ENGENHARIA GEOTÉCNICA EM PROJETOS DE MINERAÇÃO … · (TB360 da NBR 7189) é cerca de duas vezes mais pesado do que o trem-tipo (TB170) aplicável a comboios para passageiros

ENGENHARIA GEOTÉCNICA EM

PROJETOS DE MINERAÇÃO Sandro S. Sandroni, Geoprojetos

14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO

1 – O QUÊ DIFERENCIA A PRÁTICA GEOTÉCNICA NA ÁREA

DE MINERAÇÃO?

2 – EXEMPLOS DE CONTRIBUIÇÃO DA ENGENHARIA

GEOTÉCNICA PARA A INDÚSTRIA DE MINERAÇÃO:

• Exemplo 1 - Uso de resíduos de mineração para redução

de custo de base rodoviária

• Exemplo 2 - Uso de geossintéticos para aumentar a vida

útil de lastro ferroviário

• Exemplo 3 – Instrumentação geotécnica no monitoramento

de obras de mineração - Convivência de uma empilhadeira

com um talude instável

1 – O QUÊ DIFERENCIA A

PRÁTICA GEOTÉCNICA NA

ÁREA DE MINERAÇÃO?

Uma diferença marcante entre a área de mineração

e as demais áreas em que se pratica a engenharia

civil geotécnica são as dimensões.

Na área de mineração a céu aberto o tamanho das

máquinas e a intensidade das cargas é muito maior

do que em outras áreas.


CORTES E ATERROS

ALTURA DOS TALUDES

Um corte com 40 ou 50 m de altura é considerado “muito alto” em

qualquer obra civil (estrada, ferrovia, indústria, etc.).

Em minas a céu aberto, alturas de 300 ou 400 m são comuns. As

minas mais altas terminam com taludes de 1.000 m ou mais.

VOLUME DE CORTE

Um volume de corte de 100.000 m3 é considerado “muito grande”

para um empreendimento residencial.

Em empreendimentos industriais recentes , com movimento de terra

considerado “extremamente grande” (Renest, Comperj, CSA) o

volume total de corte foi de 10 a 20 milhões de m3.

Em minas a céu aberto, é comum que o volume de corte anual seja

dessa ordem. O volume total escavado de uma mina a céu aberto

pode chegar ao bilhão de m3 .


Mina Chuquicamata, Chile - Cobre

Altura dos taludes ~ 1.000 m

Mina Grasberg – Indonésia – Cobre

Altura dos taludes esperada para 2015 ~ 1.100 m

Mina Udachnaya, Rússia – Diamante

Altura dos taludes ~ 600 m

2 KM


Minas Dois Córregos - Cauê, Brasil – Ferro

Altura máxima dos taludes ~ 400 m

0,5 KM


Mina Águas Claras, Brasil – Ferro

Altura dos taludes ~ 300 m

TRANSPORTE

TERRESTRE

CAMINHÕES FORA DE ESTRADA: Cargas de 200 a 300

toneladas são comuns em minas a céu aberto ao passo

que, um caminhão com carga de 20 toneladas é

considerado pesado em outras obras.

FERROVIAS COM CARGAS ELEVADAS: O trem-tipo

para ferrovias destinadas a transporte de minério de ferro

(TB360 da NBR 7189) é cerca de duas vezes mais pesado

do que o trem-tipo (TB170) aplicável a comboios para

passageiros.



OS MAIORES CAMINHÕES E

ESCAVADEIRAS DO MUNDO


OS MAIS LONGOS E MAIS PESADOS TRENS DO

MUNDO

ESTOCAGEM DE MINÉRIO

(PÁTIOS)

PILHAS COM PESO ELEVADO: Uma pilha de minério de

ferro com 18 m de altura exerce pressão da ordem de 50

t/m2 no centro da base (o que equivale a um edifício com 50

ou mais andares).



1500 m N

PORTO ITAGUAÍ, RJ


500 m N

PÁTIO ILHA GUAÍBA, RJ


VIRADOR DE VAGÕES

ESCAVAÇÕES ESCORADAS DE GRANDE PORTE.

