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Aplicação de geotubos corrugados de PEAD para execução de
travessias em acessos para caminhões fora de estrada
Eng. Carlos Antônio Centurión Panta – Gerente Técnico da TDM Brasil. Campinas/SP. E-mail: ccenturion@tdmbrasil.com.br Telefone: (19) 98230-9797
Eng. Marcus Vinicius Weber de Campos – Engenheiro de Projetos da TDM Brasil. Campinas/SP.
E-mail: mcampos@tdmbrasil.com.br Telefone: (19) 99748-8301
Resumo
As principais e maiores mineradoras do Brasil, como a VALE, utilizam caminhões de magnitude colossal chamados de “fora de estrada” para as suas operações de mineração, buscando elevada produção e redução nos seus custos por tonelada. Esses caminhões, com capacidade para mais de 240m³ de minério, possuem 7,70m de altura e podem superar as 620 toneladas quando carregados. Devido à grande importância que estes caminhões representam para cada mineradora, e pelas complicadas condições climáticas onde normalmente elas se encontram, existem áreas encarregadas de manutenção e operações em mina cujos engenheiros se preocupam em manter os acessos estáveis e em boas condições de circulação para evitar perdas de produtividade.
Especificamente na parte de drenagem, o principal problema dessa equipe de operações era buscar opções para construir travessias da forma mais rápida possível, em substituição aos tubos de concreto reforçado que, com mais de 2,50m de solo de cobertura, comprimento extremamente pequeno, altíssimo peso, alta porcentagem de perda por danos, complicada manipulação e instalação, geravam constantes paralizações no transito dos fora de estrada devido ao fechamento de vias por períodos prolongados onerosos que geravam perda de eficiência na operação de mineração.
É nessa situação que a TDM BRASIL foi contatada para buscar uma solução técnica duradoura e principalmente aceita pelo departamento de segurança da mina. Por se tratar de um trabalho dentro de valas que qualificavam como áreas confinadas, o departamento de segurança não permitia o ingresso de pessoal ou equipamento dentro delas sem proteção previamente instalada. Depois de avaliar o problema, realizar ensaios de caracterização no material disponível na área da mineradora, verificar o desempenho dos tubos usando AASHTO LRFD e software PLAXIS V8.3 de elementos finitos, a TDM BRASIL propôs o uso dos geotubos corrugados de PEAD do tipo N12. Os geotubos PEAD funcionaram exatamente como o cliente esperava, tendo favorecido desde então, o uso deles dentro da VALE, permitindo o fornecimento até hoje de mais de 1,50 quilômetros (divididos em varias seções) de geotubos para as suas principais mineradoras na região.
Informação Geral:
Tipo de Obra: Sistemas de drenagem.
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Data de execução: 12/08/2015 Data de Termino: 27/08/2015
Geossintéticos utilizados: Geotubos AASHTO tipo ADS N-12 corrugados PEAD
Situação Inicial: O problema...
No setor de mineração, os processos de operações em mina são dinâmicos e imprevisíveis, devido à rápida atuação que se deve ter quando ocorrem danos em acessos por chuvas ou escorregamentos, e são mediamente previsíveis partindo do princípio que acessos devem ser gerados diariamente devido à constante mudança dos pontos de extração. Tudo com a finalidade de manter as vias (haul roads) em estado adequado de tráfego para os caminhões chamados de “fora de estrada”. Atender as exigências mínimas desses caminhões não é simples devido à altura e elevado peso dos mesmos. Cada paralização do trafego desses caminhões por manutenção de vias ou, a simples redução de velocidade por inadequada drenagem dos acessos, significam milhares de reais em perdas para a companhia mineradora.
Figura 1. Caminhão CAT 793D usado na mina Periquito da VALE
Comumente são os setores de infraestrutura de mina ou operações de mina que devem lidar com estes problemas e buscar soluções rápidas e simples para atender as exigentes condições de trabalho dos fora de estrada. Especificamente para os sistemas de drenagem, engenheiros dessas áreas tinham dois grandes problemas:
1. Usavam as típicas manilhas de concreto reforçadas ponta-bolsa de 1,00m de
comprimento e até 1.500mm de diâmetro para construir as suas travessias. Com esses materiais estes trabalhos eram especialmente demorados devido ao alto tempo que gerava manipular tais manilhas, agravado pelo mínimo comprimento que elas possuem.
2. O processo de instalação era realizado com equipamento pesado e pessoal de apoio
que necessariamente tinham de entrar nas valas escavadas para completar a instalação das manilhas. Esse processo gerava constantes conflitos com a área de segurança da mina pois, ao requerer de grandes valas para receber as manilhas de 1,50m de diâmetro, esse serviço qualificava como “trabalho em espaço confinado” e os trabalhadores não podiam ingressar sem um confinamento lateral instalado
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previamente, principalmente com equipamento mecânico funcionando e pendurando manilhas sobre ou ao lado deles.
É com essas limitantes e premissas que os engenheiros da área de operações da mina buscaram no mercado brasileiro soluções alternativas que pudessem lhes oferecer agilidade e rapidez de operação, sem gerar conflito com o departamento de segurança.
Com o descarte das soluções típicas como tubulações de aço montadas in loco, devido à demora no processo de instalação e limitada eficiência hidráulica pela sua rugosidade interna, e as tubulações de PEAD lisas com classificação SRD, pelo alto peso de manipulação e necessidade de serem soldadas in loco (o que lhes gerava ainda mais problemas se comparados com as manilhas de concreto), viu-se a necessidade de uma nova solução, e assim contataram o departamento comercial e técnico da TDM BRASIL.
