Manual estradas rev1_fev_11_ver_red_final

MANUAL DE ESTRADAS DE MINA

Vale:

DIPF - Departamento de Planejamento e Desenvolvimento de Ferrosos

GELPF - Gerência Geral de Planejamento de Longo Prazo Ferrosos

GAPMF - Gerência de Controle de Áreas e Planejamento de Aquisições

DIID - Diretoria de Inovação Tecnológica

GEIMD - Gerência Geral de Inovação e Processos de Mineração

GAPID – Gerência de Ativos de Perfuração, Infraestrutura e Desmonte

Rev. 01 – Fev/2011

Manual de Estradas de Mina

2

Agradecimentos

As bases que nortearam a elaboração do Manual de Estradas de Mina da Vale foram

elaboradas e desenvolvidas a partir de visitas técnicas a diversos sites dos Complexos DIFL,

DIFN e DIFS ao longo de 2009, que tiveram como objetivo propiciar a elaboração de

formulários de inventário e relatórios de visita técnica contendo informações relativas ao

sistema de gerenciamento das estradas das minas. Essa etapa do trabalho foi possível graças

à colaboração de diversos funcionários dos Complexos.

Ficam registrados nossos sinceros agradecimentos a todos os Auxiliares, Operadores,

Técnicos, Supervisores, Engenheiros e Gerentes, que nos receberam e nos apresentaram

suas operações mineiras com conhecimento técnico, competência e grande profissionalismo. A

colaboração desses profissionais foi gratificante e enriquecedora, contribuindo para o melhor

entendimento da dinâmica das operações mineiras, por vezes bastante distintas e particulares

entre os diversos Complexos.

Os autores.


3

Responsável Participação

VALE

Lilian Masetti Coordenação Vale / Redação

Mauro Cláudio Redação / Revisão

Walter Costa Redação

Vale:

GELPF - Gerência Geral de Planejamento de Longo Prazo Ferrosos - Paulo Bandeira

GAPMF - Gerência de Controle de Áreas e Planejamento de Aquisições - Fernando Cançado

GEIMD - Gerência Geral de Inovação e Processos de Mineração - Márcio Junges

GAPID - Gerência de Ativos de Perfuração, Infraestrutura e Desmonte - Agenor Santos


4

Resumo

O objetivo da revisão inicial desse manual é padronizar e organizar de forma didática os

diversos procedimentos de Gestão de Estradas de Mina. Tais processos são aqui

apresentados como o conjunto de parâmetros e ferramentas técnicas que compõe o sistema

de gerenciamento de infra-estrutura de mina, voltado ao projeto, construção e manutenção dos

acessos para transporte de materiais entre bancadas, frentes de lavra e a pilhas de disposição

de estéril, dentre outros.

O manual está estruturado em 5 capítulos. Os primeiros tratam distintamente das questões

relativas aos projetos geométrico, estrutural e de drenagem de estradas de mina (Capítulos 1,

2 e 3, respectivamente). O Capítulo 4 aborda questões voltadas à construção das camadas dos

acessos, de forma a suportarem adequadamente as solicitações devidas aos esforços

impostos pelos equipamentos de transporte. Finalmente, no Capítulo 5 são discutidos os tipos

de defeitos mais comumente encontrados em estradas de mina e formas de corrigi-los ou

mesmo de atuar preventivamente de tal maneira que não ocorram. Trata-se, portanto, da

manutenção e readequação dos acessos. A abertura de cada capítulo é feita utilizando-se uma

representação esquemática que relaciona e interliga os diversos elementos que compõe um

gerenciamento adequado de estradas de mina.

A revisão inicial do trabalho foi elaborada pela Vale em parceria com a Universidade Federal de

Ouro Preto (OLIVEIRA FILHO et al., 2010), através de convênio de cooperação tecnológica

celebrado pela empresa com essa Instituição Acadêmica, com interveniência da Fundação

Gorceix.


5

Índice

1. Projeto Geométrico ....................................................................................................... 14

1.1 Distância de parada ........................................................................................................ 15

1.2 Distância de visibilidade .................................................................................................. 20

1.3 Largura ............................................................................................................................ 27

1.4 Superelevação ................................................................................................................ 30

1.5 Raio de curvatura ............................................................................................................ 32

1.6 Grade .............................................................................................................................. 33

1.7 Leiras de segurança ........................................................................................................ 36

1.8 Interseção entre elementos geométricos ........................................................................ 40

1.9 Inclinação para direcionamento de drenagem ................................................................ 41

2. Projeto Estrutural .......................................................................................................... 43

2.1 Camadas de um pavimento típico .................................................................................. 44

2.1.1 Revestimento ............................................................................................................... 44

2.1.2 Base ............................................................................................................................ 44

2.1.3 Sub-base ..................................................................................................................... 45

2.1.4 Sub-leito ...................................................................................................................... 45

2.2 Dimensionamento de um pavimento .............................................................................. 45

2.2.1 Métodos empíricos ...................................................................................................... 46

2.2.1.1 Método CBR de laboratório ...................................................................................... 46

2.2.1.2 Método CBR de campo ............................................................................................ 53

2.2.2 Métodos mecanísticos-empíricos ................................................................................ 57

3. Projeto de Drenagem .................................................................................................... 58

3.1 Drenagem superficial ...................................................................................................... 62

3.1.1 Valetas de proteção de corte e aterro .......................................................................... 62

3.1.2 Sarjetas de corte .......................................................................................................... 66

3.1.3 Saídas d’água (“bigodes”) ........................................................................................... 70

3.1.4 Descidas d’água .......................................................................................................... 73

3.1.5 Caixas coletoras .......................................................................................................... 75

3.1.6 Bueiros de greide ......................................................................................................... 77

3.1.7 Dissipadores de energia .............................................................................................. 79

3.1.8 Caixas de retenção / infiltração ................................................................................... 81


6

3.2 Drenos profundos ........................................................................................................... 83

4. Construção .................................................................................................................... 88

4.1. Resistência ao rolamento .............................................................................................. 89

4.2. Seleção de materiais ..................................................................................................... 92

4.2.1 Materiais de revestimento ............................................................................................ 93

4.2.2 Materiais para as camadas de base e sub-base ......................................................... 95

4.3 Requisitos de compactação ............................................................................................ 97

4.4 Técnicas de tratamento contra pó ................................................................................ 101

5. Manutenção e Readequação ...................................................................................... 106

5.1 Tipos de defeitos característicos nas estradas ............................................................. 107

5.1.1 Buracos ..................................................................................................................... 108

5.1.2 Poeira ........................................................................................................................ 109

5.1.3 Material solto ............................................................................................................. 110

5.1.4 Borrachudo ................................................................................................................ 110

5.1.5 Seção transversal inadequada .................................................................................. 110

5.1.6 Trilhas de rodas ......................................................................................................... 111

5.1.7 Corrugação ................................................................................................................ 113

5.1.8 Segregação de material agregado e anti-pó .............................................................. 114

6. Referências bibliográficas .......................................................................................... 115


7

Lista de Figuras

Figura 1: Projeto geométrico: variáveis de controle ................................................................................................... 14

Figura 2: Distância de parada..................................................................................................................................... 15

Figura 3: Valores de distância de parada para f = 0,4 ............................................................................................... 17

Figura 4: Configurações geométricas indicando diferentes condições de segurança ............................................... 20

Figura 5: Afastamento horizontal mínimo ................................................................................................................... 21

Figura 6: Diferença algébrica entre grades ................................................................................................................ 23

Figura 7: Comprimento da curva vertical (Dp < comprimento da curva vertical) ....................................................... 24

Figura 8: Comprimento da curva vertical (Dp > comprimento da curva vertical) ....................................................... 25

Figura 9: Largura mínima de estrada ......................................................................................................................... 28

Figura 10: Representação esquemática de largura de estrada para o caminhão CAT 793C ................................... 29

Figura 11: Representação esquemática da superelevação ....................................................................................... 30

Figura 12: Estrada com superelevação. Complexo Minas Centrais: mina Morro Agudo (2009) ............................... 30

Figura 13: Condições limites de superelevação (Mod Visser, 2008) ......................................................................... 31

Figura 14: Condições limites de superelevação ......................................................................................................... 33

Figura 15: Grade em percentual ................................................................................................................................. 34

Figura 16: Leira trapezoidal de dimensões adequadas. Complexo Itabira (2009). .................................................... 36

Figura 17: Leiras convencionais construídas em minério e estéril. Complexo Minas Centrais. ................................ 37

Figura 18: Leira central. Complexo Paraopeba: mina Jangada (2009)...................................................................... 38

Figura 19: Trecho 1: altura livre sobre o solo ............................................................................................................. 38

Figura 20: Parâmetros geométricos para leira convencional ..................................................................................... 39

Figura 21: Parâmetros geométricos para leira central ............................................................................................... 39

Figura 22: Conformação entre trechos com diferentes inclinações para direcionamento de drenagem ................... 41

Figura 23: Formas de direcionamento da drenagem ................................................................................................. 42

Figura 24: Projeto estrutural: variáveis de controle .................................................................................................... 43

Figura 25: Camadas de um pavimento típico ............................................................................................................. 44

Figura 26: Curvas CBR ............................................................................................................................................... 47

Figura 27: Etapas de dimensionamento de pavimento .............................................................................................. 51

Figura 28: Equipamento DCP (Fonte: Jones, 2004) .................................................................................................. 54

Figura 29: Equipamento DCP em uso. Complexo Itabira (2009) ............................................................................... 55

Figura 30: Obtenção do CBR ..................................................................................................................................... 55

Figura 31: Valores de CBR recomendados ................................................................................................................ 56

Figura 30: Principais elementos do projeto de drenagem .......................................................................................... 59

Figura 31: Importância da drenagem superficial de vias de acesso .......................................................................... 60

Figura 32: Valetas de proteção de corte e de aterro para interceptação da água afluente superficial ...................... 60

Figura 33: Descida d’água, caixa coletora, bueiro de greide e outros elementos de drenagem superficial .............. 61

Figura 34: Dreno de fundo rebaixando o nível do lençol freático ............................................................................... 61

Figura 35: Valetas de proteção de corte (A) e de aterro (B) ...................................................................................... 62

Figura 36: valetas de proteção de corte ..................................................................................................................... 63


8

Figura 37: Pré-dimensionamento de valetas de proteção .......................................................................................... 64

Figura 38: Construção de descidas d’água em degraus ............................................................................................ 66

Figura 39: Sarjeta triangular ....................................................................................................................................... 67

Figura 40: Sarjeta trapezoidal ..................................................................................................................................... 68

Figura 41: Sarjeta retangular ...................................................................................................................................... 68

Figura 42: Pré-dimensionamento de sarjetas de corte .............................................................................................. 69

Figura 43: Saída d’água com enrocamento. Complexo Itabiritos: Estrada para Galinheiro (2009) ........................... 70

Figura 44: Saída d’água de grade em rampa ............................................................................................................. 71

Figura 45: Saída d’água de curva vertical côncava.................................................................................................... 72

Figura 46: Descida d’água tipo “rápido” ..................................................................................................................... 74

Figura 47: Descida d’água em degraus ...................................................................................................................... 75

Figura 48: Pré-dimensionamento de caixas coletoras ............................................................................................... 76

Figura 49: Bueiro de greide e seus elementos (caixa coletora, corpo e boca de saída) ........................................... 77

Figura 50: Detalhe construtivo de bueiro de greide.................................................................................................... 79

Figura 51: Proteção de saídas d’água, descidas d’água e boa de bueiros ............................................................... 80

Figura 52: Proteção de saída de bueiro (boca) .......................................................................................................... 81

Figura 53: Seções de drenos profundos .................................................................................................................... 86

Figura 54: Elementos importantes na construção do acesso mineiro........................................................................ 88

Figura 55: Coeficiente de resistência ao rolamento em função da pressão interna dos pneus ................................ 90

Figura 56: Estimativa da resistência ao rolamento..................................................................................................... 92

Figura 57: Canga utilizada como material de revestimento das estradas. Complexo Carajás: Mina N5W (2009) ... 93

Figura 58: Camada fina de itabirito sobre a canga. Complexo Minas Centrais: Mina Brucutu (2009) ...................... 93

Figura 59: Rejeito de jigagem utilizado como material de revestimento. Complexo Itabira (2009) ........................... 94

Figura 60: Xisto usado como material de base. Complexo Itabira (2009). ................................................................ 96

Figura 61: Rolo compactador em estrada em construção: Complexo Itabiritos (2009) ............................................. 98

Figura 62: Estrada compactada por rolo em argila de 30 cm de espessura. Complexo Itabiritos (2009) ................. 99

Figura 63: Rolo a ser usado na compactação de pontos de incidência de “borrachudos” ........................................ 99

Figura 65: Caminhão pipa rodoviário. Complexo Itabiritos: Mina Sapecado (2009) ................................................ 101

Figura 66: Caminhão fora-de-estrada adaptado para uso como caminhão pipa. Complexo Itabira (2009) ............ 102

Figura 67: Sistema de aspersão fixa. Complexo Minas Centrais: Mina Morro Agudo. (2009) ................................ 103

Figura 68: Parâmetros de avaliação para manutenção e readequação de estradas .............................................. 107

Figura 69: Defeitos comuns em estradas de mina. .................................................................................................. 108

Figura 70: Níveis de severidade de estrada causados por seção transversal inadequada. .................................... 111

Figura 71: Níveis de severidade de estrada devidos a trilhas de rodas................................................................... 112

Figura 72: Níveis de severidade de estrada devidos à corrugação. ........................................................................ 113

Figura 73: Níveis de severidade de estrada avaliados quanto à segregação. ........................................................ 114


9

Lista de Tabelas

Tabela 1: Tempo de reação de frenagem em função do peso do caminhão ............................................................. 16

Tabela 2: Valores de f em função da natureza da pista ............................................................................................. 17

Tabela 3: Superelevação de acordo com o raio de curvatura e a velocidade ........................................................... 31

Tabela 4: Grade de rampa - conversão de unidades ................................................................................................. 35

Tabela 5: Valores de resistência ao rolamento (Caterpillar, 2000) ............................................................................ 90

Tabela 6: Quantificação dos defeitos (Thompson e Visser, 2008) ............................................................................. 91

Tabela 7: Capacidade de suporte de vários materiais (Tannant & Regensburg, 2001) ............................................ 97

Tabela 8: Características dos principais produtos para uso como anti pó ............................................................... 105

Tabela 9: Níveis de severidade de buracos ............................................................................................................. 109


10

Lista de Equações

Equação 1: Distância de parada................................................................................................................................. 16

Equação 2: Afastamento horizontal ............................................................................................................................ 21

Equação 3: Comprimento da curva vertical I .............................................................................................................. 22

Equação 4: Comprimento da curva vertical II ............................................................................................................. 22

Equação 5: Largura mínima da estrada ..................................................................................................................... 27

Equação 6: Raio de curvatura mínimo ....................................................................................................................... 32

Equação 7: Conversão de grade ................................................................................................................................ 34


11

Lista de Planilhas de Apoio (parte integrante do Manual de Estradas,

disponível em meio magnético)

Projeto geométrico_Distância de parada.xls (item 1.1)

Projeto geométrico_Distância de visibilidade I.xls (item 1.2)

Projeto geométrico_Distância de visibilidade II.xls (item 1.2)

Projeto geométrico_Largura.xls (item 1.3)


12

Introdução

Obras geotécnicas em mineração têm recebido grande atenção por parte das mineradoras,

empresas de consultoria de projetos e centros de ensino e pesquisa acadêmica. É marcante o

avanço que se registra na chamada geotecnia aplicada à mineração, que tem resultado no

desenvolvimento de uma tecnologia diferenciada da engenharia clássica de barragens e dos

aterros compactados. Assim, sistemas de contenção de rejeitos e pilhas de estéril são

apoiados em instrumentos técnicos de projeto e recursos para investimentos em nível cada vez

mais compatível com a importância dessas estruturas.