Escavações com até 25 m de profundidade (ou seja, altura

de um prédio de 8 a 10 andares) e com área de varias

centenas a alguns milhares de m2 são necessárias para

construção de viradores de vagões.


VIRADOR DE VAGÕES


VIRADOR DE VAGÕES


TRANSPORTE MARÍTIMO

• As cargas exercidas pelos maiores navios que

transportam minério de ferro (ULOC - ultra large ore

carriers) estão entre as maiores consideradas em

projetos portuários. Por exemplo: carga nos cabeços

de amarração da ordem de 200 t ao passo que em

portos de carga geral 100 t é considerada uma carga

alta.

• Os calados exigidos (até 23 m) disponíveis apenas

em alguns poucos portos.


VALE BRASIL DWT = 400.000 t COMPRIMENTO = 365 m LARGURA = 66 m CALADO = 23 m

Entrou em operação este ano – Maior do mundo

Cortesia Engs.

Peotta e Kuzolitz



NAVIOS GRANELEIROS – ULOC (CAPE SIZE) x NAVIOS GRANDES DE CARGA GERAL (PANAMAX)

[Cortesia Engs. Peotta e Kuzolitz]

2 – EXEMPLOS DE CONTRIBUIÇÃO DA

ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA A

INDÚSTRIA DE MINERAÇÃO:

• Exemplo 1 - Uso de resíduos de mineração para

redução de custo de base rodoviária

• Exemplo 2 - Uso de geossintéticos para aumentar

a vida útil de lastro ferroviário

• Exemplo 3 – Instrumentação geotécnica no

monitoramento de obras de mineração -

Convivência de uma empilhadeira com um talude

instável


EXEMPLO 1 – USO DE

RESÍDUOS DE MINERAÇÃO EM

BASE RODOVIÁRIA


Itabira, MG

Gomes e Saraiva (2010)

Base mixtureOriginal base

Gravel

Clay

Pavement

Geogrid

Section 1

reference

section

Section 2

base

mixture

Section 3

geotextile

on top the

base

Section 4

geogrid on

top of the

base

Section 5

geotextile

on bottom of

the base

Section 6

Geogrid on

bottom of

the base

GeogridGeotextileGeotextile

SEÇÃO 1

REFERÊNCIA

SEÇÃO 2

MISTURA NA

BASE

SEÇÃO 3

GEOTEXTIL

SOBRE A

BASE

SEÇÃO 4

GEOGRALHA

SOBRE A

BASE

SEÇÃO 6

GEOGRALHA

SOB A BASE

SEÇÃO 5

GEOTEXTIL

SOB A BASE Pavimento

Base Usual

Cascalho

Argila

Base Mistura

Geotextil Geotextil Geogrelha Geogrelha

Pesquisa em estrada usada por caminhões de

minério de ferro, com 6 seções de ensaio, cada

uma com 50 m de comprimento, com 20 cm de

leito argiloso, 15 cm subbase de cascalho, 18 cm

base and 6 cm de asfalto misturado a quente.

ITABIRA, MG (Gomes e Saraiva, 2010)

Base mixtureOriginal base

Gravel

Clay

Pavement

Geogrid

Section 1

reference

section

Section 2

base

mixture

Section 3

geotextile

on top the

base

Section 4

geogrid on

top of the

base

Section 5

geotextile

on bottom of

the base

Section 6

Geogrid on

bottom of

the base

GeogridGeotextileGeotextile25

SEÇÃO 1

REFERÊNCIA

SEÇÃO 2

MISTURA NA

BASE

SEÇÃO 3

GEOTEXTIL

SOBRE A

BASE

SEÇÃO 4

GEOGRALHA

SOBRE A

BASE

SEÇÃO 6

GEOGRALHA

SOB A BASE

SEÇÃO 5

GEOTEXTIL

SOB A BASE Pavimento

Base Usual

Cascalho

Argila

Base Mistura

Geotextil Geotextil Geogrelha Geogrelha

DETALHES DAS SEÇÕES

•base da seção 1: cascalho de mineração CBR=87,9%;

