e de limites de
consistência. Em função das limitações impostas pelo classificador IG, uma vez que
diferencia apenas a fração fina do solo, não diferenciando as forças de atrito internas
trazidas pela fração inerte, trata-se de um critério a ser empregado no pré-dimensionamento
do pavimento (Senço, 1977). A opção pelos limites de tráfego se dará a partir da avaliação
do IG a ser adotado para o material do subleito, e a partir daí, com o auxílio do gráfico da
Figura 3.24, obtém-se as seguintes espessuras do pavimento:
Curva A: espessura necessária de sub-base (e3);
Curva B: espessura total de revestimento, base e sub-base (e1 + e2 + e3), para tráfego leve;
Curva C: espessura total de revestimento, base e sub-base (e1 + e2 + e3), para tráfego
médio;
Curva D: espessura total de revestimento, base e sub-base (e1 + e2 + e3), para tráfego
pesado;
Curva E: espessura adicional de base que pode substituir a sub-base dada pela curva A
(quando houver justificativa técnica e econômica).
Em geral, adota-se o valor de e1 como nulo uma vez que o revestimento não exerce papel
estrutural ao pavimento.
Figura 3.24 Curvas de dimensionamento no método do IG (apud Senço, 1977).
68
3.2.4.4
Método do DNER
O processo do DNER determina o dimensionamento de pavimentos flexíveis em função
dos seguintes fatores:
capacidade do subleito (CBR) e índice de grupo IG
número equivalente de operações do eixo padrão (N)
espessura total do pavimento durante um período de projeto. (Oliveira Filho et alli
2009).
As espessuras das camadas do pavimento são determinadas com base na espessura total do
pavimento, multiplicando-se as espessuras obtidas para o material padrão (base granular)
pelos coeficientes estruturais parciais correspondentes a cada tipo de material.
Utiliza-se o método CBR para avaliar a resistência e a capacidade de suporte do subleito e
dos materiais constituintes das camadas do pavimento. Portanto, o ensaio é realizado em
amostras moldadas em laboratório, onde são submetidas às condições de serviço e à
embebição por quatro dias.
O Índice de Suporte (I.S) recomendado pelas normas, que é um CBR em função do Índice
de Grupo (IG), é determinado a partir da seguinte fórmula (3.7):
(3.7)
Onde:
ISCBR = índice de suporte numericamente igual ao Índice de Suporte Califórnia (CBR –
obtido em ensaio e dado em %)
ISIG = índice de suporte derivado do índice de grupo, correspondendo praticamente a uma
inversão de escala, fazendo com que solos de boa qualidade tenham os maiores valores de
ISIG. A Tabela 3.12 apresenta valores de IS em função do IG.
69
Tabela 3.12 - Valores de IS em função de IG
3.3
PROJETO DE DRENAGEM
O sistema de drenagem é de extrema importância para a conservação da via, pois elimina o
acúmulo de água na superfície da estrada, evitando a sua rápida deterioração. Assim, a
função principal da drenagem é eliminar a água da camada mais superior da estrada,
captando-a e conduzindo-a para locais apropriados. Para tanto, utilizam-se vários
elementos, como a seguir descritos:
Valeta de proteção de corte;
Valeta de proteção de aterro;
Sarjeta de corte;
Sarjeta de aterro;
Descidas d’água;
70
Saídas d’água;
Caixas coletoras;
Bueiros de greide.
3.3.1
Valetas de Proteção de Corte
As águas provenientes da parte superior do terreno são captadas, evitando que estas atinjam
os taludes, sendo construídas onde existe a possibilidade de ocorrer erosão. São instaladas
paralelamente às cristas do corte, a uma distância de 2 a 3 metros.
A Figura 3.25 apresenta esquematicamente esse tipo de valeta.
Figura 3.25 - Valeta de Proteção de Corte.
As valetas de proteção de corte devem ter preferencialmente formato trapezoidal, pois
apresentam eficiência hidráulica maior, sendo revestidas com o material mais adequado à
velocidade de escoamento e propriedades do solo, podendo ser o revestimento de concreto,
alvenaria de tijolo ou pedra, pedra arrumada ou vegetação.
71
3.3.2 Valetas de Proteção de Aterro
Têm a função de captar a água que escoa pela superfície do terreno, evitando que esta atinja
o pé do talude de aterro, além de receberem e conduzirem as águas provenientes das
sarjetas e valetas de corte.
Devem ser instaladas paralelamente ao pé do talude a uma distância aproximada de 2 a 3
metros, sendo usado material proveniente do próprio local no espaço entre a valeta e o pé
do talude para abrandar a interseção destas superfícies.
Os materiais de revestimento das valetas de proteção de aterro devem seguir o mesmo
critério adotado para as valetas de proteção de corte.
A Figura 3.26 mostra uma seção transversal desse tipo de valeta, apresentando também o
material depositado entre esta e o talude.
Figura 3.26 - Valeta de Proteção de Aterro.
Fonte: Oliveira Filho et alli 2009.
72
3.3.3
Sarjetas de Corte
Esse dispositivo tem a função de coletar as águas provenientes dos taludes de corte,
conduzindo-as longitudinalmente à rodovia até o local determinado, geralmente o ponto de
transição entre o corte e o aterro, de onde água vai para sua destinação final.
São construídas nas bordas das vias, próximas aos cortes, podendo apresentar diferentes
seções como, seção triangular (Figura 3.27a), com razoável capacidade de vazão e seção
trapezoidal (3.27b), quando é necessária maior vazão. A Figura 3.28 apresenta o esquema
de uma sarjeta de seção trapezoidal.
(a)
(b)
Figura 3.27 - Sarjetas de corte: a) Triangular; b) Trapezoidal
Figura 3.28 - Esquema de uma sarjeta de corte de seção trapezoidal.
73
3.3.4
Sarjetas de Aterro
Elementos que têm a função de coletar e conduzir as águas que se precipitam sobre a
plataforma dos aterros, impedindo que ocorra erosão nas suas bordas. As sarjetas de aterro
devem ser instaladas em locais onde o excesso de velocidade das águas provenientes da
pista provoque erosão e/ou em interseções, coletando as águas provenientes das margens da
estrada.
Podem apresentar seções que variam conforme a natureza e categoria da pista, podendo ser
triangulares, trapezoidais ou retangulares, sendo revestidas com materiais compatíveis com
a probabilidade de ocorrência de erosão. A Figura 3.29 apresenta fotos de sarjetas de aterro,
enquanto a Figura 3.30 mostra um esquema desse tipo de sarjeta.
Figura 3.29 - Sarjetas de aterro. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009).
Figura 3.30 - Esquema de uma sarjeta de aterro.
Fonte: Oliveira Filho et alli (2009).
74
3.3.5
Saídas d’Água
Dispositivos cuja função é conduzir as águas provenientes das sarjetas de aterro até as
descidas d’água, funcionando como elemento de transição. São construídas nas bordas da
via, em pontos estratégicos como em curvas verticais côncavas e na transição de corte para
aterro, e devem ter seção que possibilite rápida captação e condução para as descidas
d’água. Podem ser executadas segundo dois critérios, sendo o primeiro um greide de rampa,
onde o fluxo d’água é feito somente em um sentido (Figura 3.31) e o segundo, em ponto
baixo, onde o fluxo é realizado nos dois sentidos. (Figura 3.32)
.
Figura 3.31 - Sarjeta em greide de rampa.
75
Figura 3.32 - Sarjetas em ponto baixo
As saídas d’água devem ser revestidas preferencialmente com concreto liso ou chapas
metálicas, sendo ambos executados in loco.
76
3.3.6
Descidas d’Água
Dispositivo com função de conduzir as águas captadas provenientes de outros elementos de
drenagem, através dos cortes e aterros. Em cortes, essas descidas conduzem as águas
provenientes das valetas quando estas atingem seu comprimento crítico, desaguando nas
caixas coletoras ou sarjetas de corte. Em aterros exercem a mesma função que nos cortes,
mas com águas provenientes das sarjetas de aterro.
As descidas d’água são construídas nos taludes e aterros com a mesma declividade do
terreno (Figura 3.33), sendo divididas nos tipos rápido e em degraus. A escolha do tipo a
ser usado deve ser baseada nas características do terreno e na velociadade limite para não
provocar erosão.
Figura 3.33 - Descidas d’água em construção. Fonte. Oliveira Filho et alli (2009).
3.3.7
Caixas Coletoras
Têm a função de coletar as águas oriundas das sarjetas, dos bueiros de transposição de
talvegues e das descidas d’água, conduzindo-as ao local adequado, além de permitir a
inspeção dos dutos que passam por elas. São construídas nas extremidades críticas das
sarjetas de cortes, nos pontos de passagem de cortes para aterros, nas extremidades das
descidas d’água, no terreno natural junto ao pé do aterro, ou em outro lugar onde seja
necessário coletar águas superficiais (Figura 3.34).
77
Podem ser classificadas quanto à função em, coletoras, de inspeção ou de passagem, ou
quanto ao fechamento, com tampa ou sem tampa. As caixas coletoras coletam as águas
provenientes dos elementos de drenagem, as de inspeção permitem a vistoria dos dutos que
passam por ela e as de passagem são usadas onde há mudanças de um dispositivo para
outro.
As caixas coletoras abertas são indicadas para locais onde não comprometam a segurança
dos usuários da via enquanto as caixas com tampa (Figura 3.34), podem ser colocadas em
locais onde há tráfego.
Figura 3.34 - Caixa Coletora. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009).
3.3.8
Bueiros de Greide
Elementos cuja função é conduzir as águas captadas para local de deságue adequado. São
construídos nas extremidades das sarjetas de cortes e das descidas d’água, e nos pontos de
passagem corte-aterros, evitando que as águas oriundas das sarjetas atinjam o terreno
natural. Conforme mostrado na Figura 3.35, são constituídos de três elementos: a boca, o
corpo, e a caixa coletora, podendo ser implantados transversal ou longitudinalmente à via,
usando para construção tubos de concreto armado ou metálicos.
78
Figura 3.35 - Bueiro de Greide. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009).
3.3.9
Drenos Profundos
Elementos de drenagem que interceptam as águas subterrâneas com o objetivo de impedir
que estas atinjam o subleito, sendo feito por meio do rebaixamento do nível freático.
São construídos a 1,5-2 metros de profundidade, devendo ser colocados próximos a cortes e
terrenos onde o nível freático fica próximo ao subleito, ou em locais onde é necessário
rebaixar e interceptar esse nível.
Para a construção dos drenos profundos, são utilizadas matérias primas que se diferem de
acordo com a função desses, podendo ser utilizados materiais filtrantes, como areia e
agregados britados, materiais drenantes, como britas e cascalho grosso, e materiais
condutores, como tubos de concreto, cerâmicos, de fibrocimento e metálicos.
Estes elementos são compostos de vala, materiais drenantes e filtrantes, e em casos
especiais, podem apresentar tubos-dreno e outras estruturas. Suas principais características
são:
Valas: Componente dos drenos profundos, podendo ser abertas manual ou mecanicamente;
devem ter largura mínima de 50 cm e comprimento de 1,5 a 2 metros, dependendo da
profundidade do nível freático.
79
Material de Enchimento: São materiais filtrantes ou drenantes. O material filtrante
proporciona o escoamento da água, enquanto o drenante tem a função de coletar e conduzir
as águas a serem drenadas. Em alguns casos, onde são utilizados tubos, podem ser
utilizados somente os materiais drenantes.
Tubos: Podem ser de concreto, cerâmica, plástico rígido ou flexível, corrugado ou
metálico, com diâmetros de 10 a 15 cm. Em casos especiais, podem ser perfurados tubos
com diâmetros maiores.
3.3.10
Dissipadores de Energia
São dispositivos de drenagem que “ visam promover a redução da velocidade de
escoamento nas entradas, saídas ou mesmo ao longo da própria canalização de modo a
reduzir os riscos dos efeitos de erosão nos próprios dispositivos ou nas áreas adjacentes.”
(DNIT, 2006). A Figura 3.36 mostra uma foto de um dissipador de energia.