O cenário é bem diferente quando se trata da gestão de estradas de mina. Os registros e as

relativamente poucas referências a respeito espelham pesquisas, estudos e testes

desenvolvidos por poucos grupos em iniciativas de trabalho isoladas. É visível como os

acessos para movimentação de materiais (minérios, estéreis, produtos, etc,) nas minas ainda

não evoluíram a ponto de se dizer que é praticada uma engenharia satisfatória para a

importância que têm no processo produtivo.

No contexto da Engenharia Civil o estudo em torno das estradas rodoviárias está bem mais

desenvolvido, tanto na sua concepção quanto na sua realização. Devido à natureza ímpar das

operações de lavra, as estradas de mina possuem características próprias, que conduzem à

necessidade de tratativas diferenciadas em relação aos pavimentos rodoviários. No entanto,

ainda que se possam apontar muitas diferenças de objetivos, percebe-se que com certo grau

de esforço, estudos e ensaios, é possível encontrar e desenvolver tecnologias de estradas que

possam ser adaptadas à mineração, conferindo-lhes ganhos de qualidade, segurança e

redução de custos, entre outros.

Alguns parâmetros que compõe o estudo dos acessos de mina possuem certa similaridade

com aqueles estabelecidos para as estradas vicinais de terra, mas eles também devem ser

trabalhados para que sejam aplicáveis à realidade mineira.

A concepção do Manual de Estradas de Mina foi desenvolvida pelo Eng. Paulo Bandeira, atual

Gerente Geral de Planejamento de Longo Prazo Ferrosos, a partir de sua experiência como

Gerente de Infraestrutura da mina de Fábrica Nova, Complexo Mariana, durante os anos de

2004 a 2008.


13

O objetivo da revisão inicial do Manual é ser uma diretriz para projeto, construção e

manutenção de acessos de mina no negócio minério de ferro da Vale. Buscou-se estudar

princípios de referências teóricas sobre o tema, aliando-os às práticas adotadas em campo nas

minas de ferro da Vale.

A fundamentação teórica do manual foi baseada em vários autores, desde os pioneiros

Kaufman e Ault (1977), passando por diversas publicações de Alex Visser (África do Sul) e

Roger Thompson (Austrália) (2009, 2008, 1996), assim como o excelente trabalho de síntese

de Tannant e Regensburg (2001), para citar alguns. No Brasil, poucas referências existem,

sendo a comparação mais próxima feita com trabalhos voltados para estradas vicinais (Oda,

1995) e florestais. Na Universidade Federal de Ouro Preto, foram desenvolvidas 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 anti-pó em estradas de mina de uso por

caminhão fora de estradas (Ferreira, 2007).

A busca por técnicas de gerenciamento de estradas de mina aplicadas nas operações de

infraestrutura levou a visitas a diversas minas dos Complexos DIFL, DIFN e DIFS da Vale,

feitas durante o ano de 2009, sendo as informações então obtidas consolidadas em um

diagnóstico fundamental para o desenvolvimento do trabalho.

Devido à grande diversidade entre frotas de equipamentos, sistemas de controles operacionais

e diferenças relativas às características mineralógicas e tipos litológicos regionais, optou-se por

produzir um trabalho mais abrangente do ponto de vista de sua aplicação. Em revisões

posteriores pretende-se aprofundar o estudo, detalhando-se o manual, de forma a produzir

trabalhos mais específicos que caracterizem e espelhem cenários separados por Complexo ou

por outra forma de classificação que se mostre mais adequada.


14

1. Projeto Geométrico

Os elementos geométricos que compõe um projeto de estradas de mina devem estar alinhados

com as questões relativas à segurança e à prática de uma engenharia bem aplicada. Tais

elementos, quando corretamente projetados, geram benefícios baseados em aumento de

segurança, performance otimizada a um custo mínimo por tonelada transportada e redução da

utilização dos equipamentos de manutenção. Alguns dos elementos mais relevantes para o

projeto geométrico são destacados na Fig.1 e descritos conforme se segue:

Distância de parada

Distância de

visibilidade

Largura

Superelevação

Raio de curvatura

Grade

Leiras de segurança

Interseções elem.

geométricos

Inclinação p/ direc.

drenagem

Geométrico

Revestimento

Base

Sub-base

Sub-leito

Estrutural

Valetas de proteção de

corte e aterro

Sarjetas de corte

Saídas d'água

Descidas d'água

Caixas coletoras

Bueiros de greide

Dissipadores de

energia

Caixas de

retenção/infiltração

Drenos profundos

Drenagem

Projeto Construção Manutenção Readequação

Resistência ao

rolamento

Seleção de materiais

Requisitos de

compactação

BuracosLevantamento de

campo

Poeira

Material solto

Corrugação

Seção transversal

inadequada

Trilhas de rodas

Borrachudo

Segregação material

agregado e anti-pó

Técnicas de tratamento

contra pó

Figura 1: Projeto geométrico: variáveis de controle


15

1.1 Distância de parada

Também denominada distância de visibilidade de parada, é o espaço percorrido por um

equipamento em uma estrada na velocidade de projeto1, desde o momento em que se nota a

presença de um obstáculo até a parada completa do equipamento

(Fig.2). A distância de parada (Dp) é composta pela soma de duas parcelas: distância de

percepção e reação (D1) + distância de frenagem (D2).

D1 = distância percorrida pelo equipamento no intervalo de tempo entre o instante em que o motorista vê o

obstáculo e o instante em que inicia a frenagem.

D2 = distância percorrida pelo veículo em movimento desacelerado, enquanto o freio estiver acionado, até parar.

Figura 2: Distância de parada

Os sistemas de frenagem fornecidos pela maioria dos fabricantes de caminhões são equipados

com recursos de segurança. Caso haja falha completa na frenagem hidráulica, os freios de

serviço e o sistema de retardo são acionados, garantindo a frenagem e proporcionando menos

fadiga. No entanto, é incerta a forma como a performance de frenagem pode variar com

parâmetros como mudanças de grade, condições de superfície, velocidade inicial, desgaste no

sistema de frenagem e contaminação por poeira, óleo e água.

1 Máxima velocidade que um veículo pode manter, em determinado trecho, em condições normais, com

segurança. É também chamada velocidade diretriz.

Dp

D1 D2

Percepção

e reaçãoFrenagem


16

O ideal, quando possível, é que antes que o layout da estrada seja iniciado, seja verificada com

o fabricante do equipamento a capacidade de performance dos freios de serviço sem o auxílio

dos sistemas de retardo dinâmico ou hidráulico.

O cálculo da distância de parada para diferentes grades e velocidades foi desenvolvido por

Kaufman e Ault (1977), através de uma fórmula empírica baseada nas limitações de distância

de parada estudadas pela Society of Automotive Engineers (SAE). A distância de parada pode

ser obtida através da Eq.1.

)(221

22

senfg

vgtsentvsengtD o

op

Equação 1: Distância de parada

Onde:

g = aceleração da gravidade (m/s2)

t = tempo de parada (s)

Ѳ = grade da rampa, positivo para baixo (graus)

f = coeficiente de atrito do pneu (contato estrada/pneu)

vo = velocidade do veículo (m/s)

O tempo total de parada t é composto pelas parcelas relativas a:

1 - percepção e reação do operador do caminhão (tempo de reflexo t1 gasto para percorrer a parcela de distância

D1; geralmente considerado 1,5 s).

2 - reação de frenagem do equipamento (tempo t2 para resposta ao acionamento do sistema de frenagem do

caminhão; tempo gasto para percorrer a distância D2). O tempo t2, quando não disponível pelo fabricante do

equipamento, pode ser atribuído conforme os valores da Tab. 1, definidos pela SAE:

Tabela 1: Tempo de reação de frenagem em função do peso do caminhão

Peso do caminhão (t) Tempo de reação de frenagem t2 (s)

< 45 0,5

45 < t < 90 1,5

90 < t < 180 2,75

> 180 4,5


17

As curvas da Fig. 3 representam as distâncias de parada de acordo com alguns valores de

peso de caminhão para diversos valores de velocidade e inclinação de rampa. As curvas foram

calculadas a partir da Eq. 1.

Distâncias de parada para caminhões < 45 t

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Distância de parada (m)

Velo

cid

ad

e (

km

/h)

Distâncias de parada para caminhões entre 45 e 90 t

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Distância de parada (m)V

elo

cid

ad

e (

km

/h)

Distâncias de parada para caminhões entre 90 e 180 t

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220


Velo

cid

ad

e (

km

/h)

Distâncias de parada para caminhões > 180 t

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220


Velo

cid

ad

e (

km

/h)

1% 5% 10% 12% 15% 18%

Figura 3: Valores de distância de parada para f = 0,4

O tipo de material que compõe a estrada, assim como a sua condição (seca, úmida), afetam

diretamente o coeficiente de atrito f. A Tab. 2 apresenta valores de coeficiente de atrito de

acordo com a natureza da pista:

Tabela 2: Valores de f em função da natureza da pista

Natureza da pista Coeficiente de atrito f de pneus/pista (t/t)

Pavimento concreto 0,90

Terra firme seca 0,55

Terra solta 0,45

Terra firme úmida 0,45

Areia úmida 0,40

Areia seca e terra solta úmida 0,20


18

Na composição das curvas da Fig. 3, o coeficiente de atrito entre o pneu e a estrada foi

considerado igual a 0,4, sendo esse um valor médio entre as naturezas da pista da Tab. 2,

excluindo-se o pavimento de concreto. É também comumente utilizado o valor padrão 0,3.

Caso seja necessário usar um valor de f diferente de 0,4, deve-se acessar o arquivo “Projeto

geométrico_Distância de parada.xls” e alterar o valor na coluna “coef fricção”, na planilha

escolhida de acordo com o peso do caminhão. Ao alterar os valores de f, as distâncias de

parada e as curvas correspondentes são atualizadas. Outros valores podem ser alterados na

planilha, obtendo-se novas curvas: velocidade, grade da rampa, velocidade do veículo, tempo

de percepção e reação do operador e tempo de reação de frenagem do equipamento.

O tempo de parada foi calculado pela soma de t1 (1,5 s) e t2. Cada curva representa a distância

de parada para rampas com grades de 1%, 5%, 10%, 12%, 15% e 18%. Confere-se a

velocidade no eixo das ordenadas, levando esse valor até a curva do grade desejado. No eixo

das abscissas encontra-se o valor da distância de parada correspondente. Essas curvas

representam uma aproximação da indicação das limitações de velocidades e grades que

devem ser considerados no projeto da estrada.


19

FLUXOGRAMA DISTÂNCIA DE PARADA

Verificar distância de frenagem (D2) do

equipamento junto ao fornecedor

Disponível?

Localizar a Dp utilizando a curva selecionada

Selecionar curva da Fig 3 baseada no peso do caminhão para f=0,40 ou acessar planilha para valores

diferentes de f

Determinar velocidade do caminhão e grade da rampa na curva

selecionada

S

N

Somar D1 a D2, obtendo-se Dp

(D1 = vo x t1)

Suavizar grade da rampa e/ou impor limites de

velocidade máxima, caso necessário

N

S

Recomendação:

Restrições do traçado geométrico da cava podem limitar a flexibilidade do projeto da estrada

para acomodar os parâmetros geométricos adequados às distâncias de parada mínimas, mas

quando for possível esse ajuste deve ser feito. O valor da distância de parada adequado para

cada especificação de veículo deve ser confirmado junto ao fornecedor. Como referência, a

norma ISO 3450:1996: “Máquinas rodoviárias – Sistemas de frenagem de máquinas equipadas

com pneus – Requisitos de sistemas e de desempenho e procedimentos de ensaio” recomenda

que a distância de parada seja 114 m para uma rampa em descida de 10% de inclinação com o

veículo trafegando a 50 km/h e 73 m para a velocidade de 40 km/h.


20

1.2 Distância de visibilidade

É a extensão da área periférica visível ao operador/motorista. Quanto melhores as condições

gerais de visibilidade, mais segura será a estrada. Portanto, o projeto de uma estrada deve

contemplar soluções de percurso que gerem espaços com boa visibilidade.

A Fig. 4 mostra uma representação esquemática de duas condições inseguras que são

eliminadas pelo ajuste de parâmetros geométricos da estrada. No cenário 1 o raio de curvatura

pronunciado da curva horizontal faz com que a visibilidade do equipamento fique restrita e o

equipamento não pode parar a tempo de evitar a colisão com o obstáculo, ou seja, a distância

de visibilidade (DV) é menor do que a distância de parada (DP). No cenário 2 essa condição é

corrigida, permitindo que a DV seja igual à DP. Situação equivalente ocorre no cenário 3, cuja

visibilidade é comprometida pela curva vertical. O problema é sanado pela extensão da curva

vertical, visualizada no cenário 4.

Figura 4: Configurações geométricas indicando diferentes condições de segurança

(Mod. Thompson e Visser, 2008).

Dv

Dp

Dv

Dp

Dv

Dp

Dp

Dv

Curva vertical (L)

Curva vertical

(L)

Obstáculo

Cenário 1 Cenário 2

Cenário 3 Cenário 4

Vista superior

Seção transversal

Vista superior

Seção transversal

M


21

Obstruções na parte interior das curvas horizontais, devido à presença de taludes de corte,

muros, árvores etc, limitam a visibilidade, o que pode requerer o aumento do raio de curvatura

nesse trecho ou o alargamento dos taludes de corte que corresponde ao afastamento

horizontal mínimo. O cálculo do afastamento (M) é dado pela Eq. 2:

R

DpRM

*65,28cos1*

Equação 2: Afastamento horizontal

Onde:

M = afastamento horizontal mínimo (m)

R = raio de curvatura (m)

Dp = distância de parada (m)

A Fig. 5 mostra o afastamento mínimo da curva horizontal (M) em função do raio de curvatura

para diversas distâncias de parada.

Figura 5: Afastamento horizontal mínimo

O raio de curvatura e a distância de parada são parâmetros de entrada que podem ser

alterados no arquivo “Projeto geométrico_Distância de visibilidade I.xls, obtendo-se outros

valores de recuo da curva horizontal.

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Afastamento horizontal mínimo (m)

Raio

de c

urv

atu

ra (

m)

Dp = 80 Dp = 100 Dp = 120 Dp = 150 Dp = 180 Dp = 200


22

A determinação do comprimento ideal da curva vertical (L) pode ser feita conforme as

equações abaixo. Se a distância de parada for menor do que o comprimento da curva vertical

utiliza-se a Eq. 3; caso contrário utiliza-se a Eq. 4.