• base das outras 5 seções: mistura de resíduo de mineração com solo local;

• subbase de todas as seções: cascalho de mineração CBR=45,0 a 67,8%;

• leito de todas as seções: argila CBR=7%;


0,47m 0,20m 0,20m 0,47m

0,10m 0,10m

2,37m

3,50m

0,52m 0,1

2m

0,73m

3,30m

1,33m

DEFORMÍMETROS VERTICAIS

26


Instrumentação com deformímetros paralelos e

perpendiculares ao pavimento (ademais: medição

de temperatura e umidade). Ensaios de campo

com viga de Benkelman em diversos momentos

(caminhões 82 kN por eixo com pneus duplos

calibrados a 560 kPa).

0

50

100

150

200

250

300

15

4 +

10

15

5 +

0

15

5 +

10

15

6 +

0

15

7 +

0

15

7 +

10

15

8 +

0

15

8 +

10

15

9 +

10

16

0 +

0

16

0 +

10

16

1 +

0

16

2 +

0

16

2 +

10

16

3 +

0

16

3 +

10

16

4 +

10

16

5 +

0

16

5 +

10

16

6 +

0

16

7 +

0

16

7 +

10

16

8 +

0

16

8 +

10

Maximum deflections

(0,01 mm) Pavement

Base

Sub-base

Sub-grade

0 m 50 m 100 m 150 m 200 m 250 m 300 m

Section 1 Section 2 Section 3 Section 4 Section 5 Section 6

0

50

100

150

200

250

300

15

4 +

10

15

5 +

0

15

5 +

10

15

6 +

0

15

7 +

0

15

7 +

10

15

8 +

0

15

8 +

10

15

9 +

10

16

0 +

0

16

0 +

10

16

1 +

0

16

2 +

0

16

2 +

10

16

3 +

0

16

3 +

10

16

4 +

10

16

5 +

0

16

5 +

10

16

6 +

0

16

7 +

0

16

7 +

10

16

8 +

0

16

8 +

10

Maximum deflections

(0,01 mm) Pavement

Base

Sub-base

Sub-grade

0 m 50 m 100 m 150 m 200 m 250 m 300 m

Section 1 Section 2 Section 3 Section 4 Section 5 Section 6

MA

XIM

A D

EF

LE

XÃ

O (

mm

)

MAXIMA DEFLEXÃO OBTIDA EM ENSAIOS COM VIGA

DE BENKELMAN

0

3

2

1

27


SEÇÃO 1 SEÇÃO 2 SEÇÃO 3 SEÇÃO 4 SEÇÃO 5 SEÇÃO 6

Deflexões da seção com base

mistura e reforço sob a base

(seções 5 e 6) apresentaram

desempenho semelhante ao da

seção convencional (seção 1)

com custo menor.

28


EXEMPLO 2 – USO DE

GEOSSINTÉTICOS PARA

AUMENTAR A VIDA ÚTIL DE

LASTRO FERROVIÁRIO


Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)

2 LOCOMOTIVAS 1600 kN CADA + 100 VAGÕES 1000 kN

CADA , 16 VEZES POR DIA

30


Ferrovia para transporte de minério de ferro. Lastro

fratura perante carga cíclica pesada. Material caro

requerido para manutenção

Ensaio de sub-lastro alternativo com e sem

reforço geossintético.

Sub-lastro alternativo: 50% areia siltosa + 25%

areia siltosa de resíduo de mineração + 25%

cascalho arenoso.