Figura 3.36 - Dissipador de Energia Contínuo. Fonte: Oliveira Filho et alli (2009).
A dissipação da energia se dá por meio da construção de dissipadores ou bacias de
amortecimento, sendo estes elementos frequentemente construídos nos pés das descidas
d’água nos aterros, nas boca dos bueiros e nas saídas das sarjetas de corte.
80
3.3.11
Escalonamento de Taludes
Elementos que tem função de evitar que as águas que escoam sobre o talude, atinjam
velocidade suficiente para provocar erosão. Assim, são criados as banquetas, que são
providas de elementos de drenagem que afastam as águas para local de deságue adequado.
A Figura 3.37 mostra um esquema desse tipo de estrutura.
Figura 3.37 - Esquema de um escalonamento de taludes.
Na Figura, têm-se os seguintes elementos:
L – topo do corte;
b – distancia horizontal do talude parcial;
H – altura do talude parcial;
Q – vazão das águas percoladas.
81
3.3.12
Corta-rios
Canais de desvio feitos nos rios com o objetivo de evitar que o curso d’água interfira na
geometria da estrada e na estabilidade dos aterros. Para a construção de um corta-rio são
necessários alguns quesitos como o levantamento topográfico da área, projetos horizontal e
vertical da estrada, e seções transversais dos taludes, além de dados específicos do solo, e
dos materiais a serem usados na construção da estrada no corta-rio.
A adoção dos corta-rios como solução deve ser baseada em um comparativo econômico
entre a construção dos corta-rios e obras necessárias para substituí-lo, além da análise
ambiental de ambos.
3.4
CONSTRUÇÃO DAS ESTRADAS
3.4.1
Subleito
É o terreno de fundação da estrada de acesso de mina que alguns autores denominam de
infraestrutura ou solo existente no local de implantação. Sua superfície superior é chamada
de leito.
O subleito deve ser inspecionado até a profundidade onde atuam de forma significativa as
cargas impostas pelo tráfego da mina que, segundo o estado da arte, estariam entre 0,60 m e
1,50 m. A inspeção deve verificar a posição do nível freático e o tipo de material existente,
pois à medida que se aprofunda no maciço natural, as pressões exercidas são reduzidas.
Consideram-se os primeiros 0,20 m de profundidade, após retirada a camada de solo
orgânico, como formando a camada onde se mede a resistência pelo método de CBR e se
procede a um tratamento de estabilização denominado de regularização do subleito. Esta
profundidade de 0,20 m parece ser suficiente para os tipos de fundações existentes nos
principais complexos mineradores.
82
3.4.1.1
Regularização do subleito
Conforme mencionado anteriormente, trata-se de uma camada destinada a conformar o leito
da estrada de acesso no sentido transversal e longitudinalmente com o projeto geométrico e
estrutural, compreendendo as operações de cortes ou aterros até 20 cm de espessura.
A execução da regularização será executada antecipadamente e de forma independente da
construção da sub-base e da base.
Os materiais empregados na regularização do subleito serão preferencialmente os do
próprio terreno. Em caso de substituição ou adição de material, estes deverão possuir o
índice de grupo (IG) no máximo igual ao do subleito indicado, CBR - igual ou maior ao do
subleito e Expansão ≤ 2%.
a) Equipamentos
São indicados os seguintes tipos de equipamento para a execução de regularização:
motoniveladora pesada, com escarificador; carro tanque distribuidor de água; rolos
compactadores tipo pé-de-carneiro, liso-vibratório e pneumático; greide de discos; pulvimisturador; e rolo compactador vibratório.
b)
Execução
Toda a vegetação e material orgânico porventura existentes no leito da rodovia serão
removidos. Após a execução de cortes, aterros e adição do material necessário para atingir o
greide de projeto, procede-se à escarificação geral na profundidade de 20 cm, seguida de
pulverização, umedecimento ou secagem, compactação e acabamento.
No caso de cortes em rocha, a regularização deverá ser executada de acordo com o projeto
específico de cada caso.
83
Os materiais utilizados na execução da regularização do subleito devem ser rotineiramente
examinados mediante a execução dos seguintes procedimentos:
ensaios de caracterização do material espalhado na pista, em locais determinados
aleatoriamente;
ensaios de compactação pelo método DNER-ME 129/94, com energia indicada no
projeto, com material coletado na pista, em locais determinados aleatoriamente;
ensaios de Índice Suporte Califórnia (ISC) e Expansão, pelo método DNER-ME
049/94, com energia de compactação do Proctor normal.
O controle da execução da regularização do subleito deve ser exercido através de coleta de
amostras, ensaios e determinações feitas de maneira aleatória. Devem ser efetuadas as
seguintes determinações e ensaios:
ensaio de umidade higroscópica do material, imediatamente antes da compactação,
para cada 100 m de pista a ser compactada, em locais escolhidos aleatoriamente
(método DNER-ME 052/94 ou DNER-ME 088/94). As tolerâncias admitidas para a
umidade higroscópica serão de ± 2% em relação à umidade ótima.
ensaio de massa específica aparente seca “in situ”, determinada pelos métodos
DNER-ME 092/94 ou DNER-ME 036/94, em locais escolhidos aleatoriamente.
Para pistas de extensão limitada, com volumes de, no máximo, 1.250 m3 de
material, deverão ser feitas pelo menos 5 determinações para o cálculo de grau de
compactação (GC).
Os cálculos de grau de compactação são realizados utilizando-se os valores da massa
específica aparente seca máxima obtida no laboratório e da massa específica aparente seca
“in situ” obtida na pista.
84
Não serão aceitos valores de grau de compactação inferiores a 100% em relação à massa
específica aparente seca máxima, obtida no laboratório. A verificação final da qualidade da
camada de regularização do subleito (Produto) deve ser exercida através das seguintes
determinações:
Controle geométrico
Após a execução da regularização do subleito, proceder-se-á à relocação e o nivelamento do
eixo e dos bordos, permitindo-se as seguintes tolerâncias:
± 10 cm, quanto à largura da plataforma;
até 20%, em excesso, para a flecha de abaulamento, não se tolerando falta;
± 3 cm em relação às cotas do greide do projeto.
Condicionantes ambientais
Objetivando a preservação ambiental, deverão ser devidamente observadas e adotadas as
soluções e os respectivos procedimentos específicos atinentes ao tema ambiental definido
e/ou instituídos no instrumental técnico-normativo pertinente vigente na VALE e no DNIT,
especialmente a Norma DNIT 070/2006-PRO e os Programas Ambientais.
3.4.2
Sub-Base
É a camada complementar à base quando não for aconselhável construir a base diretamente
sobre a regularização, seja por circunstâncias técnicas no dimensionamento, ou econômicas
por serem as distâncias de transporte muito grandes. O material constituinte da sub-base
deverá ter características tecnológicas superiores às do material do subleito. Já o material da
base deverá ser de melhor qualidade que o material da sub-base.
85
3.4.3
Base
É a camada destinada a resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuí-los. Na
verdade, a estrutura da estrada de acesso pode ser considerada como composta de base e
anti-pó, sendo que a base poderá ou não ser complementada pela sub-base.
A camada de base deve resistir ao carregamento do tráfego e transmiti-lo de forma
conveniente ao subleito e pode ser do tipo granular ou coesiva.
A base estabilizada granulometricamente é uma camada granular de estrada de acesso
executada sobre a sub-base, subleito ou reforço do subleito devidamente regularizado e
compactado. Os materiais constituintes são solos, mistura de solos, escória, mistura de
solos e materiais britados ou produtos provenientes de britagem. Os materiais destinados à
confecção da base devem apresentar as seguintes características:
a)
quando submetidos aos ensaios:
- DNER-ME 054/94; DNER-ME 080/94; DNER-ME 082/94; DNER-ME 122/94.
A fração que passa na peneira n° 40 deverá apresentar limite de liquidez inferior ou igual a
25% e índice de plasticidade inferior ou igual a 6%; quando esses limites forem
ultrapassados, o equivalente de areia deverá ser maior que 30%. A porcentagem do material
que passa na peneira n° 200 não deve ultrapassar 2/3 da porcentagem que passa na peneira
n° 40.
b)
quando submetido aos ensaios:
DNER-ME 129 (Método B ou C); DNER-ME 049.
O Índice de Suporte Califórnia, deverá ser superior a 60% e a expansão máxima será de
0,5%.
86
3.4.3.1
Equipamento
São indicados os seguintes tipos de equipamentos para a execução de base granular:
motoniveladora pesada, com escarificador; carro tanque distribuidor de água; rolos
compactadores tipo pé-de-carneiro, liso, liso-vibratório e pneumático; greide de discos;
pulvi-misturador e central de mistura.
3.4.3.2
Execução
A execução da base compreende as operações de mistura e pulverização, umedecimento ou
secagem dos materiais realizados na pista ou em central de mistura, bem como o
espalhamento, compactação e acabamento na pista devidamente preparada na largura
desejada, nas quantidades que permitam, após a compactação, atingir a espessura projetada.
Quando houver necessidade de se executar camada de base com espessura final superior a
20 cm, esta será subdividida em camadas parciais. A espessura mínima de qualquer camada
de base será 10 cm, após a compactação.
Ensaios de caracterização e de equivalente de areia devem ser executados no material
espalhado na pista pelos métodos DNER-ME 054, DNER-ME 080, DNER-ME 082,
DNER-ME 122, em locais determinados aleatoriamente.
Ensaios de compactação pelo método DNER-ME 129 devem ser realizados com materiais
coletados na pista em locais determinados aleatoriamente. No caso da utilização de material
britado ou mistura de solo e material britado, a energia de compactação de projeto deverá
ser modificada quanto ao número de golpes, de modo a se atingir a máxima densificação,
determinada em trechos experimentais em condições reais de trabalho no campo.
Ensaios de Índice Suporte Califórnia - ISC e expansão pelo método DNER-ME 049, na
energia de compactação indicada no projeto, devem ser realizados no material coletado na
pista, em locais determinados aleatoriamente.
87
Ensaio de umidade higroscópica do material deve ser realizado imediatamente antes da
compactação por camada, para cada 100 m de pista a ser compactado em locais escolhidos
aleatoriamente (método DNER-ME 052 ou DNER-ME 088). As tolerâncias admitidas para
a umidade higroscópica serão de ± 2% da umidade ótima.
Ensaio de massa específica aparente seca “in situ” deve ser realizado em locais escolhidos
aleatoriamente, por camada, para cada 100 m de extensão, pelo método DNER-ME 092 e
DNER-ME 036. Para pistas de extensão limitada, com no máximo 4000 m² de área,
deverão ser feitas pelo menos 5 determinações para o cálculo do grau de compactação - GC.
Os cálculos do grau de compactação, GC>100%, serão realizados utilizando-se os valores
da massa específica aparente seca obtidas no laboratório e da massa específica aparente "in
situ" obtida no campo.
Após a execução da base, procede-se a relocação e ao nivelamento do eixo e dos bordos,
permitindo-se as seguintes tolerâncias:
± 10 cm, quanto à largura da plataforma;
até 20%, em excesso, para a flecha de abaulamento, não se tolerando falta;
± 10%, quanto à espessura do projeto da camada.
3.4.3.3
Manejo ambiental
Observar os cuidados preconizados pelas normas internas da VALE visando à preservação
do meio ambiente no decorrer das operações destinadas à execução da camada de base
estabilizada granulometricamente.
3.4.3.4
Seleção de Materiais
Os serviços de compactação deverão obedecer às seguintes operações:
88
a) Determinação da massa específica aparente seca máxima e do teor de umidade
ótima do material a ser compactado, obtida em ensaio de compactação na energia
normal, em conformidade com o Método de Ensaio ME-7 – Ensaio normal
intermediário de compactação do solo da PCR, correspondente à norma NBR- 7182
da ABNT;
b) Compactação do material mediante equipamentos adequados, como: rolo pé-decarneiro (estático e/ou vibratório), dependendo das condições físicas da via e rolo
compactador de chapa (estático ou vibratório) para selar;
c) Controle da massa específica aparente seca máxima alcançada, a fim de comprovar
se o material foi devidamente compactado a 100% em relação aos resultados do
ensaio Proctor Normal.