221

2

)(100

*

hh

DGL P

Equação 3: Comprimento da curva vertical I

G

hhDL P

2

21(200*2

Equação 4: Comprimento da curva vertical II

Onde:

g = Dp = distância de parada mínima (m)

h1 = distância do operador acima do piso (m)

h2 = altura do obstáculo (m)

ΔG = diferença algébrica entre grades


23

Exemplos da diferença algébrica entre grades e a forma de calculá-la são mostrados na Fig. 6.

Figura 6: Diferença algébrica entre grades

G = g2-g1 G = -8-(+8) G = -16%

PIV

PIV

PIV

PIV

PIV

PIV

PCV

PCV

PCV

PCV

PCV

PCV

PTV

PTV

PTV

PTV - 5 %

PTV + 3 %

PTV

- 8 %

- 8 %

+ 12 %

G = g2-g1 G = +15-(-10) G = +25%

G = g2-g1 G = -5-(-15) G = +10%

G = g2-g1 G = -8-(-5) G = -3%

PCV: ponto de curvatura vertical (ponto no qual a curva inicia)

PIV: ponto de interseção vertical (ponto no qual as tangentes dos grades se encontram)

PTV: ponto de tangência vertical (ponto no qual a curva termina)

+ 8 %

-10 %

+ 15 %

- 5 %

- 15 %

+ 10 %

+ 6 %

G = g2-g1 G = +3-(+10) G = -7%

G = g2-g1 G = +12-(+6) G = +6%


24

As curvas da Fig. 7 mostram o comprimento da curva vertical em função da distância de parada

para diversos cenários de diferença algébrica entre grades e distância do operador acima do

piso. As curvas associam-se à eq. 3 e são válidas para a distância de parada inferior ao

comprimento da curva vertical.

Figura 7: Comprimento da curva vertical (Dp < comprimento da curva vertical)

As curvas da Fig. 8 mostram o comprimento da curva vertical para a eq. 4 e são válidas para a

distância de parada superior ao comprimento da curva vertical.

Comprimento da curva vertical para h1 = 2 m

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Comprimento da curva vertical (m)

Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m) A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m) A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400 500 600 700 800


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


25

Figura 8: Comprimento da curva vertical (Dp > comprimento da curva vertical)

De forma a ilustrar o uso dos gráficos do cálculo do comprimento da curva vertical, deve-se

seguir o procedimento abaixo:

Encontrar a distância de parada em função da velocidade, peso do equipamento

e grade da rampa (Fig. 3).

Selecionar o gráfico com a distância do operador acima do piso (h1) adequada

(essa distância é função das dimensões do caminhão) (Fig. 8).

Na Fig. 8 selecionar a curva de diferença algébrica entre grades (ex: A-12). Na

interseção da distância de parada com a diferença algébrica entre grades,

encontra-se o comprimento ideal da curva vertical.

As curvas das Fig. 7 e Fig. 8 podem ser alteradas através da modificação dos valores que

compõe os parâmetros da Eq. 3 e Eq. 4, de forma a se adequarem às especificações locais. As

alterações necessárias devem ser feitas no arquivo “Projeto geométrico_Distância de

visibilidade II.xls”


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

0 100 200 300 400


Dis

tân

cia

de p

ara

da (

m)

A-4

A-6

A-8

A-10

A-12

A-14

A-16

A18

A-20


26

Há dificuldade de

visibilidade na curva

vertical?

Selecionar o gráfico adequado com a distância do operador acima do

piso (Figs 7, 8)

Encontrar Dp em função da velocidade, peso do caminhão e

grade da rampa (Fig 3)

S

N

N Há condição insegura

de visibilidade na

estrada?

Os parâmetros geométricos curva horizontal e curva

vertical garantem adequada distância de visibilidade

S

Calcular o comprimento ideal da curva vertical (Figs 7,8)

S

Há dificuldade de

visibilidade na

curva horizontal?

N

Calcular o afastamento horizontal mínimo (Fig 5)

S

N

Selecionar a curva de diferença algébrica entre grades (Figs 7,8)

FLUXOGRAMA DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE

Recomendação:

É imperativo que a distância de visibilidade seja suficiente para que o equipamento transitando

em uma velocidade específica pare antes de atingir um obstáculo. Para tanto, a distância de

visibilidade deve ser igual ou maior do que a distância de parada. As curvas verticais e

horizontais devem ser planejadas segundo esse critério. Caso isso não seja possível, limites

rigorosos de velocidade máxima devem ser impostos, visto que quanto menor a distância de

visibilidade, menor a distância na qual o caminhão deve trafegar.


27

1.3 Largura

A Norma Regulamentadora NR-22 do Ministério do Trabalho e Emprego, que trata dos

requisitos de saúde e segurança ocupacional na mineração, define que a largura mínima das

vias de trânsito em minas a céu aberto deve ser:

Duas vezes maior que a largura do maior veículo utilizado em pistas simples

Três vezes maior que a largura do maior veículo utilizado em pistas duplas

Ela sinaliza ainda que, quando o plano de lavra e a natureza das atividades realizadas não

permitirem a observância desse item, deverão ser adotados procedimentos e sinalização

adicionais para garantir o tráfego com segurança.

Em termos operacionais, estradas muito estreitas podem reduzir drasticamente a vida dos

pneus, pois forçam o equipamento a subir nas leiras, provocando desgastes laterais dos pneus,

problemas de nivelamento e cortes. Esse problema ocorre frequentemente quando caminhões

de maior porte são adicionados à frota existente em estradas projetadas para equipamentos

menores.

Tannant (2001) definiu a largura mínima que uma estrada deve ter, em função da largura do

equipamento de transporte e do número de vias, conforme Eq. 5.

XVL *)5,0*5,1(

Equação 5: Largura mínima da estrada

Onde:

L = largura da estrada (m)

V = número de vias

X = Largura do veículo (m)

O gráfico da Fig. 9 representa a largura mínima da estrada calculada através da Eq. 5 para

uma e duas vias, assim como a comparação com o que determina a NR-22.


28

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Largura do caminhão (m)

Larg

ura

mín

ima d

a e

str

ad

a (

m)

Pista simples Pista dupla Pista dupla NR-22

Figura 9: Largura mínima de estrada

Usando como exemplo um caminhão Caterpillar 789 C, cuja largura é 7,67 metros, transitando

em via dupla. A largura mínima da estrada deve ser:

L = (1,5 * 2 + 0,5) * 7,67 = 27 m.

O número de vias e a largura do caminhão podem ser alterados conforme necessário. As

modificações devem ser feitas no arquivo “Projeto geométrico_Largura.xls”, obtendo-se nova

curva para a largura mínima da estrada.

Nota-se que a recomendação de Tannant (2001) para a largura de estrada no caso de pista

simples é a mesma da NR-22. No entanto, ele sugere que a pista seja mais larga do que a

definida pela NR-22, no caso de vias duplas. Recomendação semelhante à de Tannant (2001)

é feita pelo Departamento do Trabalho norte americano, através do Haul Road Inspection

Handbook do Federal Mine Safety and Health Act - MSHA (1999).

Quando elementos como drenagem e leiras são considerados no layout da estrada, ela deve

ser larga o suficiente para acomodar esses elementos, conforme ilustrado na Fig. 10.


29

Uma pista 14,8 m Uma pista 14,8 m

Dre

nag

em 1

,5 m

Lei

ra c

onv

enci

onal

2,3

m

Lei

ra c

entr

al X

X m

Largura total

L = 7,41 m

Figura 10: Representação esquemática de largura de estrada considerando elementos geométricos para o

caminhão CAT 793C

Recomendação:

Sempre que possível, recomenda-se atribuir a largura da estrada conforme a Eq. 5, visto que

estradas estreitas promovem maior a chance de ocorrência de colisão entre veículos e

contatos indesejáveis com bermas e canaletas de drenagem, além de geralmente colocarem

os operadores em ambiente de trabalho mais estressante. Garantem-se, pela aplicação de

estradas mais largas, condições mais seguras do que aquelas impostas pela NR-22.

Em pistas duplas com volume de tráfego intenso e/ou visibilidade limitada, sugere-se a

construção de estradas quatro vezes mais largas do que a largura do maior equipamento que

por elas transita.


30

1.4 Superelevação

O Departamento Nacional de Infraestruturas de Transportes (DNIT) define superelevação como

a inclinação transversal da pista nas curvas (horizontais) (Fig. 11 e Fig. 12), de modo a

compensar o efeito da força centrífuga sobre os veículos, assegurando ao tráfego condições de

segurança e conforto (Brasil, 2006).

Figura 11: Representação esquemática da superelevação

(Brasil, 2006)

Figura 12: Estrada com superelevação. Complexo Minas Centrais: mina Morro Agudo (2009)


31

O tráfego nas curvas pode gerar grandes esforços laterais nos pneus, contribuindo para a

separação das lonas e elevado desgaste. A eliminação das forças se dá com a superelevação

nas curvas, a qual depende do raio de curvatura e da velocidade (Caterpillar, 2010).

A Tab. 3 é uma referência para determinar o valor da superelevação necessário para eliminar

as forças laterais. Não devem ser aplicados valores de superelevação iguais ou superiores a

0,060 (destacados na tabela), a menos que sejam impostos limites rigorosos de velocidade e

que as condições de derrapagem sejam minimizadas.

Tabela 3: Superelevação de acordo com o raio de curvatura e a velocidade

Velocidade (km/h)

Raio de curvatura (m) 15 20 25 30 35 40 45 50 55

50 0,040 0,060 0,080

75 0,030 0,050 0,070 0,090

100 0,025 0,040 0,060 0,075 0,100

150 0,020 0,030 0,040 0,050 0,070 0,100

200 0,020 0,020 0,030 0,035 0,050 0,070 0,090 0,110

300 0,020 0,020 0,020 0,025 0,030 0,040 0,060 0,070 0,850

400 0,020 0,020 0,020 0,020 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060

A Fig. 13 mostra condições de segurança variáveis em função dos limites de superelevação

para diferentes velocidades de caminhão. Os dados são derivados da Tab. 3.

Superelevação em curvas em função do raio de curvatura

e da velocidade

2

3

4

5

6

7

8

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Raio de curvatura (m)

Su

pe

rele

vaç

ão

(%

)

15 km/h 20 km/h 25 km/h

30 km/h 35 km/h 40 km/h

45 km/h 50 km/h 55 km/h

Condição segura

Condição limite

Condição insegura

Figura 13: Condições limites de superelevação (Mod Visser, 2008)


32

Recomendações:

Os valores para a superelevação adotados em projetos de mineração devem levar em

consideração as condições climáticas (freqüência de chuvas), condições topográficas do local

e velocidade média do tráfego. Tais valores giram idealmente em torno de 3 a 4%, como

indicado na Tab. 3.

Nos trechos onde haja a necessidade de projeção de curvas estreitas, assim como em

condições nas quais a velocidade dos caminhões é alta na chegada das curvas, deve-se impor

limites máximos de velocidade e não valores de superelevação mais altos.

A superelevação em curvas deve ser usada em estradas permanentes ou semi-permanentes

com alto volume de tráfego. Estradas com vida útil inferior a dois anos com baixo volume de

tráfego podem ser superelevadas, mas tal condição não é mandatória.

1.5 Raio de curvatura

As curvas devem ser projetadas com o máximo raio possível e mantendo-se suavidade (curvas

pouco pronunciadas e evitando-se mudanças abruptas no raio), o que permite maior segurança

e redução de congestão de tráfego. A projeção de curvas deve levar em consideração a

performance dos caminhões. Curvas projetadas de tal forma a permitir velocidade constante,

sem redução de marchas ao longo do trajeto, levam à performance otimizada dos caminhões,

não provocando o aumento do tempo de ciclo, o que influencia diretamente os custos de

transporte. A Eq. 6 determina o raio de curvatura R (m) mínimo, considerando a superelevação

aplicada, o coeficiente de atrito e a velocidade do veículo.

)f127(e

vR

maxmax

20

min

Equação 6: Raio de curvatura mínimo

Onde:

v0= velocidade de projeto do veículo (km/h)

emax = máxima taxa de superelevação aplicada (m / m de largura de estrada)

f max = máximo coeficiente de atrito entre os pneus e a superfície da estrada (adimensional)


33

Por questões de segurança, é usual adotar-se para o máximo coeficiente de atrito (fmax) valores

bem menores do que os obtidos na iminência do escorregamento.

A Fig. 14 mostra o raio de curvatura mínimo em função da velocidade do veículo na curva para

coeficiente de atrito igual a 0,20 e superelevação igual a 3%.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Velocidade na curva (km/h)

Raio

de c

urv

atu

ra m

ínim

o (

m)

Superelevação = 3% f = 0,20

Figura 14: Condições limites de superelevação

Recomendação:

Para transporte a velocidades mais altas, o raio de curvatura mínimo de 250 metros com

superelevação é desejável. Caso o layout da cava não permita essa configuração, devem ser

estabelecidos limites de velocidade mais rigorosos nas rampas de descida.

1.6 Grade

O grade de uma rampa, também chamado gradiente ou inclinação, é definido como a sua

inclinação vertical em relação à horizontal, geralmente expressa em percentual (Fig. 15). O

grade deve ser o mais regular e constante possível, evitando-se que mude em intervalos

curtos. Grades irregulares provocam altos esforços no câmbio de transmissão e diminuição da

velocidade dos equipamentos de transporte.


34

Superfície da estrada

Distância horizontal

Dis

tân

cia

ver

tica

l

Grade (%) = DV * 100

DH

Figura 15: Grade em percentual

Apesar de ser mais comum a expressão em percentual, o grade também pode ser dado em

graus. Nesse caso a conversão para percentual é dada pela Eq. 7:

tgGrade *100(%)

Equação 7: Conversão de grade

Onde:

α= ângulo entre a superfície da estrada e o plano horizontal (graus), considerando-se a distância horizontal igual a

100 metros

a


35

A Tab. 4 mostra a conversão entre grau e percentual e vice-versa.

Tabela 4: Grade de rampa - conversão de unidades

Grade rampa (graus) Grade rampa (%) Grade rampa (%) Grade rampa (graus)

0,6 1 1,7 1

1,1 2 3,5 2

1,7 3 5,2 3

2,3 4 7,0 4

2,9 5 8,7 5

3,4 6 10,5 6

4,0 7 12,3 7

4,6 8 14,1 8

5,1 9 15,8 9

5,7 10 17,6 10

6,3 11 19,4 11

6,8 12 21,3 12

7,4 13 23,1 13

8,0 14 24,9 14

8,5 15 26,8 15

9,1 16 28,7 16

9,6 17 30,6 17

10,2 18 32,5 18

10,8 19 34,4 19

11,3 20 36,4 20

11,9 21 38,4 21

12,4 22 40,4 22

13,0 23 42,4 23

13,5 24 44,5 24

14,0 25 46,6 25

A definição do grade ideal requer a análise das características topográficas e geométricas da

estrada, assim como da performance do caminhão. Deve-se também considerar as distâncias

de parada. Grades pronunciados exigem a redução de velocidade dos caminhões nas descidas

para garantir distâncias de parada seguras e frequente redução de marcha também nas

subidas, provocando perda de velocidade. Tais mudanças de velocidade resultam em perda de

produtividade, consumo adicional de combustível, aumento de desgaste mecânico e de custos

de manutenção.

