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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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 .
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
2 KM
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
Minas Dois Córregos - Cauê, Brasil – Ferro
Altura máxima dos taludes ~ 400 m
0,5 KM
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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).
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
EXEMPLO 1 – USO DE
RESÍDUOS DE MINERAÇÃO EM
BASE RODOVIÁRIA
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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%;
ITABIRA, MG (Gomes e Saraiva, 2010)
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
ITABIRA, MG (Gomes e Saraiva, 2010)
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
ITABIRA, MG (Gomes e Saraiva, 2010)
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
ITABIRA, MG (Gomes e Saraiva, 2010)
EXEMPLO 2 – USO DE
GEOSSINTÉTICOS PARA
AUMENTAR A VIDA ÚTIL DE
LASTRO FERROVIÁRIO
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
2 LOCOMOTIVAS 1600 kN CADA + 100 VAGÕES 1000 kN
CADA , 16 VEZES POR DIA
30
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
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
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
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
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
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
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
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
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
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
Fernandes, Palmeira e Gomes (2008)
NÚMERO DE EIXOS
SUB-LASTRO ALTERNATIVO
SEM REFORÇO
TRADICIONAL
GEOGRELHA
GEOTEXTIL
EXEMPLO 3 –
INSTRUMENTAÇÃO
GEOTÉCNICA NO
MONITORAMENTO DE OBRAS
DE MINERAÇÃO
14º CONGRESSO BRASILEIRO 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
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
PILHA
INCLINÔMETRO
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
4. O ajuste do nível da meia-lua podia ser conseguido
utilizando apoio em brita e chapas metálicas.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
3. Os limites de deformação foram fixados em função da
inclinação aceitável do eixo central da empilhadeira.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)
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.
14º CONGRESSO BRASILEIRO DE MINERAÇÃO Geoprojetos (1992)