Os estéreis de minério de ferro exibem um bom comportamento sob a ótica das
propriedades geotécnicas de materiais recomendados a estruturas de pavimentos. Estes
aspectos são verificados tanto nos resultados dos ensaios de laboratório quanto ao longo da
execução do pavimento experimental e na execução dos ensaios de campo.
Por se tratarem de materiais predominantemente arenosos e com consideráveis
concentrações de sílica, a principal deficiência observada durante as operações de
compactação e em laboratório pode ser a quase ausência de coesão. Com efeito, o controle
da compactação se torna uma medida imprescindível para se garantir o máximo de
resistência desses materiais.
Desta forma, os estéreis devem ser compactados no teor de umidade ótima, com desvios de
umidade ligeiramente superiores, a fim de compensar as eventuais perdas por evaporação e
drenagem da água irrigada sobre o pavimento. Outro fator importante é se garantir um grau
de compactação de 100%, referente à energia modificada de Proctor.
A execução do pavimento deve seguir a regra geral de construção de rodovias, isto é, a
compactação deve se iniciar da borda interna em direção à borda externa, segundo
sucessivas passadas. Deve-se evitar a compactação de camadas cujas espessuras sejam
superiores a 10 cm.
89
Blocos e matacões porventura existentes, com diâmetros superiores a esta dimensão devem,
sempre que possível, ser removidos da pista por meio de greideamento ou simples
passagem da motoniveladora. A utilização do rolo compactador vibratório constitui
elemento crucial nas atividades de compactação, seguido do acabamento final (selagem),
que pode ser feito segundo sucessivas passagens de um veículo pneumático. Para as
operações de homogeneização dos materiais, o trator agrícola acoplado à greide de disco
pode ser substituído pela greide da motoniveladora.
3.4.3.5
Utilização de Rolos Compactadores Diferentes em Função do Tipo de Solo
A compactação de um solo consiste em “aumentar artificialmente o peso específico do solo
por manipulação, agindo-se sob a forma de pressão ou apiloamento ou vibração, das
partículas do solo, de modo que elas fiquem em estado de contato íntimo.” (Baptista, 1976).
Uma eficiente compactação das camadas que constituem uma via de acesso é necessária
para aumentar a resistência e durabilidade desta, já que uma camada não compactada de
forma eficaz promove o enfraquecimento estrutural e a instabilidade da estrada. Assim,
existem alguns fatores preponderantes que influem no processo de compactação de um
solo, como a natureza do solo, o tipo de esforço feito para compactá-lo e o teor de umidade.
Portanto, são necessários diferentes tipos de equipamento de compactação para atender aos
diferentes tipos de solo, como os rolos compactadores pesados (15 t), indicados para solos
pouco coesivos e o rolo pé-de-carneiro, especificado para solos coesivos.
a)
Rolos Pé-de-Carneiro
Indicados para solos coesivos, os rolos pé de carneiro consistem em tambores cilíndricos de
aço oco, com pesos de 3 a 4 toneladas, podendo ser utilizado mais de um tambor na
compactação do solo, que podem girar independentemente, mas que possuem uma
articulação em um ponto de união, para que estas se adaptem às irregularidades do terreno.
90
A Tabela 3.13 indica as especificações americanas utilizadas para a aplicação dos rolos pé
de carneiro em diferentes tipos de solo.
Tabela 3.13 - Especificações americanas para aplicação do rolo pé-de-carneiro
Tipos de Solos
Áreas de Contato (cm²)
Pressões de contato(lb/pol²)
44 a 75
75 a 125
Solos intermediários
37 a 62
100 a 200
Argilas médias e pesadas
35 a 50
150 a 300
Solos arenosos, que
dependem de atrito intenso.
Fonte: Baptista, (1976).
A Figura 3.38 mostra um rolo compactador do tipo pé-de-carneiro.
b)
Rolos Pneumáticos
São constituídos por uma “plataforma ou caixa montada sobre dois eixos, um dianteiro e
outro traseiro, onde estão os aros em que são montados os pneus”. (Baptista, 1976). Podem
ser de reboque ou automotriz, sendo indicados para a compactação de solos arenosos ou
com pouca coesão.
Figura 3.38 - Rolo pé-de-carneiro - Fonte: guiadaobra.net/Figuras/rolopata
91
A Tabela 3.14 apresenta as condições impostas pelas normas americanas para o uso dos
rolos pneumáticos:
Tabela 3.14 - Condições americanas para uso do rolo pneumático
Tipos de Solos
Pressões de contato (lb/pol²)
Pedregulhos arenosos e areias
20 a 40
Areias siltosas e argilosas
40 a 65
Solos argilosos
65 ou mais
Fonte: BAPTISTA, 1976
A Figura 3.39 mostra um rolo compactador do tipo pneumático.
Figura 3.39 - Rolo Pneumático.
Fonte:http://www.pesa.com.br/rental/shop2/icone/rolocompactadorpneumatico.jpg
92
c)
Rolos de Rodas Lisas
Equipamentos que contém de um a três rolos, que são utilizados na compactação da camada
de revestimento e em terrenos cujo solos são constituídos de areia e argila, de plasticidade
média. Os rolos compactadores podem pesar até 18 toneladas e é possível variar o peso
destes colocando-se água em seu reservatório. A Tabela 3.15 apresenta especificações
americanas para a utilização deste tipo de rolo.
Tabela 3.15 - Especificações americanas para uso do rolo liso
Tipos de Solos
Peso do rolo (t)
Areia Limpa
Areia siltosa e argilosa não
plástica
Areias argilosas com IP
<10
Pedregulhos bem
graduados
Solos argilosos
Fonte: Babtista, 2003
-----
Pressões de contato nas
rodas traseiras (lb/pol²)
------
5a6
27 a 41
7a9
41 a 55
10 a 12
55 a 73
10 a 12
55 a 73
A Figura 3.40 apresenta um rolo compactador de rodas lisas, detalhe para o solo
granular sendo compactado.
Figura 3.40 - Rolo Compactador de Rodas Lisas. Fonte: Oliveira Filho et alli 2009.
93
3.5
ASPECTOS AMBIENTAIS
Um dos aspectos ambientais mais importantes num projeto de estradas é o sistema de
drenagem que pode evitar erosões com o consequente assoreamento dos vales cortados pela
estrada. Todavia, esse aspecto já foi exaustivamente abordado no item 3.3, pelo que, será
tratado presentemente apenas o tratamento contra pó e poeira que afeta a atmosfera.
De uma maneira geral, o tratamento contra pó (TCP) consiste no espargimento de material
betuminoso e aplicação de areia grossa ou pedrisco, seguida de compactação com rolo liso
e/ou pneumático, obtendo-se uma camada impermeável de ligante betuminoso e agregado
sobre uma base previamente tratada. O ligante deve penetrar, no mínimo, de 2 a 5 mm na
superfície da base, o que é possível utilizando-se, para tal, asfalto diluído.
Outros métodos de tratamento têm utilizado produtos químicos em adição ao solo da
camada de tráfego, como os linosulfatos, cloreto de cálcio (CaCl2) e cloreto de magnésio
(MgCl2). No entanto, estes métodos só mostram viabilidade financeira de aplicação para um
elevado volume médio diário de veículos (Baesso e Gonçalves, 2003).
Em estradas de complexos mineradores, a formação de pó na superfície de rolamento das
estradas se deve, principalmente, à abrasão sofrida pelos agregados de baixa dureza e à
perda da fração fina das partículas da base, camada constituída majoritariamente de
materiais arenosos. Posto isso, a premissa de um TCP em estradas desse tipo é conferir ao
pavimento maior coesão e impermeabilidade. Desta forma, os resultados poderão ser
amplos: mais que a redução da poeira em ocasiões de clima seco, poderá se reduzir também
a formação de lama em períodos chuvosos, contribuindo para a trafegabilidade do trecho e
diminuindo sensivelmente o número de intervenções.
Ocorre que a prática corriqueira de mitigação da poeira gerada consiste, na maioria das
mineradoras, da aspersão contínua de água sobre as vias, por meio de caminhões-pipas.
Demanda, para tanto, a necessidade de vários desses veículos em trânsito simultaneamente,
além de pontos estratégicos de coleta d’água nos domínios da mina.
94
Tal medida tem se mostrado necessária mas, em contrapartida, pouco eficiente, haja vista a
rápida percolação de água para o interior do pavimento, que drena com facilidade pelas
características arenosas que geralmente possui. Mais além, o próprio tráfego de veículos,
aliado à insolação, são elementos contribuintes à rápida secagem do pavimento, conforme
ilustra a Figura 3.41.
Thompson e Visser (1999) mediram diferentes defeitos ocorrentes em uma estrada de mina
particular e, atribuindo limites desejáveis, indesejáveis e inaceitáveis aos aspectos
verificados, relacionaram a geração de material particulado com o tempo necessário para se
atingir tais limites com o tráfego de veículos (Figura 3.42).
Sendo assim, conFigurando um valor crítico como sendo o limite entre as situações
“indesejável” e “inaceitável”, observaram que a aspersão d’água na estrada mostrava-se
necessária a cada 70 minutos. Para tanto, consideraram a taxa de aspersão em 0,5 litro/m2, a
velocidade do vento em 1,7 m/s (6,2 km/h) e um único veículo padrão, trafegando à
velocidade constante de 40 km/h.
Figura 3.41 - Precárias condições de tráfego impostas a uma
estrada de mina, devido à excessiva geração de pó. Fonte: Ferreira (2007)
95
Figura 3.42 - Variação da geração de material particulado em uma estrada de mina
(x100mg/m3), após aspersão de água (Mod. Thompson & Visser, 1999).
A prática de TCP empregando material betuminoso e estéril de minério de ferro mostrou-se
satisfatória em trabalho realizado por Ferreira (2007) em um trecho experimental de estrada
mineira. Ferreira (2007) utilizou estéreis de mina para agregado no TCP, caracterizados por
granulometria grosseira, quase ausência de matacões e predominância arenosa. O estudo
recomenda que a espessura de agregado lançada sobre o banho de emulsão seja inferior a 2
cm, a fim de não resultar em excesso de material granular sobre a pista.
Cimentos asfálticos de petróleo (CAP’s) ou a emulsão RR-2C são também opções
adequadas para aplicação sobre bases previamente imprimidas, por possuírem maior
viscosidade em relação à emulsão RR-1C. Espera-se que o material betuminoso em alta
temperatura “escorra” menos sobre a pista, principalmente em trechos de inclinação
acentuada. Sua taxa de aplicação pode sofrer acréscimo de até 20% (1,7 litro/m2), sobretudo
no caso de um banho duplo. Valores superiores a este poderão ocasionar o fenômeno da
exsudação. A taxa de aplicação do asfalto diluído CM-30 em 1,3 litro/m2 mostra-se
adequada à impermeabilização da camada de base.
96
Em termos de execução, motoniveladoras de pequeno porte com lâminas em bom estado de
conservação tendem a exibir melhor desempenho no espalhamento do estéril sobre a pista
tratada. A rigor, um acabamento mais adequado poderá ser obtido mediante a inclusão de
um distribuidor de agregados rebocável e de um rolo liso ou pneumático na ocasião das
etapas de espalhamento e compactação do agregado sobre a emulsão, respectivamente.
3.6
MANUTENÇÃO DAS ESTRADAS
Devido ao grande fluxo de veículos e ao tamanho dos caminhões usados, as estradas de
minas são passíveis de deterioração, sendo inevitável a ocorrência de defeitos e problemas.
Portanto, é necessária a aplicação de um eficiente sistema de gerenciamento de
manutenção, onde o principal seja o fortalecimento da estrutura da estrada e sua
conservação, usando para isto técnicas eficientes.
O uso de técnicas inadequadas de manutenção influencia negativamente no surgimento de
defeitos, tornando-os mais complexos e acelerando o processo de deterioração da via.