É muito comum a adoção de grades que variam entre 8 e 10%, mas devem-se observar as

especificações dos manuais dos equipamentos de transporte e as limitações geométricas das

rampas.


36

1.7 Leiras de segurança

Leiras de segurança são elementos geométricos imprescindíveis que auxiliam no aumento da

segurança de trafegabilidade de equipamentos na mina. De acordo com a Norma

Regulamentadora NR-22, as leiras devem ser construídas com altura mínima correspondente à

metade do diâmetro do maior pneu de veículo que trafega pelas vias (Fig. 16).

Figura 16: Leira trapezoidal de dimensões adequadas. Complexo Itabira (2009).

As leiras denominadas convencionais devem estar localizadas nas laterais das bermas ou

estradas onde houver risco de queda de veículos. As leiras convencionais possuem formato

tipicamente triangular ou trapezoidal e podem ser constituídas pelos diversos materiais

existentes na mina, tais como capeamento inconsolidado, minério e estéril (Fig. 17). Podem ser

também formadas por cascalhos ou fragmentos de rocha de materiais destinados ao

revestimento das pistas.


37

Figura 17: Leiras convencionais construídas em minério e estéril. Complexo Minas Centrais: mina Cururu (2009).

Segundo Thompson e Visser (2008), a altura de leira determinada pela NR-22 pode não ser

suficientemente adequada para conter um veículo desgovernado. Ao colidir contra uma leira, o

equipamento de transporte pode efetivamente parar, ser redirecionado, transpor a leira ou

capotar, dependendo de características como inércia e suspensão do veículo. É recomendado

que a altura da leira padrão corresponda, no mínimo, a 2/3 do diâmetro do pneu do maior

equipamento e que seja formada com inclinação 2H:1V. Tomando-se como exemplo o

caminhão CAT 793C, cujo pneu padrão é o 40.00R57 (diâmetro total igual a 3,594 m), a leira

convencional terá as seguintes dimensões:

Altura mínima = 2/3 * 3,594 = 2,4 m

Largura da base = 2 * 2,4 = 4,8 m

Leiras centrais (Fig. 18) devem ser construídas em trechos em declive acentuado. Para que

seja possível ao operador do equipamento manter o controle da direção sobre a leira central

caso o veículo desgovernado atinja a mesma, a altura da leira deve ser aproximadamente 2,5

vezes a altura livre sobre o solo (trecho 1 da Fig. 19), com inclinação de 4H:1V.


38

Figura 18: Leira central. Complexo Paraopeba: mina Jangada (2009)

Figura 19: Trecho 1: altura livre sobre o solo

A construção das leiras deve seguir as recomendações de rebatimento/acabamento locais para

permitir a instalação de sinalização (pontaletes ou placas) ou estruturas de apoio (aspersão). O

rebatimento da leira poderá ser feito com a caçamba do mesmo equipamento de carga (pá

mecânica).


39

Os gráficos das Fig. 20 e Fig. 21 representam os parâmetros altura e largura de base de leiras

convencionais e centrais, respectivamente, baseados no diâmetro do pneu de caminhão e na

distância entre o piso do caminhão e o terreno. Para a construção de leira convencional utiliza-

se o gráfico da Fig. 20, selecionando-se no eixo das abscissas o diâmetro do pneu do maior

veículo que trafega na mina. A interseção dessa linha com as linhas azul e vermelha fornece a

altura e a largura de base, respectivamente, que devem ser lidas no eixo das ordenadas. De

maneira similar, no gráfico da Fig. 21, seleciona-se a altura livre sobre o solo no eixo das

abscissas e acha-se o valor correspondente de largura de base e altura de leira central no eixo

das ordenadas.

Figura 20: Parâmetros geométricos para leira convencional

Figura 21: Parâmetros geométricos para leira central

Parâmetros geométricos de leira convencional

0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Diâmetro pneu (m)

Alt

ura

e la

rgu

ra d

a b

as

e d

e le

ira

(m)

Altura (m)

Largura base (m)

Parâmetros geométricos de leira central

0

2

4

6

8

10

12

14

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4

Altura livre sobre o solo (m)

Alt

ura

e la

rgu

ra d

a b

as

e d

e le

ira

(m)

Altura (m)

Largura base (m)


40

FLUXOGRAMA LEIRAS DE SEGURANÇA

Do ponto de vista de projeto de drenagem as leiras impedem que as águas precipitadas sobre

a bancada escoem pela face do talude, provocando erosões neste ou na borda do

acostamento. As leiras devem ter interrupções para saída d’água espaçadas de acordo com a

inclinação da estrada e o tipo de terreno (susceptibilidade à erosão).

1.8 Interseção entre elementos geométricos

Este item refere-se às conformações geométricas dos trechos de interseção entre inclinações

centrais e laterais de drenagem, assim como em transições para trechos com superelevação.

Deve-se projetar tais transições de forma a mais suave possível, garantindo o direcionamento

da drenagem em cada interseção para que a água não seja empossada na estrada. Quando

possível, deve-se considerar trechos horizontais entre os pontos de interseção. A Fig. 22

mostra a conformação entre trechos de transição.

Definir o tipo de leira de segurança necessária

Determinar a altura livre sobre o solo (Fig 19)

Determinar o diâmetro do pneu do maior equipamento

de transporte

Central Convencional

Obter a altura e largura de leira de proteção confome Fig 20 (leira convencional) ou Fig

21 (leira central)


41

Figura 22: Exemplo de conformação entre trechos com diferentes inclinações para direcionamento de drenagem

(Mod. Thompson e Visser, 2008)

1.9 Inclinação para direcionamento de drenagem

O correto direcionamento da drenagem faz com que águas não sejam acumuladas nas

estradas. Criar um caimento central da pista para ambas as extremidades (abaulamento

transversal) ou propiciar uma inclinação na pista a partir do canto para a extremidade ou vice-

versa, são opções básicas para uma drenagem eficiente. Em qualquer situação, é importante

construir canaletas nos pontos extremos do direcionamento da água, conforme ilustra a Fig. 23.


42

Figura 23: Formas de direcionamento da drenagem

(Mod. Thompson e Visser, 2008)

Em estradas bem construídas com cascalho ou rochas britadas, uma inclinação de

aproximadamente 2% é ideal, nos casos em que a geometria da cava permita. Considerações

especiais devem ser feitas na determinação das inclinações máxima e mínima. Inclinações

menores são aplicáveis a superfícies de estradas compactadas que podem rapidamente

dissipar a água sem que esta seja percolada para o interior da pista. Em situações nas quais a

pista é relativamente irregular, inclinações maiores são indicadas. Neste caso há rápido

escoamento da água e redução da ocorrência de poças e camadas saturadas na fundação,

que poderiam enfraquecer a estabilidade das pistas.

O Capítulo 3. Projeto de drenagem trata de forma mais detalhada os elementos básicos que

devem compor um projeto bem elaborado em termos do correto direcionamento das águas,

elementos tais que vão além das conformações geométricas aqui descritas.


43

2. Projeto Estrutural

O projeto estrutural de uma estrada mineira refere-se à capacidade de suporte de

carregamentos impostos à estrada ao longo da sua vida útil, sem que seja necessário recorrer

a manutenções excessivas (Hugo, 2005).

O projeto estrutural engloba o dimensionamento de um pavimento, que consiste na definição

das espessuras das camadas que o compõe (Fig. 24), de maneira que tais camadas não se

rompam e nem sejam deformadas quando submetidas a esforços de carga devidos ao tráfego

dos equipamentos. O aumento expressivo na capacidade de carga nominal dos caminhões nas

últimas décadas demonstra como é fundamental que o projeto estrutural de estradas de mina

seja cada vez mais bem planejado e executado.

Figura 24: Projeto estrutural: variáveis de controle

As camadas que constituem o pavimento são classificadas como revestimento, base, sub-base

e sub-leito (Fig. 25). Com exceção da camada superior (revestimento), cujo caráter é


Distância de

visibilidade

Largura

Superelevação

Raio de curvatura

Grade


Interseções elem.

geométricos


drenagem

Geométrico

Revestimento

Base

Sub-base

Sub-leito

Estrutural


corte e aterro

Sarjetas de corte

Saídas d'água

Descidas d'água

Caixas coletoras

Bueiros de greide

Dissipadores de

energia

Caixas de


Drenos profundos

Drenagem


Resistência ao

rolamento


Requisitos de

compactação


campo

Poeira

Material solto

Corrugação

Seção transversal

inadequada

Trilhas de rodas

Borrachudo


agregado e anti-pó


contra pó


44

basicamente funcional, as outras camadas exercem papel estrutural. Em estradas mineiras é

primordial que os materiais normalmente existentes na própria mina ou no seu entorno possam

ser utilizados na construção das camadas do pavimento.

Figura 25: Camadas de um pavimento típico

Fonte: Adaptada de Tannant e Regensburg (2001)

2.1 Camadas de um pavimento típico

2.1.1 Revestimento

O revestimento promove tração, resistência à ação abrasiva do tráfego e ao cisalhamento,

além de transmitir o carregamento do pneu para a base, selando-a contra a penetração de

água superficial. O revestimento ideal para a construção de uma estrada de mina deve

favorecer os seguintes aspectos:

Adequada trafegabilidade em condições climáticas variadas

Diminuição de poeira excessiva no período seco

Diminuição de piso escorregadio no período chuvoso

Baixo custo e redução da necessidade de manutenção

2.1.2 Base

A base é uma camada de alta densidade e estabilidade. A sua função principal é distribuir as

tensões criadas pelos pneus atuando na camada de revestimento, de tal forma que essas


45

tensões não resultem em excessiva deformação da sub-base. Ela também protege a sub-base

de mudanças de volume, expansão ou desagregação. Uma base estável é um dos

fundamentos mais importantes no projeto de estradas. A projeção de um acesso sobre um

material que não suporta adequadamente o peso do tráfego comprometerá severamente a

mobilidade e o controle do veículo, assim como provocará a deterioração geral do acesso.

2.1.3 Sub-base

A sub-base, camada intermediária entre a base e o sub-leito, pode ou não existir. Ela é

geralmente projetada sobre sub-leitos de solos extremamente incompetentes. Em geral é

constituída por material granular. A sub-base promove drenagem e protege o sub-leito de

contrações e expansões, aumenta o suporte estrutural e distribui o carregamento.

2.1.4 Sub-leito

O subleito é a camada de fundação. Essa estrutura deve suportar todos os carregamentos

aplicados nas camadas superiores. Essa camada pode ser constituída pelo próprio terreno

natural (material in situ) ou por rocha ou solo compactados.

2.2 Dimensionamento de um pavimento

Dimensionar um pavimento corresponde a determinar as espessuras das camadas que o

constituem (sub-base, base e revestimento), de forma que elas resistam e transmitam ao sub-

leito as pressões impostas pelo tráfego, sem levar o pavimento à ruptura ou a deformações e

desgastes excessivos.

Na determinação do projeto estrutural de estradas de mina, deve-se considerar inicialmente o

peso máximo dos equipamentos de transporte que trafegarão pela via. 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 considerada igual à pressão do

pneu. Ressalta-se que o dimensionamento do pavimento é necessário para acessos

construídos sobre terrenos (sub-leitos) pouco competentes e com baixa capacidade de suporte.


46

As espessuras das camadas de sub-base, base e revestimento devem ser suficientes para que

as tensões que chegam no sub-leito não provoquem deformação excessiva a essa camada.

Uma sub-base constituída por material sub-compactado ou muito compressível requererá a

colocação de material adicional para garantir o estabelecimento de uma base estável.

2.2.1 Métodos empíricos

2.2.1.1 Método CBR de laboratório

Um dos métodos empíricos mais usuais de dimensionamento das camadas de um pavimento é

feito através do ensaio CBR (California Bearing Ratio, correspondente ao Índice de Suporte

Califórnia, ISC, em português) para determinação da capacidade relativa de suporte dos

materiais agregados que compõe as camadas. O cálculo CBR é dado, conforme Hustrulid e

Kuchta (1995), pela razão percentual entre a pressão exercida por um pistão que compacta

uma amostra de solo em estudo e a pressão exercida pelo pistão, nas mesmas condições, em

uma amostra padrão de referência. Essa amostra é normalmente constituída por brita bem

graduada de alta qualidade com CBR igual a 100%. São geradas curvas contendo os

elementos CBR do material ensaiado contra a espessura total do pavimento acima do sub-leito

para vários carregamentos de roda, conforme apresentado na Fig. 26. Determinam-se, então,

as espessuras das camadas de sub-base e base que deverão ser construídas sobre o sub-

leito. Observe-se que a carga de roda é obtida dividindo-se o peso do veículo carregado sobre

cada eixo pelo número de pneus naquele eixo.


47

Figura 26: Curvas CBR

Fonte: Adaptada de Kaufman e Ault (1977)

Recomenda-se realizar testes para determinação de CBR em laboratórios de ensaios físicos de

solos, tanto das camadas que serão dimensionadas quanto do sub-leito originalmente

existente, visto que ele suportará todos os carregamentos aplicados nas camadas superiores.

No entanto, quando essa prática não é possível ou mesmo quando se deseja obter apenas

resultados gerais, faixas de CBR de diversos tipos de materiais argilosos, arenosos e rochosos

apresentadas na base do gráfico da Fig. 26 podem ser utilizadas como valores aproximados.

De forma a facilitar o entendimento do uso do gráfico da Fig. 26, é dado abaixo um exemplo

para o dimensionamento do pavimento.


48

Considera-se um projeto de construção de uma estrada mineira sobre um terreno

constituído por argila siltosa de média plasticidade. O veículo de maior porte que

transitará por essa estrada é o caminhão fora-de-estrada CAT 785 D. Os materiais

disponíveis para serem usados como material de sub-base e base são areia limpa e

cascalho bem graduado, respectivamente.

Primeiro passo: obtenção de CBR

Proceder aos ensaios laboratoriais para obtenção dos valores de CBR dos

materiais que comporão a camada e do sub-leito pré-existente (procedimento

recomendado)

ou

Atribuir valores de CBR localizando na base do gráfico da Fig. 26 os materiais a

serem utilizados (procedimento a ser utilizado para obtenção de indicação geral

da espessura das camadas).

Valores médios de CBR obtidos pela Fig.26:

Argila siltosa de média plasticidade: 5%

Areia limpa: 15%

Pedregulho bem graduado: 80%

Segundo passo: determinação da carga de roda

Determinar a carga de roda do veículo mais pesado que transitará pela estrada.

Esse valor deve ser consultado nas especificações disponibilizadas pelo

fornecedor do equipamento. Caso não esteja disponível, calcular conforme

abaixo:

Dividir o peso do equipamento carregado sobre cada eixo pelo número de pneus em cada eixo,

obtendo-se o carregamento máximo por pneu.