Sub-lastro tradicional: 100% cascalho arenoso;

31


SUB-LASTRO

TRADICIONAL

S6

GEOTEXTIL

NÃO TECIDO

S4

S3

SUB-LASTRO TRADICIONAL: CASCALHO ARENOSO

SUB-LASTRO ALTERNATIVO: 50% AREIA SILTOSA +

25% RESÍDUO DE MINERAÇÃO + 25% CASCALHO AREOSO

S1

GEOGRELHA

32

SUB-LASTRO ALTERNATIVO LASTRO

SUB-LASTRO

SUB-LEITO

DORMENTE SUB-LASTRO LASTRO

CAIXA DE APOIO DA

INSTRUMENTAÇÃO

CANALETA DE DRENAGEM


0

2000

4000

6000

8000

10000

1.00E+05 6.00E+05 1.10E+06 1.60E+06 2.10E+06

Number of axles

Str

ain

()

2.60E+06

strain gauge

S1

S3

S4

S6

12000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1.00E+05 6.00E+05 1.10E+06 1.60E+06 2.10E+06

Number of axles

Stra

in (

)

S1

S3

S4

S6

2.60E+06

strain gauge33


Instrumentação incluiu deformímetros no topo e na base

do lastro.

Monitoramento por 600 dias perante passagem de

2.120.000 eixos.

DEFORMÍMETRO

DEFORMÍMETRO

Até 600.000 eixos o desempenho foi

semelhante para todas as seções.

Depois de 600.000 eixos as seções

reforçadas (S3 e S4) apresentaram

deformação horizontal menor do que a

seção com lastro tradicional (S1).

A seção não reforçada com lastro alternativo (S6)

apresentou o pior comportamento.

34


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

1.00E+05 6.00E+05 1.10E+06 1.60E+06 2.10E+06

Number of axles

Str

ain

()

S1

S3

S4

S6

2.60E+06

strain gauge

DE

FO

RM

AÇ

ÃO

HO

RIZ

ON

TA

L

(mic

rostr

ain

)

100.000 600.000 1.100.000 1.600.000 2.100.000

S6 Alternative Sub-ballast

S1 Traditional

S3 Geogrid

S4 Geotextile

35


NÚMERO DE EIXOS

SUB-LASTRO ALTERNATIVO

SEM REFORÇO

TRADICIONAL

GEOGRELHA

GEOTEXTIL

EXEMPLO 3 –

INSTRUMENTAÇÃO

GEOTÉCNICA NO

MONITORAMENTO DE OBRAS

DE MINERAÇÃO


Basicamente, mede-se:

• Deslocamento superficial (vertical e horizontal) – topografia;

geodesia

• Deslocamento vertical profundo – sistema hidráulico fechado;

sistema magnético; marcos profundos

• Deslocamento horizontal profundo - inclinômetro

• Rotação - defletômetros

• Deformação específica de peças metálicas - deformímetros

• Pressão na água do subsolo - piezômetros

• Pressão no terreno e do terreno sobre estruturas - células de

carga

•Monitoramentos outros: temperatura, pressão atmosférica,

chuva, vazão

INSTRUMENTAÇÃO GEOTÉCNICA EM MINERAÇÃO

EXEMPLO DE USO DE

INSTRUMENTAÇÃO

GEOTÉCNICA: CONVIVÊNCIA

DE UMA EMPILHADEIRA COM

UM TALUDE INSTÁVEL


Geoprojetos (1992)

14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)

Um sistema de correias transportadoras operava

em uma mina de ferro no início da década de 90.

Uma das extremidades desse sistema era uma

empilhadeira destinava a formar pilhas de material

estéril na beira de um talude.



Pouco tempo depois da entrada em operação,

foram notadas trincas superficiais que cruzavam a

plataforma e foram observados deslocamentos no

apoio de concreto das rodas da empilhadeira.


PILHA

INCLINÔMETRO


Foram instalados

inclinômetros, cujas

leituras, juntamente

com as trincas

superficiais, indicaram

a existência de um

movimento de massa.

SUPERFÍCIE DE

RUPTURA INFERIDA

PILHA

SUPERFÍCIE DE

RUPTURA NÍVEL DE ÁGUA

EMPILHADEIRA APOIADA EM TRILHO

SOBRE “MEIA-LUA” DE CONCRETO

SEÇÃO

PLANTA

DETALHE DO APOIO E TRILHO

APOIO E TRILHO


Em presença dessa situação, o Proprietário

decidiu instalar uma nova empilhadeira em

um ponto vizinho estável.