Assim, o uso de técnicas eficientes proporciona segurança, qualidade e conforto aos
usuários das vias, além de representarem significativa redução de custos.
3.6.1
Técnicas para Manutenção
Para a conservação das estradas, alguns pontos, como a qualidade do material usado na
construção e a efetividade do sistema de drenagem, são essenciais para que a via esteja
sempre com condições reais de tráfego.
A recolocação dos materiais das camadas constituintes das vias, quando esses não tiverem
bom desempenho, e a análise e avaliação do sistema de drenagem são ações vitais durante a
manutenção de uma estrada. Existem diretrizes de manutenção que recomendam algumas
técnicas a serem utilizadas em processos de manutenção.
97
Entre estas, estão a utilização de técnicas de compactação de camadas do subleito, sub-base
e base para a recolocação do material desgastado com o uso, e a operação tapa buraco com
recomposição de ligante e do agregado, além do uso de novos produtos do mercado, para a
supressão da poeira. A Figura 3.43 mostra a foto de uma operação de recolocação do
material de superfície.
Figura 3.43 - Operação de recolocação do material da superfície. Fonte: Visser
(2008).
3.6.2
Defeitos das Estradas
Defeitos são anormalidades que surgem nas estradas que prejudicam as suas condições de
uso. Segundo Visser (2008), existem métodos de avaliação da extensão dos defeitos das
estradas, como mostra a Tabela 3.16.
Tabela 3.16 - Avaliação da extensão de defeitos
Tipo
1 – Leve
2 – Entre leve e médio
3 – Médio
4- Entre médio e alto
5 – Alto
Nível do defeito
Difícil de discernir e tem somente
sinais visuais
Fácil de discernir mais com pequenas
consequências imediatas.
O defeito é notável com possíveis
conseqüências – começo de defeitos
secundários.
O defeito é sério com conseqüências.
Há defeitos secundários.
O defeito é extremamente sério com
conseqüências, causando defeitos
secundários.
Fonte: Visser (2008)
98
Extensão do Defeito
Ocorrência isolada, menos que
5% da estrada é afetada.
Ocorrência intermitente, entre
5 – 15% da estrada é afetada.
Ocorrência regular, entre 1630% da estrada é afetada.
Ocorrência freqüente, entre 3160% da estrada é afetada.
Extensiva ocorrência, mais de
60 % da estrada é afetada.
O tipo de defeito é o produto do nível do defeito pela extensão do defeito, e as informações
acima podem ser úteis na avaliação da estrada, como mostra a Figura 3.44.
Figura 3.44 - Avaliação de estrada em função do defeito. Fonte: Visser (2008).
No diagrama acima, a área verde determina condições de tráfego desejáveis, a amarela, não
desejável e a vermelha, inaceitável. Se a avaliação da estrada constar na área vermelha, fazse necessária uma manutenção constante.
3.6.2.1
Principais Defeitos das Estradas
Como resultado de uma estrada sem declividade transversal para escoar a água para valetas
de coleta, tem-se uma seção transversal inadequada, fato este confirmado pelo
direcionamento da água ao longo da superfície de rolamento e, consequentemente, pela
erosão formada pela intensidade da chuva.
A poeira incide na formação de uma nuvem de material particulado fino, gerado pelo
tráfego dos caminhões. Pode chegar a comprometer a segurança do trafego, presenciado
ainda mais em estradas consistidas de solo de material argiloso, onde se possui uma grande
quantidade de partículas soltas na superfície de rodagem ou onde a ação abrasiva do trafego
desprende partículas aglutinantes dos agregados.
99
Corrugação é uma série de ondulações perpendiculares à direção do tráfego, presenciadas,
geralmente, em rampas ou curvas ou em áreas de aceleração ou desaceleração, causando
grande desconforto para o trafego de caminhões.
Os buracos são formados a partir da expulsão de partículas sólidas da camada da base pelo
tráfego contínuo de caminhões, em lugares onde há empoçamento de água. São encontrados
geralmente em trechos planos, sem declividades adequadas para o escoamento para as
laterais de drenagem.
A deformação permanente nas trilhas de rodas resulta da aplicação repetida das cargas do
tráfego, reservadamente em épocas de chuva, quando o solo saturado apresenta sua
capacidade de suporte diminuída.
Geralmente ocorre em estradas de acesso de mina com solo argiloso, podendo, em razão da
falta de manutenção, estar associada ao crescimento de vegetação no centro da pista de
rolamento, que dificulta ainda mais a passagem dos veículos.
A segregação de agregados no antipó pode ocorrer em trechos com rampas acentuadas.
A manutenção tem como alvo conservar a superfície de rolamento razoavelmente isenta de
irregularidades, firme e livre da perda excessiva de material solto, além de manter a
declividade transversal do leito da estrada de acesso de mina apropriada para assegurar o
escoamento superficial das águas.
É formada de uma série de atividades que são executadas para minimizar os defeitos e,
como consequência, reduzir os custos operacionais dos caminhões, prolongando a vida das
estradas de acesso de mina.
A atividade de manutenção utiliza das mesmas técnicas construtivas, ou seja, faz-se uma
seleção criteriosa dos materiais de reposição, utilizando a tecnologia de compactação para
prover as mesmas condições de construção.
100
3.7
MANUAL DE UM SISTEMA VIÁRIO DE MINAS
3.7.1
Introdução
A finalidade deste inciso é a de fornecer um roteiro prático para estradas de acesso de mina
que apresente e ilustre o que se fazer em cada fase do projeto, da construção, e da
manutenção. Visa ainda à readequação dessas vias, com intuito de minimizar os custos,
fazendo uso de técnicas e práticas dinâmicas de modo a aumentar a estabilidade da
superfície estradal, mantendo a qualidade e a duração de uso inicialmente projetado.
A justificativa se baseia nos custos envolvidos na construção e manutenção das vias
mineiras não pavimentadas, sendo esse um dos fatores mais expressivos nos orçamentos
dos complexos minerários, ficando mais bem compreendida quando se percebe que a
estrutura de uma estrada de mina está sujeita a um desgaste contínuo ao longo do tempo.
São estruturas complexas que progressivamente vão acumulando deformações plásticas e
trincas nas camadas, provenientes da combinação entre ações das cargas de tráfego com os
efeitos do intemperismo, como variações de temperatura e umidade ao longo do tempo.
Segundo Oliveira Filho et alli (2009), as técnicas atuais de projeto e construção não são
satisfatórias, sendo esses uns dos fatores de maior relevância a serem modificados ou
alterados. As consequências comumente observadas dessa situação são a utilização de
técnicas de manutenção inadequadas que acarretam danos à estrutura das vias, exigindo
necessidades de manutenção rotineiras e repetitivas, aumentando os sistemas de acesso de
mina.
A evidência disso é que não há uma elaboração e nem dimensionamento dos projetos
geométrico, estrutural e de drenagem, gerando uma construção da via de forma empírica
sem fazer uso de tecnologias de escolha e seleção de material, de projeto ou de
compactação.
101
Isso resulta em uma manutenção inadequada, com a intensa utilização de motoniveladora e
caminhão espargidor de água, com a retirada de material nobre e exposição do subleito que
não fornece uma capacidade de suporte à carga dos caminhões que trafegam nas estradas de
mina.
Ferreira. (2007) chamam também a atenção sobre o fato de que os acessos de complexos
mineradores demandam intervenções consideráveis em intervalos curtos de tempo que,
aliadas à ausência de dispositivos satisfatórios de drenagem, implicam na adoção de
medidas mitigadoras da emissão de material particulado. Isso faz com que os acessos para
que sejem aceitos sob o ponto de vista ambiental, necessitem ser adequadamente planejados
e traçados, a fim de se reduzir os impactos que elas inevitavelmente causam.
Outro aspecto de relevancia para as vias de acesso de minas é o fato que existe tecnologia
que possibilite a utilização de estéries em sua construção, materiais esses, que apresentam
comumente aspectos arenosos e que possuem uma boa capacidade de suporte, devido
pricipalmente aos elevados teores de ferro e quartzo presentes em suas partículas.
Logo, a utilização desses materiais no processo de construção dos acessos constitui uma
prática altamente viável, evitando a utilização de materiais de construção de custo nominal
expressivo (escavação, transporte e processamento) e ambiental, pois normalmente as
práticas atuais levam à degradação de novas áreas de empréstimos.
Em suma, a utilização racional de recursos financeiros disponíveis para investimento em
acessos de mina envolve uma análise integrada dos varios fatores que concorrem para a
avaliação e o auxílio no processo de escolha de decisão de qual procedimento tomar para os
projetos, para construção e as técnicas de manutenção.
Nesse contexto, este item apresenta um conjunto de componentes concebido por
especialistas na forma de um sistema voltado para oferecer orientações e/ou ajuda na
tomada de decisões inteligentes sobre estruturas de acesso de mina, com base no estado da
arte.
102
3.7.2
Uso do Material de um Sistema Viário de Minas
Com o intuído de simplificar a utilização do trabalho, pensou-se em um dado de entrada
para o mesmo com base em uma classificação de vida útil da via mineira.
Com base nessas classificações de duração tem-se uma gama de informações que ao serem
adquiridas e formalizadas geram árvores de decisão que serão apresentadas no discorrer do
trabalho para cada etapa de projeto, de construção e manutenção.
As árvores de decisão foram estudadas e resumidas de forma crítica acerca das diversas
técnicas existentes no mundo e no Brasil.
As classes constituem conceitos úteis para que os responsáveis pelo processo de tomada de
decisão possam encontrar à medida que efetivamente possibilite o controle dos mecanismos
que levam a degradação da estrutura do acesso e mitigam os custos relativos à manutenção.
As estradas de mina neste estudo foram divididas em seis categorias de acordo com a sua
vida útil. Dessa maneira, a classe C1 refere-se à via com duração de um (1) mês, C2 para
três (3) meses, C3 para seis (6) meses, C4 para um (1) ano, C5 para dois (2) anos e C6 para
cinco (5) ou mais anos.
A partir da classe, entra-se no quadro da árvore de decisão e para cada parâmetro se tem
uma providência - P - a ser adotada, ou uma não providência - N - que significa que aquele
parâmetro naquela classe não será levado em consideração ou que não precisa ser
implementado.
Nos itens que se seguem serão descritos os procedimentos para classificação das várias
Atividades de uma rodovia em uma atividade mineira, com base no Sistema Viário de
Minas.
103
3.7.3
Esquematização do Manual de um Sistema Viário de Minas
A Figura 3.45 a seguir apresenta de forma funcional o Manual de um Sistema Viário.
Figura 3.45 - Esquematização do Manual de Um Sistema Viário de Minas.
3.7.4
Projeto Geométrico - PG
A Tabela 3.17 apresenta os elementos necessários para um projeto geométrico
104
Tabela 3.17 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto
geométrico
PROJETO GEOMÉTRICO
CLASSE
Parâmetro
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Distância de frenagem
Distância de visibilidade
Largura
Superelevação
Raio de curvatura
Transição para superelevação
Inclinação para dimensionamento de drenagem
Greide
Interseções entre elementos geométricos
Leiras de segurança
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P - Providência
N - Não Providência
Já o seu funcionamento é conforme Figura 3.46
Classes:
C1 - 1 mês
C2 - 3 meses
C3 - 6 meses
C4 - 1 ano
C5 - 2 anos
C6 - 5 anos ou mais
Figura 3.46 - Esquematização do Projeto Geométrico.
105
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
3.7.5
Projeto Estrutural - PE
A Tabela 3.18 apresenta os elementos necessários para um projeto estrutural
Tabela 3.18 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto estrutural
PROJETO ESTRUTURAL
CLASSE
PARÂMETRO
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Revestimento P P P P P P
Base
P P P P P P
Sub-base
P P P P P P
Subleito
P P P P P P
Figura 3.47 - Esquematização do Projeto Estrutural.