49

Caminhão CAT 785 D:

Peso bruto do veículo: 249.476 kg / 550.000 lb

Número de eixos: 2

Número de pneus eixo traseiro: 4

Número de pneus eixo dianteiro: 2

Distribuição de peso aproximada (caminhão carregado):

Eixo dianteiro: 33%

Eixo traseiro: 67%

Carregamento máximo por eixo:

Eixo dianteiro: 33% * 550.000 = 181.500 lb

Eixo traseiro: 66,7% * 550.000 = 368.500 lb

Carregamento máximo por pneu:

Pneus eixo dianteiro: 181.500 / 2 = 90.750 lb

Pneus eixo traseiro: 368.500 / 4 = 92.125 lb

Considera-se o maior carregamento, o que nesse exemplo corresponde a 92.125 lb.

Terceiro passo: determinação da espessura total da camada

Esse passo consiste na determinação da espessura total da camada a ser construída sobre a

sub-base.

Carga de roda = 92.125 lb

CBR da sub-base natural constituída por argila siltosa de média plasticidade = 5%

Buscar na Fig. 26 a interseção da curva da carga de roda com o eixo vertical das

linhas CBR para a sub-base.

O ponto de interseção das linhas na Fig. 26 corresponde a aproximadamente

43 polegadas. Isso significa que a superfície final da estrada deve estar a pelo menos 43

polegadas (109 cm) acima do sub-leito, ou seja, a espessura total das camadas a serem

construídas é 109 cm (Fig. 27 A).


50

Quarto passo: determinação da espessura da camada de sub-base


CBR da sub-base a ser construída de areia limpa = 15

O ponto de interseção das linhas de carga de roda e CBR na Fig. 26 corresponde a

aproximadamente 18 polegadas. Isso significa que o topo da camada de sub-base deve

estar a 18 polegadas (46 cm) da superfície final da estrada (Fig 27 B).

Quinto passo: determinação da espessura da camada de base


CBR da base a ser construída de brita bem graduada = 80

O ponto de interseção das linhas de carga de roda e CBR na Fig. 26 corresponde a

aproximadamente 7 polegadas. Isso significa que o topo da camada de base deve estar a 7

polegadas (18 cm) da superfície final da estrada (Fig 27 C).

Sexto passo: determinação da espessura da camada de revestimento

De forma a obter-se a espessura total das camadas, deve-se preencher 7 polegadas (18 cm) a

partir do topo da camada de base, construindo-se a camada superior de revestimento.

Preferencialmente deve-se usar rocha britada uniformemente graduada com CBR igual ou

superior a 80%. Completa-se, assim, o dimensionamento do pavimento proposto (Fig 27 D),

ficando o projeto do pavimento definido pela espessura total das camadas do pavimento e de

suas camadas de sub-base e base.

Observação:

Será visto no Capítulo 4. Construção, que a performance ótima do pavimento projetado em

termos de CBR dos materiais que o compõem somente será alcançada se a construção do

aterro se fizer em camadas finas compactadas.


51

AREIA LIMPA

CASCALHO GROSSO

ARGILA SILTOSA

109 cm

46 cm

CASCALHO FINO

AREIA LIMPA

CASCALHO GROSSO

ARGILA SILTOSA

46 cm

18 cm

ESPESSURA TOTAL DAS CAMADAS A SEREM DISPOSTAS SOBRE O SUB-

LEITO OU TERRENO NATURAL

ARGILA SILTOSA

109 cm

AREIA LIMPA

ARGILA SILTOSA

109 cm

46 cm

18 cm

A B

D C

109 cm

Figura 27: Etapas de dimensionamento de pavimento

(espessura das camadas exageradas verticalmente para facilitar a visualização)


52

FLUXOGRAMA DIMENSIONAMENTO DE PAVIMENTO

Proceder a ensaios laboratoriais do CBR dos materiais do sub-leito e das camadas a serem

dimensionadas

É possível ?

Calcular o CBR dos materiais via gráfico da Fig. 26

S Obter o CBR dos materiais

Calcular a espessura da sub-base

N

S

Recomendado!

Indicativo geral!

Verificar carga de roda do pneu do

equipamento junto ao fornecedor

Disponível?

S

Determinar a espessura total do pavimento acima do

sub-leito

Calcular a carga de roda do pneu do equipamento

conforme 2˚ passo

N

Calcular a espessura da base

Atribuir a espessura do revestimento


53

Alguns autores impõem restrições ao uso do método CBR para estradas de mina

(THOMPSON, 2009 e MORGAN ET AL., 1994 apud KUMAR, 2000), devido aos seguintes

aspectos:

O método CBR baseia-se na Teoria da Elasticidade de Meios Homogêneos de

Boussinesq, em que o módulo de elasticidade dos materiais do pavimento é

considerado constante, sendo que há grande diversidade de materiais passíveis

de serem utilizados na estrutura dos pavimentos de mina, cada um com

propriedades diversas.

Não são consideradas no método CBR as propriedades dos materiais de

revestimento.

O método foi originalmente desenvolvido para ser utilizado em estradas

pavimentadas e em aeródromos. Há grande diferença entre os parâmetros

usados nesse tipo de estradas e os aplicados às estradas mineiras,

principalmente no que se refere ao tipo de material usado nas camadas do

pavimento e às características dos eixos dos equipamentos.

Ainda que o método CBR apresente restrições conforme o explicitado acima, sua aplicação em

estradas de mina é vista como uma prática extremamente válida, principalmente no que se

refere à criação de cultura calcada em parâmetros técnicos, e à apresentação de diretrizes que

norteiam o projeto de dimensionamento de camadas. A grande maioria das empresas

mineradoras projeta e constrói seus pavimentos com base tipicamente na experiência prática

de seus técnicos. O material é aterrado, espalhado e compactado superficial em camadas de

espessura normalmente elevada, bem acima do necessário.

2.2.1.2 Método CBR de campo

A resistência das camadas que compõe um pavimento pode ser medida in situ em pavimentos

flexíveis construídos com materiais inconsolidados através do uso do equipamento

denominado Dynamic Cone Penetrometer (DCP). Medições podem ser feitas até a

profundidade de 800 mm, o que pode ser entendido até 1500 mm com o uso de uma haste

adicional. O equipamento é composto por um peso de 8 kg conectado a uma haste com uma

extremidade constituída por um cone em angulação de 60º e diâmetro máximo de 20 mm. O

peso é solto de uma altura de 575 mm, caindo sobre o encaixe e provocando a penetração da


54

haste no piso (Fig. 28). A taxa de penetração pode ser convertida em parâmetros de

resistência dos materiais que compõe as camadas, como o CBR, utilizando-se ábacos de

conversão ou softwares específicos, tais como o UK DCP 2.2. Mudanças na taxa de

penetração indicam mudanças na resistência dos materiais, facilitando a identificação das

camadas, assim como a espessura e resistência.

Figura 28: Equipamento DCP (Fonte: Jones, 2004)

São necessários entre dois e três operadores para operar o DCP em campo, visto que o

equipamento deve ser firmemente segurado alinhando-o verticalmente em relação ao piso,

enquanto o peso deve ser lançado, e os valores da taxa de penetração registrados (Fig. 29).

1. Haste

2. Peso (8 kg)

3. Bastão

4. Encaixe

5. Proteção para a mão

6. Braçadeira

7. Bastão

8. Régua graduada (1 m)

9. Cone (60º)


55

Figura 29: Equipamento DCP em uso. Complexo Itabira (2009)

A taxa de penetração é então comparada a um gráfico padrão no qual são obtidos os valores

de CBR correspondentes para cada conjunto de cinco quedas do peso (Fig. 30).

Figura 30: Obtenção do CBR


56

Finalmente, constrói-se a curva CBR em função da metragem para pontos específicos do

pavimento ao longo da profundidade em que o teste é conduzido. Para os materiais de

revestimento, que não devem ultrapassar a profundidade de 200 mm em relação à superfície,

os valores de CBR devem ser superiores a 80%. De maneira similar, a camada de base deve

possuir CBR superior a 300% (Fig. 31). Valores inferiores a esses percentuais indicam o uso de

materiais inapropriados para formarem as camadas do pavimento, o que é representado pela

área interna do polígono em vermelho destacado na Fig. 31.

Figura 31: Valores de CBR recomendados

As vantagens do uso do DCP são (Illinois, 2005):

Baixo custo: O equipamento é vendido entre $700.00 e $ 1400.00. Empresas

brasileiras de projeto e consultoria em pavimentação produzem o equipamento, que é

fabricado sob encomenda.

Facilidade e uso e manipulação: O DCP pode ser facilmente transportado e a

habilidade para usá-lo é adquirida com pouco tempo de treinamento.

Profundidade de penetração: Os dados podem ser coletados a profundidades

de até 1500 mm comparados com alcances de até 300 mm obtidos com o uso de outros

dispositivos manuais.

Rapidez na obtenção de resultados: muitos resultados de taxa de penetração

podem ser obtidos em curto espaço de tempo e facilmente convertidos em parãmetros


57

de medição de resistência das camadas do pavimento, tais como CBR (California

bearing ratio) e IBV (Immediate Bearing Value).

2.2.2 Métodos mecanísticos-empíricos

Os métodos mecanísticos-empíricos de dimensionamento de pavimentos, também chamados

mecanicistas-empíricos, baseiam-se em modelos matemáticos que utilizam técnicas

computacionais de análise estrutural. São calculadas tensões e deformações, assim como

mecanismos de fadiga e deformabilidade. Para Medina e Mota (2005), há uma tendência

mundial de se utilizar métodos mecanísticos-empíricos para pavimentos flexíveis e rígidos,

sendo eles novos ou restaurados. Com a criação e evolução de softwares específicos e com a

introdução de equipamentos e métodos de ensaio de carga repetida em laboratórios de

mecânica dos pavimentos, a utilização desses métodos tornou-se mais difundida e,

consequentemente, de mais fácil acesso.

Algumas vantagens do uso de métodos mecanísticos-empíricos em relação aos métodos

empíricos de dimensionamento de pavimento de mineração são (THOMPSON e VISSER,

1996):

Aplicação de diferentes carregamentos e avaliação de seus impactos na

performance da estrutura do pavimento.

Uso mais eficiente de materiais disponíveis na mina e seu entorno para a

construção das camadas.

Previsões de performance mais confiáveis.

Caracterização mais acurada das propriedades das camadas de pavimentos

existentes.

Não é objeto de estudo da atual revisão do manual a aplicação de métodos mecanístiscos -

empíricos de dimensionamento de estradas de mina.


58

3. Projeto de Drenagem

Uma via de acesso implica normalmente na interceptação de águas pluviais de superfície e de

águas subterrâneas. No caso das águas de superfície, além da precipitação recebida em seu

próprio leito, a estrada tende a ser o escoadouro das águas de chuva recebidas das áreas

adjacentes, por vezes bastante extensas.

Um bom sistema de drenagem é essencial para uma estrada de mina. Sem uma eficiente

drenagem, por melhores que sejam as condições técnicas da pista, mais cedo ou mais tarde

sua deterioração será total ou exigirá muito em termos de reparação e manutenção. Além

disso, condições inseguras para o tráfego de veículos serão aumentadas com um sistema de

drenagem inadequado.

Em sua função primordial, a drenagem de uma estrada deve eliminar a água que, sob qualquer

forma, atinge o seu pavimento, captando-a e conduzindo-a para locais em que menos afete a

segurança e durabilidade da via, e sem que essa ação provoque danos ao meio ambiente

(erosões).

A Fig. 32 apresenta os principais elementos responsáveis pelo controle da drenagem

superficial e profunda. Em linhas gerais, o objetivo da drenagem superficial é encaminhar a

água de escoamento que incide sobre a estrada e a drenagem profunda, sub-drenagem ou

drenagem subterrânea destina-se ao direcionamento da água de percolação ou de infiltração.


59


Distância de

visibilidade

Largura

Superelevação

Raio de curvatura

Grade


Interseções elem.

geométricos


drenagem

Geométrico

Revestimento

Base

Sub-base

Sub-leito

Estrutural


corte e aterro

Sarjetas de corte

Saídas d'água

Descidas d'água

Caixas coletoras

Bueiros de greide

Dissipadores de

energia

Caixas de


Drenos profundos

Drenagem


Resistência ao

rolamento


Requisitos de

compactação


campo

Poeira

Material solto

Corrugação

Seção transversal

inadequada

Trilhas de rodas

Borrachudo


agregado e anti-pó


contra pó

Figura 32: Principais elementos do projeto de drenagem

A Fig. 33 mostra em termos simples o efeito da presença ou não de um sistema de drenagem

superficial. Vê-se que o abaulamento da seção transversal, canaletas laterais (sarjetas) e

sangras (“bigodes’’) disciplinam a água incidente escoada na superfície.


60

Figura 33: Importância da drenagem superficial de vias de acesso

Por sua vez, dispositivos como valetas de crista e de aterro impedem que a água afluente

atinja o corpo estradal, como indicado na Fig. 34.

Figura 34: Valetas de proteção de corte e de aterro para interceptação da água afluente superficial


61

Descidas d’água, caixas coletoras e bueiros de greide constituem outros elementos de

drenagem superficial que possibilitam a transferência de volumes excessivos de água para

pontos fora do corpo da estrada, conforme mostrado na Fig. 35.

Figura 35: Descida d’água, caixa coletora, bueiro de greide e outros elementos de drenagem superficial

Os drenos de fundo completam a proteção da estrada ao interceptarem ou drenarem a água

subterrânea ou infiltrada como indicado na Fig. 36. Esses dispositivos evitam a saturação do

pavimento e do sub-leito (que provoca diminuição da capacidade de suporte), além de

contribuirem para a estabilidade dos taludes de corte.

Figura 36: Dreno de fundo rebaixando o nível do lençol freático

Para realizar o dimensionamento hidráulico dos elementos que compõe o projeto de drenagem

há necessidade de estimar parâmetros como descarga de contribuição, dimensões de

passagem d’água, levantamento de bacias de contribuição e determinação de seções

transversais com capacidade hidráulica suficiente para atender à descarga de projeto, dentre


62

outros. Não faz parte do escopo dessa revisão do manual proceder aos cálculos que levam ao

dimensionamento hidráulico. Um pré-dimensionamento dos principais elementos, quando

possível, é apresentado.

3.1 Drenagem superficial

A drenagem superficial de uma via de acesso tem como objetivo interceptar e captar,

conduzindo ao deságue seguro, as águas que se precipitam sobre o corpo da estrada e as

provenientes de suas áreas adjacentes, resguardando sua segurança e estabilidade. Para um

sistema de drenagem superficial eficiente, utiliza-se uma série de dispositivos com objetivos

específicos, descritos a seguir.

3.1.1 Valetas de proteção de corte e aterro

As valetas de proteção de corte têm como objetivo interceptar as águas que escorrem pelo

terreno a montante em direção ao talude de corte, impedindo-as de atingi-lo. De forma

semelhante, as valetas de proteção de aterro protegem-no quando a declividade do terreno

natural é voltada para esse aterro.

As valetas de proteção são construídas nos terrenos adjacentes paralelas às cristas dos

taludes de corte ou os pés dos taludes de aterros, a uma distância horizontal entre 2,0 e 3,0

metros. O material resultante da escavação deve ser colocado entre a valeta e a crista do corte

ou pé do aterro, e apiloado (adensado manualmente) conforme indicado na Fig. 37.