Proposta de Solução:
Devido ao baixo peso dos geotubos de parede dupla ADS N-12 em diâmetros de 1.050mm (217 kg/seção) e 1.500mm (405 kg/seção), o grande comprimento de 6,00m por seção e a sua alta durabilidade e resistência à abrasão, por serem fabricados em PEAD com interior liso, foram rapidamente aceitos como possível solução pela área de operações de mina.
Figura 2. Fabricação e estocagem em obra dos tubos PEAD corrugados.
Cientes que estes diâmetros específicos de 1.050mm e 1.500mm têm sido usados com sucesso quando instalados cumprindo as recomendações da AASHTO e ASTM em rodovias e ferrovias, e que a metodologia de cálculo disponível assumia o uso de solos homogêneos instalados com processos controlados de compactação, foram analisadas em combinação com a equipe técnica da VALE, todas as condições críticas que limitariam o desempenho desta tecnologia. As duas principais foram:
1. O único material disponível para preenchimento das valas de drenagem eram
argilas, areias finas resultantes do processo de ciclonado, areias grossas denominadas “Jigue” e uma combinação com material de maior diâmetro denominado “Itabirito”. Nenhuma delas classificada como CLASSE 1 segundo ASTM2321 indicado como o melhor para o tipo de carga do projeto.
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2. Limitada possibilidade de entrar nas valas escavadas com pessoal de apoio, o que
por consequência significava, nenhuma possibilidade de colocar equipes de compactação que permitissem atingir níveis de compactação conforme PROCTOR normal recomendado pela AASHTO e ASTM.
Após ensaios de laboratório se definiu que o material a ser usado seria o “Jigue”. Esse material se classificava como CLASSE 2 de acordo com ASTM D2321 e permitiu atingir altas densidades simplesmente quando lançado dentro da vala. Com a caracterização do material em laboratório foi possível aplicar a secção 12 do procedimento da AASHTO para cálculo de pontes denominado LRFD (Load Resistance
Factor Design) e determinar a espessura inicial de solo de cobertura a ser colocado
como mínimo sobre o tubo PEAD e este possa resistir às mais de 600 toneladas dos caminhões fora de estrada sem sofrer tensões internas que superem as máximas admissíveis pelo polietileno de alta densidade e também que supere os 5% de deformação máxima limitada pelo fabricante para manter a estanqueidade das juntas de tipo ponta-bolsa.
Figuras 3. Jigue a ser usado nas valas (esquerda) e correspondentes Fatores de Carga e
Resistência AASHTO usados para geotubos PEAD (direita).
Figura 4. Critério de resistência e deformação considerado nos cálculos Tubo ADS
N-12 Deflexão Admissível 5%
5 400mm (min.) 400mm (min.) 1,85m (classe 2) - min. BASE DE AREIA (150mm) DN 42” A espessura mínima de aterro a ser
colocado sobre a diretriz superior do geotubo DN42” foi calculada em 1,85m. Porém, como o método da AASHTO LRFD (2012) considera parâmetros fixos para materiais classificados conforme ASTM D2321 e com níveis de compactação conhecidos ou verificáveis, realizaram-se análises complementares utilizando um modelo em elementos finitos, através do software PLAXIS V8.3, com a finalidade de verificar se a pressão transmitida ao geotubo pelos fora de estrada gerava uma deformação menor a 5% usando os valores exatos do material “jigue” obtidos em laboratório (proctor, cbr e triaxiais). Após verificação a espessura de 1,85m foi mantida.
Com todas as análises finalizadas foi realizada a instalação de uma linha de
aproximadamente 36,00m de comprimento para verificar os cálculos realizados e comprovar que o problema de não ingressar na vala poderia ser superado.
Instalação e Seguimento:
A instalação iniciou com a escavação da vala e a colocação de uma cama de “jigue” de aproximadamente 15,00cm.
Figura 6: Instalação da cama de areia e primeira seção de geotubo PEAD. Figura 5. Seção proposta para travessias de
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O processo de instalação resultou ser mais simples do que o imaginado, com operadores de retroescavadeiras experientes conseguiu-se instalar os geotubos PEAD sem presença de nenhuma pessoa dentro da vala de drenagem conforme solicitado pelo cliente. Cuidou-se também para que a instalação do material de aterro fosse feita em camadas e “compactando” com a concha da retroescavadeira para tentar acomodar o máximo possível o jigue dentro da vala e nos arredores do geotubo PEAD.
Figura 7. Instalação das seções de PEAD sem auxílio manual conforme requerido pela
segurança da mina.
7 Benefícios obtidos com uso de geossintéticos:
1. O uso de geotubos de PEAD foi fundamental para gerar 100% de satisfação do
cliente pois solucionaram problemas que não podiam ser resolvidos utilizando as soluções convencionais.
2. Usando metodologias de cálculo consagradas e análises adicionais de verificação
foi possível propor, de forma técnica e responsável, os geotubos de PEAD em uma aplicação fora do padrão comum de rodovias ou ferrovias.
3. O desempenho construtivo dos geotubos de PEAD foi extraordinário, pois além de
eliminar riscos para trabalho de pessoas em espaços confinados, reduziu no mínimo 6 vezes o tempo de execução de cada travessia e adicionalmente usou material barato e disponível no local da obra para fixação dos geotubos.