106
3.7.6
Projeto de Drenagem – PD
A Tabela 3.19 apresenta os elementos necessários para um projeto de drenagem
Tabela 3.19 - Manual de um Sistema Viário de Minas para um projeto de
drenagem
PROJETO DE DRENAGEM
CLASSE
PARÂMETRO
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Valetas de proteção de corte
Valetas de proteção de aterro
Sarjetas de aterro
Sarjetas de corte
Descidas d'água
Saídas d'água
Caixas coletoras
Bueiros de greide
Dissipadores de energia
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Figura 3.48 - Esquematização do Projeto de Drenagem.
107
P
P
P
P
P
P
P
P
P
3.7.7 Construção - C
A Tabela 3.20 apresenta os elementos necessários para construção
Tabela 3.20 - Manual de um Sistema Viário de Minas para construção
CONSTRUÇÃO
CLASSE
PARÂMETRO
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Subleito
P P
P
P
P
P
Sub-base
P P
P
P
P
P
Base
N
N
P
P
P
P
Anti- pó
N N
P
P
P
P
Fonte: Oliveira Filho et alli 2009.
Figura 3.49 - Esquematização de Construção. Fonte: Oliveira Filho et alli 2009.
108
3.7.8
Manutenção - M
A superfície da estrada é responsável pela segurança, qualidade, eficiência e custos
referentes à manutenção dos caminhões que trafegam pela via e relacionados
frequentemente ao gasto de combustível, lubrificantes e desgaste dos pneus. No entanto, a
manutenção da via depende do material constituinte desta, do volume de tráfego, das
intempéries e das práticas de manutenção.
Assim, os materiais usados na construção das camadas do pavimento influenciam
diretamente na qualidade final da estrada, pois a utilização de materiais de qualidade
diminui a ocorrência de defeitos na via, evitando a deterioração da estrada.
Os parâmetros adotados pelo presente trabalho especificam que para a realização de
manutenção adequada devem-se substituir os materiais desgastados através de tecnologias
de compactação eficientes, e recompor os agregados superficiais para evitar a formação de
poeira. No mais, é necessário assegurar o funcionamento eficiente do sistema de drenagem,
pois este é vital para a conservação da via.
3.7.9
Manual de um Sistema Viário de Minas - READEQUAÇÃO - R
Para a readequação das vias de acesso às minas é necessário levantamento de campo para
classificar as estradas segundo o tempo de vida útil destas, e assim, aplicar os projetos
geométrico, estrutural e de drenagem segundo os parâmetros determinados pelo Manual de
um Sistema Viário de Minas.
109
CAPÍTULO 4 - APLICAÇÃO DO MANUAL EM ESTUDOS DE
CASOS
4.1
DIAGNÓSTICO TÉCNICO
4.1.1
Caracterização das minas
4.1.1.1 Mina de Conceição
O Complexo Itabira, produtor de minério de ferro, situa-se na porção nordeste do
Quadrilátero Ferrífero, no município de Itabira, localizado a aproximadamente 100 km de
Belo Horizonte, conforme mapa da Figura 4.1, e é formado pelas minas de Conceição, Cauê
e Minas do Meio (Dois Córregos, Periquito, Onça e Chacrinha).
Esse complexo possui uma grande relevância, não só pela constituição da CVRD em 1942,
a partir da aquisição de ativos minerários das minas de Itabira, como também pelo fato de
que a mina de Cauê, até a implantação de Carajás, era a maior mina produtora de minério
de ferro do Brasil. Apesar da mina de Cauê encontrar-se atualmente paralisada, a mina de
Conceição possui a maior capacidade produtiva anual (65 milhões de toneladas) sendo a
maior mina da Vale do sistema Sul-Sudeste (ver Figura 4.1). Atualmente as minas ativas do
Complexo Itabira são: Conceição, Dois Córregos e Periquito. A mina de Cauê funciona
apenas para depósito de estéril e rejeito; na mina de Onça só existe desenvolvimento; e a
mina de Chacrinha está paralisada há dois anos.
A reserva total da mina de Conceição é de cerca de 1.534 Mt com teor médio de 46.08% de
Fe e a das minas do Meio é de cerca de 1.444 Mt, com teor médio de 51.79% de Fe. No
total referente às minas ativas foram avaliadas 2,97 bilhões de toneladas com 48,85% Fe e a
capacidade produtiva anual é de 65 milhões de toneladas de produtos (sinter feed e pellet
feed fines).
110
Figura 4.1 - Localização do Complexo Minerador de Itabira no Quadrilátero
Ferrífero - MG
As Figuras 4.2 e 4.3 mostram uma visão geral desse empreendimento.
Figura 4.2 - Mina de Conceição: visão geral
Fonte: dados do autor
111
Figura 4.3 – Foto aérea do empreendimento
Fonte: Dados do Autor
O processamento do minério de Conceição ocorre na própria mina, enquanto nas demais
minas em operação (Minas do Meio) é realizado na mina de Cauê. O estéril é constituído de
itabirito compacto e xistos e sua relação estéril/minério é de 3/1.
Segundo relatório feito por Visser (2008) existem basicamente dois materiais disponíveis
na mina, nomeadamente acordo itabirito e resíduos itabirito após as operações de
classificação.
Não há nenhuma laterita disponível. Embora se tenha cuidado especial na seleção do
material para a camada de resvestimento, existe um grande problema com derramamento de
material durante o transporte.
112
A Figura 4.4 apresenta um caminhão à esquerda, carregando “ lama” e espalhando o
material pela estrada. Isto resulta em uma superfície muito úmida. Este problema surgiu
porque os caminhões foram projetados para transportar minério, que tem densidade maior
que os resíduos de materiais.
Consequentemente, como os caminhões estão com a capacidade esgotada, ocorre o
derramamento do material. A solução é melhorar/aumentar os lados do caminhão para que
uma maior quantidade do material seja transportada sem causar o derramamento. De acordo
com as minas, isto é planejado.
A alternativa de produzir caminhões personalizados também é considerada. No entanto,
sem prevenir o derramamento de material, não existe interesse para instalar um sistema de
gerenciamento de rede de estradas, sendo a seleção de materiais para o revestimento e a
marcação de manutenções sem sentido. O impacto da poluição do revestimento será
discutido mais abaixo.
Figura 4.4 - Derramamento de lama do caminhão.
Fonte: Dados do Autor.
113
A Figura 4.5 mostra uma seção longitudinal dessa mina.
Figura 4.5 - Mina de Conceição
(visão longitudinal)
114
4.1.1.2
Mina de Fábrica Nova
A mina de Fábrica Nova integra o Sistema Sul da Vale, compondo o Complexo Mariana
(Figura 4.6) e dista aproximadamente 34 km da cidade de Mariana, principal centro urbano
mais próximo. Em 2005 a Vale passou a ser a controladora do empreendimento, até então
pertencente à Alcan, cujo minério lavrado era o capeamento da mina (bauxita).
Figura 4.6 - Mapa de Localização da Mina de Fábrica Nova
A Figura 4.7 mostra um aspecto dessa mina.
Figura 4.7 - Mina de Fábrica Nova: visão geral – Fonte: Dados do autor
115
O Complexo Mariana engloba ainda duas outras minas em atividade produtiva: Alegria e
Fazendão. da cava. A mina de Fábrica Nova opera em duas cavas a céu aberto denominadas
Cava Norte e Cava Sul, sendo que a lavra concentra-se na Cava Norte. A mina tem
capacidade nominal de produção de 15 milhões de toneladas de minério de ferro por ano.
A movimentação anual em 2008 foi de 70 Mt e o estéril removido no mesmo ano foi da
ordem de 41 Mt. Os principais materiais presentes na mina são hematita compacta, itabirito
friável rico, laterita e metabasito. O beneficiamento do minério é realizado na usina de
Timbopeba.
Há uma estrada de acesso asfaltada de propriedade da Vale e uso exclusivo da empresa e de
terceirizados ligando as minas de Fábrica Nova, Alegria e Fazendão, totalizando
aproximadamente 20 km (Figura 4.8).
Figura 4.8 - Estrada de Acesso à Mina de Fábrica Nova
116
4.1.2
Vias de Acesso
4.1.2.1
Especificações Geométricas
a)
MINA DE CONCEIÇÃO
As especificações de traçado geométrico dos acessos seguem conforme descrito:
Largura das vias: 27 a 30 metros, o que corresponde a aproximadamente três vezes
a largura do caminhão 793D de 240 t.
Grade da rampa: 8,5%.
Raio de curvatura: 30 metros.
Espessura da estrutura do pavimento: 3 metros.
Velocidade média: 20 km/h dos caminhões fora de estrada.
Distância média de transporte - DMT - total: 43 km sem revestimento betuminoso
(acesso não pavimentado). A DMT das minas do Meio à mina de Cauê é de 4,3 km,
sendo que a extensão de manutenção corresponde a 5 km.
Distância entre a mina de Cauê e a mina de Conceição: 14 km.
b)
MINA DE FÁBRICA NOVA
A principal estrada de acesso à mina tem 1,3 km de extensão. As rampas possuem grades de
10 a 12%, com algumas exceções que chegam até 13%. Os bancos de lavra possuem 10
metros de altura com bermas de 10 metros de largura. A largura de projeto dos acessos é de
25 metros.
117
4.1.2.2
a)
Caracterização dos Equipamentos de Infraestrutura e Transporte
MINA DE CONCEIÇÃO
A frota de equipamentos alocada para a infraestrutura consiste em: quatro tratores 854G,
quatro motoniveladoras CAT 24H, duas motoniveladoras CAT 16M, 07 caminhões pipa
(capacidade 100.000 litros) e uma retro-escavadeira (Figura 4.9).
Os equipamentos de transporte de minério e estéril são: 72 caminhões fora-de-estrada
(Figura 4.10) com estimativa em 2010 de aumentar para 90, e 07 caminhões rodoviários.
É possível atestar que a frota de equipamentos de infraestrutura e de transporte, bem como
o quadro de pessoal para esse fim, são plenamente adequados ao volume de material
movimentado no complexo e à expressividade das minas que o compõe.
Figura 4.9 - Retro-Escavadeira
118
Figura 4.10 - Caminhão fora-de-estrada
b)
Os equipamentos de infraestrutura que atendem à mina consistem de: pá mecânica 980,
utilizada para retirada de material nas bordas das estradas e construção de leiras (Figura
4.11); motoniveladora Komatsu TP4703, usada basicamente em manutenção de acessos,
“quebra de pilhas de minério” e retirada de material em canto de leiras (Figura 4.12), sendo
que duas trabalham 24 h e duas 16 h; trator Komatsu 375A (Figura 4.13); trator CAT D9R,
usado no controle da drenagem (Figura 4.14); e rolo compressor (Figura 4.15). O rolo ainda
não está sendo utilizado e será destinado à compactação de pontos de incidência de
borrachudos (Figura 4.16) em vias de minério e estéril de longa duração.
A frota de equipamentos de transporte é composta por 31 caminhões fora de estrada 785 150 t - (Figura 4.17) e caminhões rodoviários. Nos locais denominados Pilhas IB2 e IB3, o
minério britado de Fábrica Nova é basculado, carregado por carregadeiras 980 (3) e
transportado até Alegria por meio de caminhões Volvo (24) 50 t (6 eixos) e Scania 38 t
(8x4) adaptados para a Vale (Figura 4.18).
119
Os caminhões pipa pertencem a uma frota terceirizada da empresa (Figura 4.19). Segundo
Visser (2008), a mina utiliza uma frota de caminhões 31 CAT 385 para transportar o
minério e estéril.
Há um centro de manutenção de carregadeiras e caminhões em Fábrica Nova (Figura 4.20).
A manutenção dos tratores, no entanto, é feita nas instalações de Alegria.
Um transportador de correia de longa distância (TCLD) faz o transporte do minério britado
de Fábrica Nova até Timbopeba (onde é empilhado em pilha chevron), ao longo de um
percurso de 11 km (Figura 4.21).
Muito próxima ao britador primário há uma estrutura de calibração e lubrificação de rotina
para os caminhões.