Figura 37: Valetas de proteção de corte (A) e de aterro (B)

A

B A


63

Elementos de projeto

As valetas de proteção podem ser triangulares, trapezoidais ou retangulares. As valetas de

proteção de corte triangulares (Fig. 38 A) são fáceis de serem projetadas, construídas e

mantidas. No entanto, criam planos preferenciais de escoamento d’água, sendo por isso pouco

recomendadas para grandes vazões. As valetas trapezoidais são recomendadas por

apresentarem maior eficiência hidráulica, ou seja, promoverem a redução das perdas de água

e energia (Fig. 34 B). Já as valetas retangulares são as mais fáceis de serem construídas em

cortes de materiais rochosos (Fig. 34 C).

Figura 38: valetas de proteção de corte

Pré-dimensionamento hidráulico

Um pré-dimensionamento das valetas de proteção para vias temporárias ou de curta duração

pode ser obtido considerando o indicado na Fig. 39.

A B

C


64

Figura 39: Pré-dimensionamento de valetas de proteção

Execução

A execução das valetas de proteção deverá ser iniciada imediatamente após a conclusão das

operações de conformação dos taludes de corte/aterro e deverá obedecer aos gabaritos

definidos no pré-dimensionamento/dimensionamento hidráulico. Os materiais escavados,

excedentes e desnecessários resultantes das operações de seu preparo devem ser destinados

à conformação lateral de cordão de proteção, devendo os mesmos serem apiloados

manualmente para garantir sua estabilidade (Fig 35). Em seguida, a seção de ambas as

valetas de proteção (corte e aterro), tal qual o cordão superior de solo proveniente da

escavação deverão ser revestidos.

Revestimento

A princípio, convém sempre revestir as valetas de corte, especialmente nas vias permanentes,

sendo isso obrigatório para as aberturas em terreno permeável, para evitar que a infiltração

provoque instabilidade no talude de corte, podendo provocar até o seu deslizamento. Atenção

especial deve ser dada ao revestimento da valeta triangular, pois, pela própria forma da seção,

há uma tendência mais acentuada à erosão e infiltração.


65

A escolha do revestimento é função da natureza do piso e, principalmente, dependerá da

velocidade de escoamento. Os tipos de revestimento mais recomendados são os feitos de

concreto, alvenaria de tijolos ou pedra, pedra arrumada e vegetação (grama ou placas). Em

terrenos areno-siltosos deve-se revestir sempre, devido à erosão causada pela passagem da

água. Terrenos areno-argilosos ou argilosos devem ser revestidos quando a inclinação for

superior a 5 %. Quando possível, sugere-se a incorporação de espécies arbustivas ao cordão

de solo superior, de maneira a reconstituir-se o ambiente original destas áreas. O controle das

condições de acabamento da implantação destes serviços é feito visualmente.

Medidas de Proteção

No caso do fundo das valetas de proteção apresentar declividades acima de 6 %, às mesmas

deverão ser incorporados os princípios dos dissipadores de energia, sob a forma de instalação

de pequenas barreiras de amortecimento da velocidade das águas de escorrimento dispostos

em meia seção. É aconselhável que o espaçamento não ultrapasse 50 m, o que corresponde à

declividade de 2% com diferença de nível de 1,0 m entre dois vertedouros consecutivos. As

pequenas barragens podem ser executadas com diversos materiais: madeiras, concreto,

chapas metálicas, etc.

Quanto aos pontos de descarga das águas coletadas pelas valetas de proteção, deverão ser

instaladas barreiras de pedras lançada/arrumada sob a forma de enrocamento, conjugadas

com intensa implantação de espécies arbustivas no seu entorno de modo a evitar a formação

de processos erosivos.

Acontece na prática, não raro, a necessidade de retirada da água da valeta de proteção de

corte antes que ela atinja os pontos de descarga, conduzindo-se a água para a sarjeta de corte

ou para a caixa coletora de um bueiro de greide, nos seguintes casos:

Quando nos cortes muito extensos e de pequena declividade o comprimento

crítico2 da valeta for atingido, o que obrigaria a construção de seção com grandes

dimensões.

Quando o terreno a montante da valeta apresentar um talvegue secundário bem

definido, ocasionando a concentração de água num único local.

2 Máxima distância da valeta antes de uma saída d’água ou caixa coletora


66

Quando o perfil longitudinal da valeta apresentar-se sinuoso com vários pontos

baixos, obrigando, para que haja um escoamento contínuo, a execução da valeta

a grandes profundidades.

Nessas situações, o dispositivo de saída d´água da valeta de proteção de corte para a berma é

comumente denominado descida d'água, em geral construída em degraus, como mostra a

Fig. 40, ou através de "rápidos" com anteparos.

Figura 40: Construção de descidas d’água em degraus

Equipamentos

Os serviços para a execução das valetas de proteção são desenvolvidos com a utilização de

retro escavadeiras ou através do uso de ferramentas manuais, onde a operação dos

equipamentos for considerada inviável.

3.1.2 Sarjetas de corte

Sarjetas de corte (canaletas) são pequenas valetas laterais executadas ao longo dos bordos

das bancadas das vias onde a seção transversal apresenta-se em corte. Elas têm como

objetivo captar as águas que se precipitam sobre a bancada e taludes de corte e conduzi-las,

longitudinalmente à estrada, até o ponto de descarga. A descarga pode ser a saída lateral para

o terreno natural na transição entre o corte e o aterro, ou para a leira de aterro. A descarga

também poderá ser destinada para a caixa coletora de um bueiro de greide ou ainda para uma

caixa de retenção.


67

Elementos de projeto

Diversos tipos de seção caracterizam as sarjetas de corte, dependendo da capacidade de

vazão necessária: triangular, trapezoidal e retangular.

Sarjeta triangular

As sarjetas triangulares são as mais comuns e bem aceitas, pois apresentam uma razoável

capacidade de vazão, são construídas em espaços pequenos e reduzem o risco de acidentes.

De acordo com a Fig. 41, a sarjeta deve ter do lado da bancada a declividade de 25% ou seja

1:4 e do lado do talude a declividade deste.

Figura 41: Sarjeta triangular

Os valores extremos da distância horizontal da borda da estrada ao fundo da sarjeta (L1),

situam-se entre 1,0 e 2,0 metros, de acordo com a seção de vazão necessária. Mantendo as

declividades transversais estabelecidas, o aumento de L1 fornecerá um acréscimo de L2, H e

LT e conseqüentemente um acréscimo na capacidade hidráulica da sarjeta. Quando para o

valor máximo de L1 = 2,0 metros a seção da vazão ainda for insuficiente, deverá então ser

adotada seção tipo trapezoidal ou retangular, com dimensões convenientes para atender à

descarga de projeto.

Sarjeta trapezoidal

Quando a sarjeta triangular de máximas dimensões permitidas for insuficiente para atender à

descarga de projeto, deve-se adotar a sarjeta de seção trapezoidal conforme a Fig. 42.


68

Figura 42: Sarjeta trapezoidal

Sarjeta retangular

Quando a seção triangular não atender à vazão para a descarga de projeto, ou em caso de

cortes em rocha pela facilidade de execução, pode-se optar pela sarjeta retangular (Fig. 43).

Figura 43: Sarjeta retangular

Neste caso tem-se a vantagem de poder variar sua profundidade ao longo do percurso,

proporcionando uma declividade mais acentuada que o grade da estrada, aumentando assim

sua capacidade hidráulica.


Um gabarito preliminar de sarjeta para vias temporárias ou de curta duração pode ser utilizado

como mostra a Fig. 44.


69

Figura 44: Pré-dimensionamento de sarjetas de corte

Execução

Devem ser executadas simultaneamente aos serviços de implantação do grade da estrada,

conformação da seção transversal e compactação do sub-leito, e devem ser revestidas

levando-se em conta vazão, declividade e tipo de terreno (susceptibilidade à erosão). Os tipos

de revestimentos mais usados são materiais naturais como cascalhos, pedras de mão

lançada/arrumada e gramíneas em placas ou artificialmente produzidos como concreto

ciclópico simples3, alvenaria de pedra argamassada e tijolos maciços.

3 Também conhecido como fundo de pedra argamassada, sendo constituúdo pela incorporação de pedras de mão

ou matacões ao concreto pronto.


70

3.1.3 Saídas d’água (“bigodes”)

Saídas d'água são dispositivos destinados a conduzir as águas coletadas pelas sarjetas e/ou

leiras, lançando-as nas descidas d'água. São, portanto, dispositivos de transição entre esses

condutores laterais e as descidas d'água.

Localizam-se na borda da estrada, junto a alargamentos próprios para sua execução, nos

pontos baixos das curvas verticais côncavas e algumas vezes, nos pontos de passagem de

corte para aterro. A Fig. 45 mostra uma saída d’água enrocada na estrada de acesso para

Galinheiro (Complexo Itabiritos), construída para conduzir as águas coletadas e evitar erosões

na estrada e nos taludes subjacentes causados pela descida da água.

Figura 45: Saída d’água com enrocamento. Complexo Itabiritos: Estrada para Galinheiro (2009)

O fluxo proveniente da drenagem superficial não pode ser simplesmente descartado

diretamente na encosta e consequentemente nos cursos d’água. Existem legislações que

regulamentam e controlam o descarte de material particulados nas encostas. Algumas

providências devem ser tomadas, tais como sumps de decantação, anteparos para dissipação

e controle da vegetação.


71

Elementos de Projeto

As saídas d’água devem ter uma seção tal que permita a rápida captação das águas que

escoam pela borda da estrada, conduzindo-as às descidas d'água. O rebaixamento gradativo

da seção, conforme mostrado nas Fig. 46 e Fig. 47, é um método eficiente de captação.

Considerando sua localização, as saídas d'água devem ser projetadas obedecendo aos

seguintes critérios:

Grade em rampa: o fluxo d'água se realiza num único sentido, como mostrado na Fig 42.

Figura 46: Saída d’água de grade em rampa


72

Curva vertical côncava (ponto baixo): neste caso o fluxo d'água se dá nos dois sentidos,

convergindo para um ponto baixo, como mostrado na Fig. 43.

Figura 47: Saída d’água de curva vertical côncava

Para evitar erosão, as saídas d'água podem apresentar revestimentos constituídos por

elementos naturais como pedra de mão disponível localmente ou outros materiais indicados em

projeto, tais como placas de grama, mudas de capim-limão, grama em mudas, etc, ou ainda de

concreto com superfície lisa ou de chapas metálicas.

Quanto ao revestimento, as saídas d'água podem ser preferencialmente de concreto com

superfície lisa ou de chapas metálicas. As saídas d'água de concreto são executadas no local

conjuntamente com as descidas d'água. As chapas metálicas são moldadas no canteiro de

obra e fixadas no local, através de chumbadores.


73

3.1.4 Descidas d’água

Descidas d’água têm como objetivo conduzir águas captadas por outros dispositivos de

drenagem pelos taludes de corte e aterro. Tratando-se de cortes, as descidas d'água têm como

objetivo principal conduzir as águas das valetas quando atingem seu comprimento crítico, ou

de pequenos talvegues, desaguando numa caixa coletora ou na sarjeta de corte. No aterro, as

descidas d'água conduzem as águas provenientes das leiras quando é atingido seu

comprimento crítico, e, nos pontos baixos, através das saídas d'água, desaguando no terreno

natural.

As descidas d'água também atendem, no caso de cortes, às valetas de proteção quando é

atingido seu comprimento crítico e em pontos baixos. Não raramente, devido à necessidade de

saída de bueiros elevados desaguando no talude do aterro, as descidas d'água são

necessárias visando conduzir o fluxo pelo talude até o terreno natural. Posicionam-se sobre os

taludes de cortes e aterros, seguindo suas declividades e também na interseção do talude de

aterro com o terreno natural nos pontos de passagem de corte-aterro.


As descidas d'água podem ser do tipo “rápido” (Fig. 48) ou em degraus. A escolha entre um e

outro tipo é função da velocidade limite do escoamento para que não provoque erosão, das

características geotécnicas dos taludes, do terreno natural, da necessidade da quebra de

energia do fluxo d'água e dos dispositivos de amortecimento na saída. A análise técnica e

econômica desse conjunto leva à escolha de uma descida do tipo rápido ou em degraus.


74

Figura 48: Descida d’água tipo “rápido”

A descida d'água, por ser localizada em um ponto bastante vulnerável da estrada,

principalmente nos aterros, requer que cuidados especiais sejam tomados para se evitar

desníveis causados por caminhos preferenciais durante as chuvas intensas e consequentes

erosões que podem levar ao colapso toda a estrutura. Assim, deve ser previsto o confinamento

da descida no talude de aterro, devidamente nivelada e protegida com o revestimento indicado

para os taludes.

As descidas d'água podem ter a seção de vazão das seguintes formas:

Retangular, em calha tipo “rápido” ou em degraus.

Semicircular ou meia cana, metálica ou de concreto.

Em tubos metálicos ou de concreto.

É desaconselhável a seção de concreto em módulos, pois a ação dinâmica do fluxo pode

acarretar o descalçamento e o desjuntamento dos módulos, o que rapidamente atingiria o

talude, provocando erosão. No caso da utilização de módulos, as peças deverão ser

assentadas sobre berços previamente construídos. Quanto à execução, as descidas

retangulares podem ser executadas no local com formas de madeira, em calha ou degraus (ver

Fig. 36 e Fig. 49).


75

Figura 49: Descida d’água em degraus

3.1.5 Caixas coletoras

As caixas coletoras são elementos de drenagem construídos junto a bueiros de greide e

destinadas a captar as águas que contribuem à berma da estrada.

As caixas coletoras localizam-se:

Nas extremidades dos comprimentos críticos das sarjetas de corte, conduzindo as

águas para um bueiro ou coletor, que as levará para o deságue apropriado.

Nos pontos de passagem de cortes para aterros, coletando as águas das

sarjetas, nos casos em que as águas possam provocar erosões ao atingirem o

terreno natural.

Nas extremidades das descidas d'água de corte, quando se torna necessária a

condução das águas desses dispositivos para fora do corte sem a utilização das

sarjetas.

No terreno natural, junto ao pé do aterro ou na junção de vias principais, quando

se deseja conter os sedimentos carreados pela força cinética da água.

Em qualquer lugar onde se torne necessário captar as águas superficiais,

transferindo-as para bueiros ou bacias de sedimentação, não comprometendo a

segurança do tráfego.


76


Quanto à sua função, as caixas coletoras podem ser caixas de passagem ou caixas de

contenção de sedimentos. São executadas em alvenaria de tijolos maciços, concreto simples

e/ou ciclópico, pedra cortada ou de mão argamassada.


Exemplos de pré-dimensionamento de caixas coletoras podem ser vistos na Fig. 50.

Figura 50: Pré-dimensionamento de caixas coletoras

Execução

Preliminarmente à construção da caixa coletora executar o bueiro.

Construir a caixa coletora conforme dimensões e materiais indicados.


77

Reaterrar o espaço entre as paredes e a cava da caixa, apiloando o material com

soquete manual.