A empilhadeira instalada na zona instável

seria desmontada e utilizada em outro local

do complexo de mineração. Cerca de 6

meses seriam necessários para fazer a

nova instalação.


Nessas circunstâncias, o Proprietário

questionou se a empilhadeira em operação

deveria ser desmontada imediatamente ou

se, durante o período de espera de 6 meses

para a nova montagem, ela poderia

continuar operando.


Caso não fosse possível, haveria uma

incidência muito elevada de custo, pois o

transporte do estéril teria que ser feito por

caminhão fora de estrada, percorrendo

grandes distâncias, enquanto se esperava

pela nova montagem.

Ou seja, indagava-se sobre a viabilidade de

convivência entre o equipamento e o

movimento da encosta.


Foram desenvolvidos estudos, com a participação de

geólogos, engenheiros civis, engenheiros mecânicos e

especialistas em operação do Proprietário, ao cabo dos

quais foi adotada uma convivência da empilhadeira com o

talude instável com as seguintes bases e condicionantes:

1. Podia-se, com razoável grau de segurança, considerar

que os movimentos da encosta seguiriam sendo lentos.


2. Havia um trecho estável da meia-lua de apoio, que se

situava fora da massa em movimento (“refúgio”). A

empilhadeira poderia ser recolhida para o refúgio caso

necessário.


Tempo máximo necessário para recolher a empilhadeira ao

refúgio igual a 10 minutos.

3. O ponto mais sensível aos deslocamentos era o eixo

vertical de rotação da empilhadeira, que ficava fora da massa

instável. Se o nível da meia-lua de apoio fosse ajustado

periodicamente, as condições mínimas de operação da

máquina seriam atendidas.


4. O ajuste do nível da meia-lua podia ser conseguido

utilizando apoio em brita e chapas metálicas.


O sistema de convivência foi

aprovado e o risco foi aceito

(compartilhado) pelo Proprietário.

As principais ações de aplicação

do sistema estão descritas a

seguir.


1. Foi mantido contínuo acompanhamento dos

deslocamentos verticais e horizontais, através de

inclinometria e nivelamentos. Os nivelamentos incluiriam

marcos superficiais e as placas de apoio das rodas da

empilhadeira.

2. Uma equipe de instrumentação geotécnica foi mantida

permanentemente no local, dedicada exclusivamente à

tarefa de medição dos instrumentos.


3. Os limites de deformação foram fixados em função da

inclinação aceitável do eixo central da empilhadeira.


4. O pessoal de operação da empilhadeira recebeu

treinamento específico de modo a ficar atento aos

deslocamentos (sensores de desnivelamento com alarme

foram instalados) e recolher ao refúgio.

5. Em caso de chuva intensa, a empilhadeira era

recolhida ao refúgio, até que a instrumentação

demonstrasse que não estava ocorrendo aceleração dos

deslocamentos.


6. Quando o desaprumo do eixo da empilhadeira

chegava perto do limite fixado, a meia lua de apoio era

alteada com o seguinte procedimento:

• recolher a empilhadeira para o refúgio;

• remover as placas metálicas de apoio das rodas da

empilhadeira;

• altear e nivelar a brita;

• recolocar as placas no nível de operação.


O período de 6 meses (ao longo do qual foram

feitos diversos alteamentos em diferentes pontos

da meia-lua) foi cumprido sem maiores

problemas.

Quando a empilhadeira foi, finalmente,

desativada, tinham ocorrido deslocamentos

verticais e horizontais de dezenas de

centímetros.



OBRIGADO


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ENGENHARIA GEOTÉCNICA EM PROJETOS DE MINERAÇÃO … · (TB360 da NBR 7189) é cerca de duas vezes mais pesado do que o trem-tipo (TB170) aplicável a comboios para passageiros