Figura 4.11 – Pá mecânica
120
Figura 4.12 – Moto-niveladora
Figura 4.13 – Trator Komatsu
121
Figura 4.14 – Trator CAT
Figura 4.15 – Rolo compressor pé-de-carneiro
122
Figura 4.16 – “Borrachudos”
Figura 4.17 – Caminhão fora-de-estrada
123
Figura 4.18 – Caminhão Scania
Figura 4.19 – Caminhão-pipa
124
Figura 4.20 – Centro de manutenção
Figura 4.21 – Transportador de correia de longa distância - TCLD
125
4.1.2.3
a)
Metodologia de Construção e Experiências Anteriores
MINA DE CONCEIÇÃO
O pavimento é constituído pelos seguintes materiais: gnaisses/xistos (rochas estéreis),
quartzito alterado, laterita, itabirito compacto, hematita e rejeito de jigagem. As etapas
construtivas seguem o padrão descrito a seguir:
Remoção de três metros de argila.
Disposição do gnaisse e/ou xistos em duas camadas (Figuras 4.22, 4.23 e 4.24) de
1,5 m de espessura cada, para a formação da base e sub-base. Na mina do Periquito
a espessura chega a 5 metros. Existem áreas específicas (Figuras 4.25 e 4.26) para o
estoque desses materiais, que estão localizadas na mina de Dois Córregos. Esses
materiais possuem duas granulometrias, sendo que para a maior era necessário
britar, mas atualmente usa-se a perfuratriz para obter tal rendimento. Por fornecer
um melhor resultado na compactação, os gnaisses são preferencialmente usados no
lugar dos xistos. Nesse processo de disposição, utiliza-se caminhão para bascular,
trator para dispor e motoniveladora para o acabamento final. Eventualmente, usamse o quartzito alterado e a laterita em substituição ao gnaisse e ao xisto.
Deposição do rejeito de jigagem (Figura 4.27) para a formação do revestimento
(forro final), formando uma camada que varia entre 40 e 50 cm. O rejeito foi
escolhido como material de revestimento por ser altamente drenante e, por ser
poroso, funciona como uma “esponja”. Existem locais próprios que esses materiais
ficam estocados para esta utilização específica. No período chuvoso, por se tratar de
um material de granulometria “grosseira”, é substituído por itabirito compacto. Para
esse procedimento usa-se a própria escavadeira. Na maioria, os acessos estão
localizados “em cima” de hematita e itabirito.
Compactação de todo o pavimento se faz utilizando trator de esteira e escavadeira.
126
As seguintes práticas foram adotadas para garantir condições adequadas de construção,
segurança no trabalho e manutenção das pistas, com base em experiências anteriores:
Para dar suporte à infraestrutura, existe um setor específico de topografia que
trabalha em regime de horário integral.
Não existe parada em períodos chuvosos e, portanto, a produtividade é alta.
A sinalização é diferenciada e eficiente o que proporciona uma maior segurança no
tráfego dos veículos (Figura 4.28).
Existem saídas de emergência (Figura 4.29) ao longo de algumas vias. Essas saídas
funcionam como uma opção de segurança caso o veículo perca o freio na descida.
O uso da perfuratriz para cominuição dos matacões de estéril objetivando a
construção da base e sub-base foi uma providência eficiente que eliminou o uso
constante do britador.
Leiras de altura equivalente a 2/3 da altura da roda do caminhão fora de estrada (2,0
a 2,5 metros), existentes nas extremidades da via.
O sistema de aspersão fixa combinado com o móvel é de extrema importância para
o controle de emissão de particulados em suspensão.
O sistema de despacho para tratores é um software de alta tecnologia que permite ao
motorista do trator trocar informações em tempo real com o sistema de despacho
eletrônico. Esse sistema tem por objetivo substituir a topografia tradicional,
evitando as constantes idas a campo, otimizando assim o tempo. A topografia
disponibiliza no sistema o levantamento de dados topográficos para definição do
projeto de drenagem.
127
Figura 4.22 - Construção da sub-base e base
Figura 4.23 - Detalhe da construção da sub-base e base
128
Figura 4.24 - Seção típica da construção da sub-base e base
Figura 4.25 - Material usado para base e sub-base: gnaisses
129
Figura 4.26 - Material usado para base e sub-base: xistos
Figura 4.27 - Material usado para revestimento
130
Figura 4.28 – Sinalização de velocidade
Figura 4.29 - Saída de emergência lateral
131
b)
Não há uma padronização na formação da estrutura de todos os pavimentos, que são
construídos conforme variáveis, tais como: tipo de piso original, tempo de duração, objetivo
do uso da pista. O acesso principal à área da mina (Figura 4.30), quando da sua confecção,
seguiu as etapas construtivas abaixo:
Foi feito embasamento com camada de canga. No entanto, não há canga em
abundância para o revestimento das estradas. O pouco material disponível é
proveniente da Cava Sul.
A laterita foi disposta sobre a canga, com posterior revestimento.
Segundo Visser (2008), não há material granuloso disponível para compor as camadas
estruturais da estrada e a canga disponível não é ideal para compor a estrutura da estrada.
Por serem muito pesadas (400 t) e permanecerem por longos períodos nas mesmas frentes
de lavra, as escavadeiras de grande porte (PH1900 AL), exigem tratamento diferenciado nas
praças de operação. É aberta uma trincheira pelo trator, o caminhão bascula o material de
revestimento em uma camada de 1,5 m de espessura e o trator de pneus faz o espalhamento.
Nessas praças são aplicados revestimentos adicionais de poliuretano devido à alta
abrasividade da laterita, danificando as esteiras da escavadeira.
Em geral as estradas da mina são confeccionadas com a abertura do terreno, seguida de
raspagem e aplicação de 0,30 m de revestimento. No entanto, algumas pistas construídas
em cima de camadas competentes de minério não são forradas (Figura 4.31). Existem duas
pilhas de estéril: PDE1 – Santa Rita e PDE2. 70% do material são dispostos na PDE1 e
30% na PDE2. A estrada de acesso à PDE1 possui apenas revestimento de laterita (Figura
4.32).
Os materiais mais usados para revestimento são: um estéril da formação ferrífera (Figura
4.33) e um itabirito pobre da formação ferrífera (Figura 4.34). Fábrica Nova recebe o estéril
de Alegria, sendo parte desse material também usado como revestimento (Figura 4.35).
Esse é um material típico para revestimento de praça para a escavadeira PH1900AL.
132
Consiste em um itabirito bem hidratado. Visser (2008) afirma em seu relatório que a
camada de revestimento de itabirito, por ser muito frágil, necessitaria de manutenção a cada
6 dias. A Figura 4.36, apresenta amostra de itabirito disponível in loco. A Figura 4.37
apresenta comparação de desempenho do itabirito utilizado como revestimento em Fábrica
Nova (FBN01) e Conceição (ITA). Visser (2008) determinou com o equipamento DCP
(Figura 4.38), o índice CBR das vias de Fábrica Nova, que se revelou, nos 200 mm
superiores, igual a 35.
A resistência da via mostrou-se imprópria, pois o CBR indicado para a estrada exercer
desempenho satisfatório é de 60 a 80. O DCP, Dynamic Cone Probing, também conhecido
como o Cone Sul Africano, é um penetrômetro dinâmico, de pequeno porte e uso limitado à
camada superficial do solo, com alcance determinado a 70 cm. O DCP é utilizado para
avaliar subleito e sub-base para projetos de terraplenagem e de pavimentação, para obras de
estradas, pisos ou aeroportos, ou lastro de ferrovias. É um equipamento que poderá ser
correlacionado e substituir o CBR, salvo que uma formulação nova será desenvolvida para
cada trecho ou campo de ensaios, considerado uniforme.
O equipamento funciona melhor em solos finos e o ensaio deverá, conforme padrão
americano, ser procedido até 70 cm profundidade. As seguintes práticas foram adotadas
para garantir condições adequadas de segurança no trabalho, manutenção das pistas e de
taludes, em função de experiências anteriores:
Presença de sete torres de iluminação a diesel, garantindo melhor visibilidade à
noite (Figura 4.39).
Adequação de pneu em cabo elétrico da escavadeira para permitir o manuseio do
cabo pelo próprio operador da escavadeira.
Há um canal direto de comunicação entre operadores dos caminhões que transitam
na mina e operadores de patrol e trator, para a informação sobre eventuais
problemas detectados nas pistas. Essa prática agiliza a resolução dos problemas
encontrados durante a operação.
133
Figura 4.30 – Acesso principal à mina de Fábrica Nova
Figura 4.31 – Pista construída sobre camada competente de minério.
134
Figura 4.32 – Revestimento de laterita
Figura 4.33 – Estéril de formação ferrífera
Fonte: Dados do Autor.
135
Figura 4.34 – Itabirito pobre
Figura 4.35 – Estéril proveniente da mina Alegria
136
Figura 4.36 - Amostra de Itabirito retirada do local
Figura 4.37 - Comparação do desempenho do itabirito utilizado como revestimento
Fonte: Gráfico Grau do Defeito x Dias após a passagem da motoniveladora na
estrada (Visser, 2008)
137
Figura 4.38 - Realização do Ensaio DCP
Figura 4.39 – Torre de iluminação a diesel
138
4.1.2.4
a)
Manutenção e Controle Ambiental
MINA DE CONCEIÇÃO
A mina de Conceição conta com um projeto de drenagem que é seguido de forma eficiente.
Existe uma declividade nas vias (Figura 4.40) direcionando toda drenagem para uma de
suas laterais. Existem saídas ao longo das principais vias para que a água seja direcionada
para áreas de descarga, evitando seu acúmulo e consequentemente problemas ambientais
(Figuras 4.41, 4.42, 4.43 e 4.44).
O sistema de aspersão móvel (Figura 4.45) é realizado por caminhões pipa com capacidade
de 100.000 litros e rodoviários com capacidade de 30.000 litros.
Existe um sistema de aspersão fixa de alta tecnologia que usa acionamento remoto em
função de alterações meteorológicas combinado com sensores de poeira. O sistema de
aspersão fixa (Figura 4.46) está implantado em um trecho ao longo de 14 km de vias.
Em relação ao controle de particulados em suspensão proveniente da movimentação de
equipamentos nas vias, o empreendimento conta com um monitoramento da qualidade do ar
composto por 5 estações e que estão localizados na cidade de Itabira.
A fim de evitar o carreamento de sedimentos ao longo das vias e nos cursos d´agua, foram
construídas barragens de contenção a montante dos acessos (Figura 4.47).
Existem equipes alocadas para a manutenção das vias. Tais equipes se revezam durante 24
horas. Para os acessos com vida útil menor que 2 meses não é dada manutenção periódica.
139
Figura 4.40 - Declividade suave e o ótimo estado de conservação
Figura 4.41 - Saídas nas laterais das vias direcionando a drenagem
140
Figura 4.42 - Detalhe construtivo da drenagem nas saídas laterais
Figura 4.43 - Detalhe construtivo da drenagem nas saídas laterais
141
Figura 4.44 - Sistema de drenagem pouco eficiente
Figura 4.45 - Sistema de aspersão móvel
142
Figura 4.46 - Sistema de aspersão fixo
Figura 4.47 - Barragem de contenção de sedimentos
143
b)
Os acessos considerados de longo prazo consistem na principal estrada de acesso à mina e
nos acessos aos depósitos de estéril. A dinâmica de modificações nos outros acessos é
intensa (mensal).
A principal estrada de acesso à mina tem abaulamentos laterais para direcionamento da
água, o que só ocorre nessa via. Há projeto de drenagem da cava desenvolvido pelo
planejamento de mina.
Nos bancos 900, 910 e 940 há bermas estreitas (10 metros de largura), construídas
exclusivamente com a finalidade de direcionar a drenagem da mina (Figura 4.48). Tais
bermas possuem caimento transversal e longitudinal de 5% e 2%, respectivamente. Há
limpeza do fundo da cava (outras movimentações) e aproximadamente 70% do material é
reaproveitado.
O controle de poeiras em suspensão das pistas é feito por caminhões pipa rodoviários. Na
via principal há também um sistema automático de aspersão fixa com sensores para
determinar o grau de umectação (Figura 4.49). Falta instalar o sistema de estação
meteorológica.