Proteger os bordos da caixa com pedra de mão local ou material de revestimento

primário eminentemente granular.

Conformar a sarjeta de acesso à caixa.

3.1.6 Bueiros de greide

Os bueiros de greide são dispositivos destinados a conduzir as águas captadas pelas caixas

coletoras para locais de deságue seguro (Fig. 51).

Figura 51: Bueiro de greide e seus elementos (caixa coletora, corpo e boca de saída)

Os bueiros de greide podem ser implantados transversal ou longitudinalmente ao eixo da

estrada e localizam-se nos seguintes pontos:

Extremidades dos comprimentos críticos das sarjetas de corte em seção mista ou

quando, em seção de corte for possível o lançamento da água coletada através

de janela de corte. Nas seções em corte, quando não for possível o aumento da


78

capacidade da sarjeta ou a utilização de abertura de janela no corte a jusante,

projeta-se um bueiro de greide longitudinalmente à pista até o ponto de passagem

de corte-aterro.

Pés das descidas d'água dos cortes, recebendo as águas das valetas de proteção

de corte e/ou valetas de banquetas, captadas através de caixas coletoras.

Pontos de passagem de corte-aterro, evitando-se que as águas provenientes das

sarjetas de corte deságuem no terreno natural com possibilidade de

erodi-lo.


Como mostrado na Fig. 47, os elementos constituintes de um bueiro de greide são caixas

coletoras, corpo e boca de saída. As caixas coletoras podem ser construídas de um ou dos

dois lados da pista. O corpo do bueiro de greide é constituído em geral por tubos de concreto

armado ou metálicos. A boca é construída à jusante, ao nível do terreno ou no talude de aterro,

sendo, neste caso, necessário construir uma descida d'água geralmente dotada de bacia de

amortecimento.

Execução

Tendo em vista maior facilidade de limpeza, o diâmetro ideal a adotar para o bueiro de greide é

de 0,80 m, embora esse valor tenha que ser justificado hidraulicamente. Para a sua

implantação, são abertas valas no sentido de jusante para montante. As escavações devem

obedecer às dimensões e cotas necessárias para o assentamento dos tubos, garantindo aos

mesmos um recobrimento mínimo de 1,5 vezes o diâmetro do bueiro, principalmente se os

bueiros forem constituídos de tubos de concreto desprovidos de armadura de reforço. A

locação definitiva e o comprimento total do bueiro deverão ser definidos no local da obra,

devendo orientar-se da seguinte forma:

Nivelar e apiloar o fundo da vala, cuidando para que, na existência de água, a mesma

seja drenada antecipadamente. Executar base em enrocamento de pedra arrumada e

berço de concreto simples, conforme indicado na Fig. 52.

Assentar os tubos, executar o berço complementar e promover o rejunte dos tubos com

argamassa de cimento e areia.

Reaterrar e compactar a cava do bueiro utilizando-se sapo mecânico, preferencialmente

com o próprio material escavado, desde que seja de boa qualidade, espalhando-o em


79

camadas de 0,20 m, até que seja atingida a espessura de no mínimo 0,60 m acima da

geratriz superior externa do corpo do bueiro. Deste ponto até a cota de projeto, os

aterros remanescentes poderão ser compactados por meio de rolos compactadores

tradicionais.

Executar as bocas/caixas coletoras nas cotas determinadas pelo projeto de engenharia.

Em casos de elevado volume d’água em tais dispositivos e condições particulares de

possibilidade de erosão à montante e jusante dos bueiros, recomenda-se enrocamento

de pedra arrumada/Jogada nestes pontos, conforme indicado no projeto de engenharia.

Figura 52: Detalhe construtivo de bueiro de greide: entrada (caixa coletora) à esquerda e boca de saída à direita

3.1.7 Dissipadores de energia

Quando os bueiros estão muito espaçados entre si e as sarjetas têm declividade acentuada

(maior que 6 %), é necessário diminuir a velocidade das águas para evitar a erosão a jusante

das bocas (saídas do bueiros). Para isto, deve-se executar pequenas barragens (obstáculos)

para dissipar a energia, de acordo com a localização indicada no projeto. Caso o leito das

sarjetas for constituído de material resistente (rocha alterada), poderá ser dispensada a sua

execução. Procedimento semelhante é sugerido para as valetas de proteção de corte (ver item

3.1.1).


80

Pré-dimensionamento

Um exemplo de pré-dimensionamento do espaçamento de dissipadores é apresentado na

Fig. 53.

Figura 53: Proteção de saídas d’água, descidas d’água e boa de bueiros

Execução

Os dissipadores de energia devem ser executados com pedras de mão locais ou outros

materiais indicados em projeto. As pedras devem ser arrumadas em forma de prisma de

enrocamento e mantidas em posição estável por meio de argamassa de cimento e areia. Sua

crista deve ser moldada abaixo da cota da plataforma da estrada. As seguintes etapas devem

ser seguidas:

Preparar a superfície, eliminando-se os sulcos e removendo os materiais soltos.

Preparar a base, apiloando-a com soquete manual se necessário. As pedras

deverão ser arrumadas de tal forma que fiquem travadas umas às outras.


81

A Fig. 54 mostra a aplicação de dispositivos de proteção de drenagem em bueiro de greide

(boca).

Figura 54: Proteção de saída de bueiro (boca)

O uso de pedra de mão arrumada para revestir saídas d’água/bigodes, sarjetas de corte, leiras

e entradas e saídas de bueiros também tem aplicação generalizada.

3.1.8 Caixas de retenção / infiltração

São dispositivos destinados à captação das águas superficiais oriundas da berma das

estradas. São empregadas quando quaisquer dos dispositivos anteriores não forem

recomendados ou adequados em casos como:

Presença de áreas muito erodíveis (medida de controle de erosão).

Presença de edificações em áreas adjacentes.

Rampas longas e encaixadas onde não é tecnicamente viável a implantação de

outros dispositivos.


82

Localização

Em geral, sugere-se a adoção da locação das caixas de retenção em paralelo. Em casos

específicos, onde se faz necessária a ampliação do volume deste dispositivo visando o suporte

de volumes maiores de água, pode-se adotar o sistema de bacias em série. Neste sistema um

conjunto de caixas de retenção são interligadas, normalmente em número de 3, onde a

primeira a montante funciona como uma estrutura dissipadora de energia, a segunda como

uma estrutura armazenadora de água e por último, a terceira, funcionando como uma estrutura

de segurança em casos de transbordamento das caixas localizadas a montante. Cuidados

especiais devem ser tomados com respeito aos canais de interligação entre tais caixas, uma

vez que normalmente, os mesmos posicionar-se-ão no sentido de maior declive, com

problemas de erosão no canal e o conseqüente assoreamento das caixas situadas a jusante.

Dispositivos complementares de suporte

Se porventura constatada a impossibilidade de se construir o canal de admissão em

declividades menores que 1%, há que serem tomadas medidas visando a proteção desta

estrutura contra os efeitos erosivos advindos da velocidade excessiva das águas. Nesses

casos, sugere-se a construção de dissipadores de energia, que se constituem de pequenas

barreiras dispostas seqüencialmente ao longo do canal de admissão visando diminuir a

velocidade alcançada pelas águas e permitir que a caixa de retenção funcione

adequadamente. Tais dissipadores podem ser construídos formando-se um conjunto de pedras

de mão arrumadas, disposto seqüencialmente, de forma a permitir que a água infiltre-se por

entre seus elementos.

Adicionalmente, pode ser agregada a essas estruturas adequada proteção vegetal, o que

diminuirá a possibilidade de entupimento desses dispositivos ocasionada pela ocorrência de

carreamento de partículas finas dos solos durante a movimentação da água pelo canal.

Manutenção

Em seguida às primeiras chuvas após a implantação do sistema e em virtude da movimentação

de solos oriundos da plataforma da estrada, é comum a ocorrência de transporte de

sedimentos ocasionando problemas de infiltração e nesse sentido recomenda-se a remoção

dos sedimentos carreados para o interior da caixa de retenção. Rotineiramente, a cada 6

meses, tais operações devem se repetir visando uma maior eficiência do sistema como um

todo; caso contrário, a água retida não se infiltra, apenas evapora. Com isso passa-se a ter


83

problemas de “água parada” com a proliferação de insetos prejudiciais ao homem e aos

animais. Por essa razão, recomenda-se a limpeza e escarificação do fundo da caixa durante as

operações de manutenção.

3.2 Drenos profundos

O objetivo principal da drenagem profunda é a obtenção de um subleito seco para as estradas.

Ao construí-los é modificado o sistema de drenagem natural, sendo o fluxo d’água subterrâneo

interrompido pelos cortes e represado pelos aterros. No caso dos solos dos aterros e dos

fundos de corte serem pouco permeáveis ou forem assentes sobre uma camada impermeável,

haverá por muito tempo após as chuvas acúmulo de grande quantidade de água, reduzindo

sua capacidade de suporte. Outras vezes o lençol freático pode ser atingido ao serem abertos

os cortes, com o conseqüente alagamento da caixa de corte, podendo a água subir por

capilaridade e encharcar o solo que constitui o subleito da plataforma.

A drenagem profunda consiste de valas preenchidas por um ou mais materiais, com

permeabilidade bem maior que a do material trabalhado, com a função de recolher as águas

que atinjam ou se infiltrem no corpo do pavimento e conduzi-las para fora da berma da estrada.

A drenagem profunda visa, portanto, o dessecamento dos aterros ou da camada superior dos

fundos de corte e o rebaixamento do nível do lençol freático.

Características gerais

Os drenos profundos são instalados, preferencialmente, em profundidades da ordem de 1,50 a

2,00 m, tendo por finalidade captar e aliviar o lençol freático e, consequentemente, proteger o

corpo estradal. Devem ser instalados nos trechos em corte, nos terrenos planos que

apresentem lençol freático próximo do subleito, bem como nas áreas eventualmente saturadas

próximas ao pé dos taludes.

Materiais

Os materiais empregados nos drenos profundos diferenciam-se de acordo com as suas

funções, a saber:


84

Materiais filtrantes: areia, agregados britados, geotextil, etc.

Materiais drenantes: britas, cascalho grosso lavado, etc.

Materiais condutores: tubos de concreto (porosos ou perfurados), cerâmicos

(perfurados), de fibro-cimento, de materiais plásticos (corrugados, flexíveis perfurados,

ranhurados) e metálicos.

Quando não são colocados tubos no interior dos drenos. Nestes casos eles são chamados de

"drenos cegos ".

Localização

Os drenos profundos devem ser instalados nos locais onde haja necessidade de interceptar e

rebaixar o lençol freático, geralmente nas proximidades das bancadas.

Nos trechos em corte, recomenda-se que sejam instalados, no mínimo, a 1,50 m do pé dos

taludes, para evitar futuros problemas de instabilidade. Podem também ser instalados sob os

aterros, quando ocorrer a possibilidade de aparecimento de água livre, bem como quando

forem encontradas camadas permeáveis sobrepostas a outras impermeáveis, mesmo sem a

presença de água na ocasião da pesquisa do lençol freático.


Os drenos profundos são constituídos por vala, materiais filtrante e drenante, podendo

apresentar tubos-dreno, juntas, caixas de inspeção e estruturas de deságue. No caso de

drenos com tubos podem ser utilizados envoltórios drenantes ou filtrantes constituídos de

materiais naturais ou sintéticos.

Valas

As valas, abertas manual ou mecanicamente, devem ter no fundo a largura mínima d (diâmetro

do tubo) + 25 cm. Sua altura depende da profundidade do lençol freático, podendo chegar a no

máximo 2,00 m e declividade igual ou superior a 0.2%. Habitualmente são executadas valas

com largura de 50 cm.


85

Material de enchimento

O material de enchimento da vala pode ser filtrante ou drenante. A função do material filtrante é

permitir o escoamento da água sem carrear finos e consequentemente evitar a colmatação4 do

dreno. Podem ser utilizados materiais naturais com granulometria apropriada ou geotexteis. A

função do material drenante é a de captar e ao mesmo tempo conduzir as águas a serem

drenadas, devendo apresentar uma granulometria adequada à vazão escoada.

Tubos

Devem ser constituídos de concreto poroso ou perfurado, cerâmica, plástico rígido ou flexível

corrugado e metálicos. Os diâmetros dos tubos comerciais variam de 10 a

20 cm. Se necessário, tubos de diâmetros maiores podem ser perfurados no canteiro de obras.

Os tubos de concreto podem conter furos com diâmetros variando de 6 a 10 mm, sendo que

nos tubos de materiais plásticos flexíveis corrugados são utilizadas ranhuras de 0,6 a 10 mm.

Os tubos deverão ser instalados com os furos voltados para cima, em casos especiais de

terrenos altamente porosos ou rochas com fendas amplas. A posição dos furos voltados para

cima exige que se encha a base da vala do dreno com material impermeável até a altura dos

furos iniciais e na outra condição deve-se colocar filtro como material de proteção no fundo da

vaIa. No caso de tubos plásticos corrugados flexíveis, por disporem de orifícios em todo o

perímetro, não há necessidade de direcionar as aberturas de entrada d'água.

Selo

É uma camada de 20 cm constituída de material sílico-argiloso ligeiramento umedecido e

compactado, colocado na parte superior da vala. Tem por finalidade impermeabilizar e proteger

o material filtrante das águas superficiais para dentro do dreno, evitando a sua sobrecarga.

Tipos de drenos profundos

Dois os tipos de drenos profundos são largamente utilizados, como indicado na Fig. 55.

Tipo I (com areia): instalação no fundo da vala de tubos porosos de concreto e posterior

enchimento da vala com areia.

4 Redução dos espaços vazios de um meio poroso, reduzindo a capacidade filtrante/drenante ao longo do tempo e

comprometendo a eficiência do sistema drenante (REMÍGIO, 2006).


86

Tipo II (com brita): revestimento da vala de drenagem com manta de geotêxtil (Ex. Bidim OP-30

ou similar), instalação no fundo da vala de tubos perfurados de concreto e posterior enchimento

da vala como material filtrante constituído de brita.

Figura 55: Seções de drenos profundos

Execução

Escavação da vala: As valas deverão ser escavadas no sentido de jusante para

montante, de acordo com a largura, o alinhamento e as cotas indicadas em projeto. O

material resultante da escavação das valas deverá ser depositado em locais definidos,

tomando o cuidado para não colocá-lo nas adjacências do corpo da estrada, ou em

locais ou regiões que possam provocar obstrução do sistema de drenagem natural, bem

como das áreas vizinhas.


87

Preenchimento com material filtrante: executar uma camada de material filtrante de 10

cm de espessura para assentamento do elemento condutor. O preenchimento das valas

deve ser realizado no sentido de montante para jusante, com os materiais indicados em

projeto. O dreno deve ser preenchido até a cota indicada em projeto, a qual deve se

posicionar 20 cm abaixo da linha superior da superfície do sub-leito, visando a execução

posterior do selo.