Visser (2008), na avaliação final de seu relatório, conclui que:
o O sistema de drenagem da Mina de Fábrica Nova é satisfatório;
o O itabirito compacto disponível proporciona desempenho satisfatório quando usado
como revestimento;
o Não há nenhum material granuloso disponível no local que possa ser utilizado como
material para a camada base;
o A camada de revestimento do local necessita de manutenção a cada seis dias;
144
Figura 4.48 – Bermas para direcionamento da drenagem
Figura 4.49 – Sistema automático de aspersão fixa
145
4.2
RECOMENDAÇÕES TÉCNO-CONSTRUTIVAS
4.2.1
Mina de Conceição
Uma superfície estradal adequada proporciona, além de maior produtividade, segurança e
conforto para os usuários das vias mineiras. Durante a realização do Diagnóstico Técnico,
percebeu-se que as estradas operantes das minas não proporcionam essas situações, sendo
necessária a aplicação de técnicas que amenizem os problemas sofridos por estas vias,
decorrentes do mau planejamento e do uso de técnicas inadequadas de manutenção. O
complexo minerário de Itabira possui um excelente pacote tecnológico voltado para várias
áreas de atividades, mas tal mina não dispõe de um projeto estrutural adequado na
realização de abertura e pavimentação das estradas, o que acarreta um maior desgaste da
via, gerando gastos elevados com manutenção e afetando a produtividade da via.
Para sanar tais problemas, a metodologia de construção da via mineira deveria ser
modificada, precedida de um projeto geométrico, estrutural e de drenagem. Com tais
projetos em mãos, o primeiro passo seria a regularização e compactação do subleito,
retirando deste todos os restos orgânicos provenientes da abertura inicial da estrada. Em
seguida, deveriam ser colocadas as camadas de sub-base e base, com a preocupação voltada
para a compactação, ou seja, deveria ser construída camada por camada com 30 a 40 cm de
material, gnaisses/xistos (rochas estéreis) e quartzito alterado, que são materiais
provenientes da própria mina e, em seguida, passar-se o rolo compactador até atender ao
projeto estrutural.
O material de revestimento utilizado, o rejeito de jigue, proporciona uma excelente
drenagem, mas o fato desse material ter que ser trocado por itabirito compacto a cada
período chuvoso, aumenta o custo da obra. O recomendado seria, ou fazer uma mistura
desse material com o próprio itabirito compacto, ou utilizar materiais como o cascalho
britado, que fornece características adequadas, como citado no Capítulo 2, para a utilização
no revestimento. Independente do material utilizado, uma compactação bem feita deve ser
peça principal.
146
Assim como o projeto estrutural, o projeto geométrico de Itabira também não foi elaborado.
Desta forma, as vias constituintes da rede viária da mina foram abertas e construídas
baseadas nas facilidades do terreno, sem nenhum tipo de estudo prévio. Portanto, antes da
execução da estrada, deveria ter sido elaborado projeto em que constassem os elementos
geométricos citados na seção 3.1 da presente dissertação, como distâncias de frenagem e
visibilidade, esta última com distância mínima de 150 metros e largura da pista de
rolamento, que deveria ser de no mínimo 3.5 vezes a largura do maior caminhão em
circulação.
Também deveria ser observada a superelevação máxima de 3%, raio de curvatura, que
deveria proporcionar a circulação segura dos caminhões nas curvas, abaulamento da estrada
de aproximadamente 2%, grade (inclinação) constante para evitar o desgaste dos
caminhões, presença de leiras de segurança, evitando a saída dos caminhões da pista,
transição para superelevação e interseção entre os elementos geométricos, que propicia, se
projetado corretamente, o funcionamento eficaz do sistema de drenagem.
4.2.2
Os atuais problemas sofridos pelas vias da Mina de Fábrica Nova poderiam ter sido
evitados ou minimizados, se algumas tecnologias construtivas relacionadas ao
planejamento, concepção e construção das estradas tivessem sido aplicadas no processo de
elaboração e construção da estrutura viária da Mina de Fábrica Nova.
Na verdade, etapas importantes foram negligenciadas no planejamento e construção dessas
vias, causando os atuais defeitos, e incrementando os custos referentes ao transporte de
minério e estéril proveniente da atividade de lavra. Portanto, deveriam ter sido
implementadas técnicas referentes aos projetos geométrico, estrutural e de drenagem.
O projeto estrutural das vias de Fábrica Nova não foi elaborado de acordo com as técnicas
existentes e, por isso, percebe-se hoje que as vias não possuem desempenho satisfatório,
afetando a produtividade da mina.
147
Assim, o projeto estrutural das vias de Fábrica Nova apresentou as seguintes deficiências:
a) deveria ter sido realizado observando-se criteriosamente as etapas de construção e
compactação das camadas; b) todo o material orgânico deveria ser retirado do leito da
estrada na execução do subleito; c) uma camada de reforço do subleito deveria ser
compactada com rolo compactador, caso o subleito não apresentasse condições favoráveis;
d) a base deveria ter sido constituída de material granuloso adequado; e) para a execução
da camada de revestimento, a escolha do material constituinte deveria ser baseada nas
propriedades adequadas para o tráfego e condições das vias dessa mina.
Assim como o projeto estrutural, o projeto geométrico da Mina de Fábrica Nova também
não foi elaborado. Da mesma forma que na mina de Conceição, as vias constituintes da rede
viária dessa mina foram abertas e construídas baseadas nas facilidades do terreno, sem
nenhum tipo de estudo prévio.
Antes da execução da estrada, também deveria ter sido elaborado projeto em que
constassem os elementos geométricos citados na seção 4.1 da presente dissertação.
O projeto de Drenagem presente na Mina de Fábrica Nova exerce desempenho satisfatório,
ou seja, foi elaborado e planejado evitando assim que ocorra a deterioração da estrada,
decorrentes da falta de planejamento e elaboração dos projetos geométrico e estrutural da
via.
Devido à falta de planejamento e elaboração dos projetos geométrico e estrutural e as
técnicas inadequadas de manutenção, faz-se necessária a aplicação de tecnologias que
minimizem os problemas sofridos pelas vias da mina.
Assim, as vias da mina de Fábrica Nova, onde a camada superficial de revestimento é
constituída de itabirito, material que não proporciona um desempenho satisfatório para
estrada, devem passar por processo de reforço da estrutura da estrada e de recolocação do
material da superfície, onde o material atual, desgastado pelas intempéries, seria substituído
por outro cujas propriedades fossem adequadas para a via.
148
4.3
USO DO MANUAL DE UM SISTEMA VIÁRIO DE MINAS
De acordo com o descrito no item 3.7.2 do capítulo 3, o uso do manual tem como objetivo
descrever como proceder em cada etapa de projeto, construção, manutenção e readequação
destas vias, buscando minimizar os custos com técnicas e práticas eficazes, de modo a
aumentar a estabilidade da superfície estradal, mantendo a qualidade e a duração de uso
inicialmente projetado.
O uso do manual baseia-se essencialmente em dados de entrada considerando uma
classificação através da vida útil do acesso.
A partir da definição da vida útil de cada via, tem-se uma gama de informações que, ao
serem adquiridas e formalizadas, formam árvores de decisão para cada etapa de projeto, de
construção e manutenção.
Conforme mencionado no capítulo 4, as vias de acesso são divididas em seis categorias de
acordo com o tempo de permanência.
Assim, a classe C1 refere-se à via com duração de um (1) mês, C2 para três (3) meses, C3
para seis (6) meses, C4 para um (1) ano, C5 para dois (2) anos e C6 para cinco (5) ou mais
anos.
A partir da classificação da vida útil de cada via nas duas minas, entrar-se-á no quadro da
árvore de decisão e para cada parâmetro tem-se uma providência - P - a ser adotada, ou uma
não providência - N - que significa que aquele parâmetro naquela classe não será levado em
consideração ou que não precisa ser implementado.
149
4.3.1
Mina de Conceição
4.3.1.1
Projeto Geométrico
A Tabela 4.1 apresenta os elementos necessários para um projeto geométrico.
Tabela 4.1 – Manual - Projeto Geométrico
Parâmetro
MANUAL - PROJETO GEOMÉTRICO
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
P P P P P P
P P P P P P
Largura
P P P P P P
Superelevação
P P P P P P
Raio de curvature
P P P P P P
P P P P P P
Inclinação para dimensionamento de drenagem P P P P P P
Greide
P P P P P P
P P P P P P
P P P P P P
Fonte: Disponível
P - Providência
4.3.1.2
Projeto Estrutural
A Tabela 4.2 apresenta os elementos necessários para um projeto estrutural.
Tabela 4.2 - Projeto Estrutural
PARÂMETRO
MANUAL- PROJETO ESTRUTURAL
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Base
P P P P P P
Sub-base
P P P P P P
Sub-leito
P P P P P P
Fonte: Disponível
P – Providência
N – Não Providência
150
4.3.1.3
Projeto de Drenagem
A Tabela 4.3 apresenta os elementos necessários para um projeto de drenagem.
PARÂMETRO
Tabela 4.3 - Manual de Projeto de Drenagem
MANUAL - PROJETO DE DRENAGEM
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5
P P P P P
P P P P P
Sarjetas de aterro
P P P P P
Sarjetas de corte
P P P P P
Descidas d'água
P P P P P
Saídas d'água
P P P P P
Caixas coletoras
P P P P P
Bueiros de Greide
P P P P P
P P P P P
C6
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Fonte: Disponível
P - Providência
4.3.1.4
Construção
A Tabela 4.4 apresenta os elementos necessários para a construção.
Tabela 4.4 - Manual Construção
MANUAL - CONSTRUÇÃO
PARÂMETRO
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Subleito
P P
P
P
P
P
Sub-base
P P
P
P
P
P
Base
N
N
P
P
P
P
Anti- pó
N N
P
P
P
P
Fonte: Disponível
P - Providência
151
4.3.2
4.3.2.1
Projeto Geométrico
A Tabela 4.5 apresenta os elementos necessários para um projeto geométrico.
Tabela 4.5 - Manual- Projeto Geométrico
Parâmetro
MANUAL - PROJETO GEOMÉTRICO
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
P P P P P P
P P P P P P
Largura
P P P P P P
Superelevação
P P P P P P
Raio de curvature
P P P P P P
P P P P P P
Inclinação para dimensionamento de drenagem P P P P P P
Greide
P P P P P P
P P P P P P
P P P P P P
Fonte: Disponível
P – Providência;
N - Não providência
4.3.2.2
Projeto Estrutural
A Tabela 4.6 apresenta os elementos necessários para um projeto estrutural.
Tabela 4.6 - Projeto Estrutural
PARÂMETRO
MANUAL - PROJETO ESTRUTURAL
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Base
P P P P P P
Sub-base
P P P P P P
Subleito
P P P P P P
Fonte: Disponivel
P – Providência
N – Não Providência
152
4.3.2.3
Projeto de Drenagem
A Tabela 4.7 apresenta os elementos necessários para um projeto de drenagem.
PARÂMETRO
Tabela 4.7 - Manual de Projeto de Drenagem
MANUAL - PROJETO DE DRENAGEM
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5
P P P P P
P P P P P
Sarjetas de aterro
P P P P P
Sarjetas de corte
P P P P P
Descidas d'água
P P P P P
Saídas d'água
P P P P P
Caixas coletoras
P P P P P
Bueiros de Greide
P P P P P
P P P P P
Fonte: Disponível
P - Providência;
4.3.2.4
C6
P
P
P
P
P
P
P
P
P
Construção
A Tabela 4.8 apresenta os elementos necessários para construção.
Tabela 4.8 - Manual de Construção
MANUAL - CONSTRUÇÃO
PARÂMETRO
CLASSE
C1 C2 C3 C4 C5 C6
Subleito
P P
P
P
P
P
Sub-base
P P
P
P
P
P
Base
N
N
P
P
P
P
Anti- pó
N N
P
P
P
P
Fonte: Disponível
P - Providência
153
CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES
A)
INTRODUÇÃO
5.1
ANÁLISE DOS EFEITOS POSITIVOS ATUAIS
5.1.1
Mina de Conceição
O complexo da mina de Conceição possui uma adequada frota de equipamentos de
infraestrutura de transporte, assim como o quadro de funcionários para esse fim, em relação
ao volume de material movimentado no complexo e à expressividade das minas que o
compõe.
Os materiais utilizados na construção das vias de acesso são oriundos da própria mina, o
que diminui o custo final da obra. Materiais como o gnaisses/xisto, que são utilizados na
sub-base e base, apresentam uma boa resistência e são recomendados para esse fim. O
revestimento feito com material de rejeito revestido com itabirito compacto propicia uma
boa drenagem, por funcionar como uma “esponja” no período chuvoso.
A mina possui um setor de topografia específico para dar suporte à infraestrutura. Possui
sinalização diferenciada e eficiente proporcionando uma maior segurança no tráfego.
As vias mais acidentadas possuem saídas de emergência ao longo de seu trecho que
funcionam como opção de segurança caso o veículo venha perder o freio durante a descida.
O sistema de supressão de poeira é constituído de um sistema de aspersão fixo combinado
com um sistema móvel composto por caminhões pipas com capacidade de 100.000 litros,
que controla com eficiência a emissão de poeira.
154
Contém um sistema de despacho para tratores que é um software de alta tecnologia,
permitindo ao operador da máquina trocar informações em tempo real com o sistema de
despacho eletrônico. Esse sistema tem por objetivo substituir a topografia tradicional,
evitando as constantes idas a campo, otimizando assim o tempo. A topografia disponibiliza
no sistema o levantamento de dados topográficos para definição do projeto de drenagem.
Essa mina faz uso de um sistema eficiente de drenagem que se caracteriza por uma
declividade das vias, onde toda água é direcionada para as canaletas. Essas, por sua vez,
direcionam todo o fluxo para áreas de descargas, evitando seu acúmulo e consequentemente
gerando problemas ambientais.
5.1.2
As vias de acesso mineiras são caracterizadas pelo importante papel dentro de todo
processo da atividade de lavra. As falhas em sua concepção não desmerecem este papel,
embora prejudiquem bastante seu funcionamento e desempenho. Nas minas visitadas
durante o diagnóstico técnico, percebeu-se que as estradas de minas possuem alguns
aspectos peculiares, como a falta de padronização na construção destas vias, que são abertas
segundo o tempo de utilização, o material disponível no local e o objetivo do uso da pista.
Alguns aspectos positivos foram encontrados durante a visita à mina de Fábrica Nova. Estes
consistem no excelente sistema de drenagem, na utilização de itabirito compacto como
camada de revestimento, que exerce desempenho satisfatório, e na adoção de medidas de
segurança para proporcionar condições favoráveis de trabalho aos funcionários.
Estas medidas consistiram na instalação de sete torres de iluminação a diesel, na formação
de um canal direto de comunicação entre os operadores de caminhões que operam nas
minas, que se alertam mutuamente sobre eventuais problemas, e na adequação de pneu em
cabo elétrico, que permite o manuseio do cabo pelo próprio operador da escavadeira.
155
Destaca-se na Fábrica Nova o fato desta possuir um rolo compactador, que seria utilizado
em trechos com alta incidência de borrachudos.
Nesta mina há um centro de manutenção de carregadeiras e caminhões, e estrutura de
calibração e lubrificação de caminhões, aspectos positivos que merecem destaque.
No entanto, são escassas as medidas adotadas em relação aos projetos geométricos e
estruturais das vias mineiras, pois não é feito nenhum tipo de planejamento para a
construção de estradas pelas companhias mineradoras, que as negligenciam.
5.2
DEFICIÊNCIAS CONSTATADAS
5.2.1
Consequências de Práticas Inadequadas
De acordo com o Diagnóstico Técnico feito na mina de Conceição, constatou-se que a
prática de compactação de todo o pavimento se faz utilizando trator de esteira e
escavadeira, o que não oferece uma boa compactação, resultando assim em maiores gastos
em manutenções futuras tanto da via quanto do maquinário de tráfego.
Destacam-se as espessuras de camadas adotadas para a base e sub-base que variam de três a
cinco metros de mina para mina, valores estes que geram um gasto excessivo de material e
mão–de–obra.
Tais espessuras causam uma elevação no custo total da estrada de mina, sendo que as
poderiam ser minimizadas se elaborado um projeto estrutural adequado, conforme já dito na
seção 3.2.
156
5.2.1.2
Durante a realização do Diagnóstico Técnico constatou-se que alguns defeitos encontrados
nas vias mineiras não ocorreram devido às intempéries, mas foram consequências de
práticas não especificadas pelas normas ou inadequadas.
Estas ações causaram uma série de problemas nas vias mineiras, como exemplo, a
utilização da canga disponível no local como material constituinte da camada base, que
acarretou deficiências estruturais na estrada.
Portanto, embora a camada de revestimento de itabirito tenha um desempenho adequado, a
utilização da canga como material da base proporcionou o surgimento de defeitos na
superfície estradal, pois esse material não contém as propriedades ideais para a constituição
de uma camada estrutural.
5.2.2
Consequências da Ausência de Procedimentos
Para se obter uma estrada de mina segura e trafegável é necessário todo um planejamento.
Fatores como o tipo de atividade da mina, as máquinas que irão trafegá-la e a vida útil da
mesma devem ser levados em consideração nesse planejamento.
Nas minas visitadas para a elaboração do diagnóstico técnico, percebeu-se que não foi feito
nenhum tipo de planejamento em relação a esses projetos, sendo as vias mineiras abertas e
construídas inadequadamente, de forma empírica, utilizando para isto de profissionais
incapacitados para tal função.
5.2.2.1
Mina de Conceição
A mina de Conceição não possui na etapa de construção das vias, a regência de um projeto
estrutural, fazendo com que se use muito material nas camadas da estrada sem se preocupar
com a ausência de uma boa compactação.
157
Isso ocasiona um aumento significativo no custo total da via, além de acarretar um maior
gasto com a atividade de recuperação da via.
5.2.2.2
Na mina de Fábrica Nova constatou-se que não foi feito nenhum tipo de estudo ou teste
para a construção das camadas.
Consequência disto é que a camada de revestimento de itabirito, material disponível no
local, não tem a resistência necessária, necessitando de manutenção constante, que também
não é realizada.
Assim, as superfícies das estradas da Mina de Fábrica Nova não são adequadas para o
tráfego, o que propicia problemas nos veículos e equipamentos que nelas operam,
incrementando os custos referentes ao transporte.
5.2.3
Consequências de Deficiências da Infraestrutura
Conforme citado na seção 4.1 do Diagnóstico Técnico, a mina de Conceição embora possua
um cuidado especial com o material de revestimento da via, há um ressaltante problema
com os materiais que sofrem derramamento durante o transporte, resultando em uma
estrada mais úmida, o que favorece um maior desgaste dos caminhões.
Este problema surgiu devido ao fato de terem sido os caminhões projetados para transportar
minério de maior densidade que os resíduos de materiais.
158
5.2.3.2 Mina de Fábrica Nova
Na visita à mina de Fábrica Nova, constataram-se algumas deficiências relacionadas à
infraestrutura da mina, pois nesta não há uma estação meteorológica operante, e alguns
equipamentos, como o rolo compactador, equipamento importante na compactação das
camadas, não está em utilização.
5.2.4
Consequências da Deficiência de Mão-de-Obra
Para o planejamento e construção de uma estrada mineira, é necessária a capacitação e
habilitação de profissionais especializados, para que estes sejam capazes de construí-la
eficientemente, regidas por técnicas desenvolvidas e estudadas. No entanto, percebem-se
poucos esforços no sentido de profissionalizar a mão de obra mineira.
5.3
CORRELAÇÕES DE METODOLOGIAS CONSTRUTIVAS
Constatou-se que ambas as minas apresentam projeto geométrico estruturado, com ênfase
na supressão de particulados sólidos e na elaboração e execução de sistema de drenagem
eficaz. Na mina de Conceição o material usado para revestimento da estrada, rejeito de
jigue, é considerado adequado e eficiente, enquanto em Fábrica Nova, a camada de itabirito
que constitui o revestimento da estrada exerce desempenho insatisfatório, necessitando de
manutenção constante.
As minas estudadas apresentaram ausência de um projeto estrutural, voltado principalmente
para parte de compactação do solo. A mina de Conceição não possui nenhum instrumento
adequado para fazer a compactação, sendo essa praticada com o próprio maquinário que
constrói o pavimento, enquanto a mina de Fabrica Nova apesar de possuir um rolo
compactador, não é utilizado na construção das vias.
159
Muitas ações com intuito de promover a segurança dos usuários que trafegam pela
superfície estradal foram adotadas pelas minas. Dentre outras, pode-se destacar a
implantação de sistema de sinalização eficaz e saídas de emergência em Itabira e a
instalação de torres de iluminação em Fábrica Nova.
Portanto, percebe-se que as minas de Itabira e Fábrica Nova possuem aspectos viários
similares, sendo ambas passíveis e carentes de aplicação de novas técnicas construtivas.
B)
CONCLUSÕES
Baseado nas atividades desenvolvidas no presente trabalho com destaque para os itens:
Análise dos Efeitos Positivos Atuais e Deficiências Constatadas nas Minas de Itabira e
Fábrica Nova foram observada várias deficiências em decorrência da ausência ou equívoco
na aplicação da engenharia de pavimentos. Dentre as principais carências e ineficiências
técnicas, destacam-se: inexistência de uma prática de compactação adequada, utilização de
materiais inadequados como constituinte das camadas, espessuras de camadas adotadas
para a base e sub-base muito acima do recomendado, ausência de planejamento em relação
aos projetos geométrico, estrutural, drenagem e de construção, utilização de profissionais
incapacitados, derramamento de materiais durante o transporte, inexistência de estação
meteorológica operante.
Todos os problemas relatados acarretarão gastos com manutenções e recuperação da via,
maquinário, material construtivo e mão de obra proporcionando uma elevação no custo
total da estrada de mina. Destaca-se ainda em decorrência dos problemas analisados a
questão da segurança dos trabalhadores, consequência imediata da insegurança causada pela
ausência de projeto geométrico e estrutural.
Diante do relatado na presente dissertação é possível perceber que ainda não existe uma
engenharia de pavimentos voltada para as estradas de minas, sendo isto ainda uma
deficiência nas aplicações da engenharia de minas.
160
Essa falta de aplicação dos conceitos de engenharia de pavimentos faz com que o método
de construção seja feito de forma empírica, ocasionando praticas de manutenção
inadequadas que geram um elevado custo durante toda a vida do empreendimento.
Fica evidente portanto, que a aplicação do Manual de um Sistema Viário de Minas da forma
sugerido nesta dissertação é necessário e imperativo cujo objetivo é descrever como
proceder em cada etapa de projeto, construção, manutenção e readequação destas vias
(conforme detalhado anteriormente), o que minimizará consideravelmente os custos com
técnicas e práticas ineficazes, de modo a aumentar a estabilidade da superfície estradal,
mantendo a qualidade e a duração de uso inicialmente projetado.
C)
RECOMENDAÇÕES PARA NOVOS TRABALHOS
Com o intuito de aperfeiçoar e dar continuidade ao estudo da presente dissertação são
citadas abaixo algumas sugestões para futuros trabalhos.
Estudo dos materiais secundários oriundos da mina para a utilização nas camadas
estruturais das vias.
Aplicação das técnicas construtivas propostas neste trabalho em via experimental
assim como análise dos resultados obtidos comparando com os custos das técnicas
anteriormente praticadas.
Análise dos impactos causados pela má conservação das estradas de minas, na
produtividade da atividade de lavra.
Estudo e aplicação de sistema de gerenciamento de manutenção de estradas voltado
para as vias mineiras.
Levantamento de custos referentes à manutenção de vias mineiras bem como dos
equipamentos que são empregados.
161
Controle de compactação no campo baseado em ensaios laboratoriais de
compactação.
162
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165

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