Selo: O selo destina-se a impedir a colmatação do elemento filtrante do dreno por meio

de materiais finos carreados pela drenagem superficial da plataforma em épocas de

chuvas. Em ambos os casos, executa-se uma camada de 20 cm de material argiloso na

cota prevista em projeto. Para o caso do dreno profundo TIPO I, todavia, o selo será

executado diretamente sobre a manta de Bidim, uma vez que a mesma envolve o

material filtrante em todas as faces da vala. Para o dreno profundo TIPO II, uma vez que

o material filtrante é constituído de areia, deverá ser posta uma proteção em forma de

capim sobre a parte superior do dreno, antes da execução do selo. Isso visa impedir que

a argila do selo migre para a areia, provocando futuramente o entupimento do dreno.


88

4. Construção

A construção de um pavimento deve levar em conta a escolha dos materiais mais adequados

que serão dimensionados para compor as camadas. A investigação do parâmetro resistência

ao rolamento é fundamental nessa fase, visto que alterações na camada de revestimento

provocam alterações nesse índice. Especial atenção deve ser dada também ao tratamento

anti-pó dessa camada, que provoca alteração nas condições do tráfego, nas questões relativas

à segurança e saúde ocupacional dos trabalhadores. A Fig. 56 mostra os principais itens a

serem considerados no processo de construção do pavimento.


Distância de

visibilidade

Largura

Superelevação

Raio de curvatura

Grade


Interseções elem.

geométricos


drenagem

Geométrico

Revestimento

Base

Sub-base

Sub-leito

Estrutural


corte e aterro

Sarjetas de corte

Saídas d'água

Descidas d'água

Caixas coletoras

Bueiros de greide

Dissipadores de

energia

Caixas de


Drenos profundos

Drenagem


Resistência ao

rolamento


Requisitos de

compactação


campo

Poeira

Material solto

Corrugação

Seção transversal

inadequada

Trilhas de rodas

Borrachudo


agregado e anti-pó


contra pó

Figura 56: Elementos importantes na construção do acesso mineiro


89

4.1. Resistência ao rolamento

A resistência ao rolamento é a medida da força a ser superada para que uma roda seja

puxada ou rolada sobre o solo. Essa força é afetada por condições do solo e pela carga:

quanto mais uma roda afunda no solo, maior a resistência ao rolamento. O atrito interno e a

flexão dos pneus também contribuem para a resistência ao rolamento. A resitência ao

rolamento também pode ser definida como a capacidade de um pneu resistir ao seu movimento

natural de "girar" (ou rolar). Quanto menor a resistência ao rolamento de um pneu, menos

energia será necessária parafazê-lo "girar", resultando em economia de combustível e por

conseqüência, menor emissão de poluentes na atmosfera. A resistência ao rolamento somente

se aproximará do ideal em superfícies muito duras, lisas, com uma base bem compactada.

A resistência de rampa é a medida da força a ser superada para que o equipamento seja

movimentado em rampas ascendentes. A resistência total é o efeito combinado da resistência

ao rolamento (nos veículos de rodas) e da resistência de rampa. É calculada somando-se

esses valores, de modo a obter a força de resistência em quilogramas ou libras. A resistência

total também pode ser representada simplesmente como resistência de rampa expressa em

percentagem de rampa.

A constante evolução dos pneus, através da utilização de novos tipos de materiais (Sílica,

Polímeros Especiais, Negros de Carbono Especiais, Novas Cordas de Cinturas, etc...), novos

perfis de pneus e novas estruturas, faz com que os níveis de resistência ao rolamento dos

pneus fiquem cada vez mais reduzidos. Para se obter uma menor resistência ao rolamento, é

também muito importante ficar atento à calibragem dos pneus, uma vez que ela tem relação

direta com essa característica. Quanto mais baixa a pressão, maior é a resistência ao

rolamento e portanto maior o consumo de combustível (Fig. 57).


90

Figura 57: Coeficiente de resistência ao rolamento em função da pressão interna dos pneus

(Pirelli®, 2010)

A resistência ao rolamento pode ser estimada e alguns de seus valores típicos são

apresentados conforme a Tab 5.

Tabela 5: Valores de resistência ao rolamento (Caterpillar, 2000)

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

20 25 30 35 40 45 50

Pressão interna (psi)

Co

efi

cie

nte

de r

esis

tên

cia

ao

rola

men

to (

kg

j/100*k

gf)


91

Estradas em boas condições reduzem a resistência ao rolamento e promovem aumento de

produtividade e segurança. A relação entre resistência ao rolamento e perda de produtividade

pode ser determinada usando-se a aplicação de dados obtidos nos manuais dos equipamentos

em programas específicos de simulação, tais como Talpac. Em linhas gerais, considera-se que

redução de 1% a 2% na inclinação da rampa leva à redução de 1% a 2% na resistência ao

rolamento. A redução de 1% na resistência ao rolamento equivale ao aumento de 10% da

velocidade do caminhão em rampa e de 26% no plano (THOMPSON e VISSER, 2008).

É possível equacionar defeitos funcionais (relativos à superfície das estradas e aos materiais

que as constituem) com a resistência ao rolamento, visto que as condições da estrada têm

efeito direto nessa resistência e consequentemente na produtividade da frota.

A resistência ao rolamento pode ser estimada a partir da avaliação da extensão e do grau de

severidade dos defeitos relativos às características de rugosidade da superfície da estrada5.

Usando esse procedimento apresentado por Thompson e Visser (2008), multiplicam-se as

variáveis acima e somam-se os produtos, obtendo-se a denominada ‘pontuação de defeitos’.

A extensão e o grau de severidade podem ser calculados, de forma genérica, pela Tab 6.

Tabela 6: Quantificação dos defeitos (Thompson e Visser, 2008)

Defeito (pontuação) Grau de severidade do defeito Extensão do defeito

1. Leve Difícil de discernir e difícil de

visualizar

Ocorrência isolada (< 5% da área

afetada)

2. Entre leve e alerta Facilmente discernível, mas com

baixas conseqüências imediatas

Ocorrência intermitente (entre 5%

e 15% da área afetada)

3. Alerta

Notável e com possíveis

conseqüências (possibilidade de

provocar defeitos secundários)

Ocorrência regular (entre 16% e

30% da área afetada)

4. Entre alerta e severo Alto Ocorrência freqüente (entre 31% e

60% da área afetada)

5. Severo Extremo Ocorrência em grande extensão

(> 60% da área afetada)

5 Outras formas de classificação dos defeitos das estradas são apresentadas no item 5.1 Tipos de defeitos

característicos nas estradas.


92

No gráfico apresentado na Fig. 58 a interseção entre o eixo das abscissas (pontuação dos

defeitos) e a velocidade média do veículo transitando pelo trecho em estudo fornece a

estimativa da resistência ao rolamento (eixo das ordenadas).

Figura 58: Estimativa da resistência ao rolamento

Em termos gerais, uma estrada bem projetada e construída possui resistência ao rolamento

entre 2 e 2,5%, enquanto em estradas em condições ruins de tráfego esse valor varia entre 5 e

7%.

4.2. Seleção de materiais

A seleção dos materiais apropriados é fundamental para a construção de estradas de mina. Os

critérios para a seleção são baseados nas propriedades dos materiais, tais como distribuição

granulométrica, resistência à compressão, alterabilidade e rigidez, dentre outros. Em alguns

casos pode-se tornar necessário britar o material para que ele seja reduzido a uma

determinada granulometria. A camada de revestimento exige o melhor material disponível, visto

que ela recebe as ações de desgaste e as maiores cargas dinâmicas causadas pelo tráfego

dos veículos.

Resis

tência

ao r

ola

me

nto

(%

)

Pontuação dos defeitos relativos à superfície da estrada


93

4.2.1 Materiais de revestimento

A escolha dos materiais de revestimento é um pouco diferente daquela considerada para as

outras camadas, porque se levam em conta, além dos requisitos gerais, alguns fatores

operacionais como controle de poeira, suavidade ao tráfego, aderência e resistência ao

rolamento, variáveis às quais apenas o revestimento é submetido. O ideal é que os materiais

disponíveis na própria mina ou em seu entorno sejam aproveitados.

A canga é um material bem utilizado como revestimento em estradas de mina. Fornece boa

sustentação e compactação, assim como causa baixa abrasividade (Fig. 59).

Figura 59: Canga utilizada como material de revestimento das estradas. Complexo Carajás: Mina N5W (2009)

Camadas finas de material itabirítico podem ser construídas sobre a canga para reduzir o

excesso de umidade (Fig. 60).

Figura 60: Camada fina de itabirito sobre a canga. Complexo Minas Centrais: Mina Brucutu (2009)


94

Outros materiais têm se mostrado aplicáveis ao uso como revestimento, tais como escória,

cinza vulcânica, rejeitos de processamento mineral e granito alterado. Rejeitos de jigagem, por

exemplo, exercem boa funcionalidade como revestimento durante o período de estiagem. De

granulometria média, eles têm como características porosidade e poder drenante altos

(Fig. 61).

Figura 61: Rejeito de jigagem utilizado como material de revestimento. Complexo Itabira (2009)

De forma geral, os materiais granulares são bem empregados na construção de estradas de

mina, tanto como materiais de revestimento quanto de base. Possuem como vantagem custos

de construção e manutenção relativamente baixos e propiciam estradas relativamente lisas e

estáveis, que resistem à deformação sob carregamento e permitem boa tração e elevada

aderência com baixa resistência ao rolamento. Como desvantagem é citada a necessidade de

manutenção frequente, além da possível necessidade de britagem e peneiramento do material

para redução e uniformização da granulometria. Além disso, esses materiais geram poeira no

período seco e são erodíveis se inundados.

Estradas sujeitas a clima quente e seco devem conter pelo menos 5% de finos para minimizar

os problemas de poeira e geração de material inconsolidado, quando secas. No entanto,

estradas sujeitas a prolongadas chuvas não devem possuir mais de 10 % de finos que venham

a formar lama ou resultem em superfícies escorregadias. O material não deve conter matéria

orgânica, raízes, ou outros materiais inadequados. Partículas maiores do que 9,5 mm devem

ter no mínimo 30% de faces fraturadas. A disposição do material deve ser em camadas que


95

não excedam 200 mm de espessura antes da compactação. Cada camada deve ter graduação

e teor de umidade uniforme e deve ser espalhada sem causar segregação de partículas.

A título ilustrativo como referência de material apropriado para garantir a máxima segurança e

eficiência operacionais, cita-se o uso de concreto asfáltico como material de revestimento.

Concreto asfáltico

Esse material confere à estrada alto coeficiente de adesão e cria uma superfície que minimiza

os problemas de geração de pó. Além disso, suas características de estabilidade criam uma

superfície de transporte lisa que não propicia a geração de borrachudos ou outros defeitos que

dificultam a trafegabilidade. Como é processado, o concreto asfáltico deve ser preparado e

aplicado conforme a especificação, sobre camadas de base e sub-base bem compactadas. É

recomendado que a camada de base consista em pedra britada com CBR igual ou superior a

90%. A camada de concreto asfáltico deve ter espessura mínima de 10 cm.

Estima-se que, embora os custos iniciais de construção de estradas betuminosas sejam

aproximadamente 70% maiores do que aqueles previstos para estradas granulares, a taxa de

desconto acumulada de operação do veículo para 100 caminhões em estradas betuminosas

transitando por um período de 20 anos gira em torno de 84% do custo equivalente comparado

às estradas granulares. Devido à necessidade de reaplicação da camada a cada 5 anos, o

custo de manutenção para estradas betuminosas é aproximadamente 6% mais alto. Os fatores

determinantes para a escolha do uso de revestimentos betuminosos devem estar relacionados

ao comprimento da estrada e seu tempo de vida útil.

4.2.2 Materiais para as camadas de base e sub-base

As camadas de base e sub-base são geralmente construídas com materiais disponíveis

localmente, mas possuem fatores limitantes. O uso desses materiais pode se tornar inviável,

visto que eles podem ocorrem em quantidade insuficiente para formar a espessura desejada,

além do que podem estar localizados a longas distâncias, em trechos de difícil acesso, com

limitações em profundidade ou restrições ambientais.

Em geral a camada de base é constituída por material mais grosso e a sub-base de material

arenoso ou siltoso. Usualmente esses materiais não são britados, o que dificulta a obtenção de


96

uma determinada distribuição granulométrica. Por isso deve-se fazer inspeção visual ou

mesmo peneiramento, se necessário, para que o tamanho de partícula máximo seja limitado a

2/3 da espessura da camada.

Materiais como ganisse e xisto (Fig. 62) têm sido aplicados em base e sub-bases.

Eventualmente, usa-se quartzito alterado e laterita em substituição.

Figura 62: Xisto usado como material de base. Complexo Itabira (2009).

Propriedades dos materiais

A habilidade de um dado sub-leito suportar os carregamentos dos veículos que transitam na

superfície é denominada capacidade de suporte. Seus valores típicos ou assumidos para

diferentes materiais são listados na Tab. 7. No entanto, quando possível, a determinação da

capacidade de suporte de um material particular deve ser conduzida por um engenheiro

geotécnico qualificado. A Tab. 7 mostra que como a maioria dos caminhões operam com pneus

inflados em pelo menos 550kPa (80psi), qualquer material mais fraco do que uma rocha branda

precisará ser preenchido com material adicional para formar uma base estável. Neste caso, o

projetista deve determinar a espessura e qualidade do material extra que deve ser disposto

sobre o subleito para garantir o suporte da carga aplicada.


97

Tabela 7: Capacidade de suporte de vários materiais (Tannant & Regensburg, 2001)

Tipo de material Capacidade de suporte

(kPa)

Rocha dura > 5520

Rocha com dureza mediana 2760-4140

Cascalho compacto; areia muito compacta e

cascalho

825-1100

Rocha branda 690-825

Areia média compacta a compacta e cascalho 550-690

Argila pré-adensada seca 410-550

Areia grossa a média fofa, areia fina

medianamente compacta

205-410

Solos argilo-arenosos compactos 205-275

Areia fina fofa, solos areno-siltosos

medianamente compactos

100-205

Argila firme ou rígida 68-135

Areia fofa saturada , argila média 34-68

Solos de mangue, turfa 0-34

Depósitos de estéril fofo a medianamente

compacto

34-515

4.3 Requisitos de compactação

Uma boa compactação das camadas que compõe a estrada contribui para o aumento da

rigidez e resistência do material. Em diversas operações mineiras assume-se o próprio tráfego

de equipamentos pesados, como caminhões fora-de-estrada, como meio eficaz de

compactação. No entanto, se o material não é apropriadamente compactado no estágio de

construção, a compactação dar-se-á de forma aleatória, provocando a deformação da

superfície e possível enfraquecimento estrutural. Uma compactação mal feita nas camadas

inferiores não pode ser corrigida pela aplicação do esforço de compactação extra na camada já

construída e nem por atividades posteriores de manutenção.

Uma vez que a cobertura total necessária do sub-leito tenha sido estabelecida pelo

dimensionamento do pavimento de acordo com as suas condições de suporte, assim como a

espessura das diversas camadas que compõe essa estrutura (ver item 2.1.1), atenção deve ser


98

dada à colocação desses materiais. Kaufman & Ault (1977) estabelecem que

independentemente do material utilizado, a sub-base, a base e o revestimento devem ser

compactadas em camadas que não excedam 20 cm de espessura.

De forma a garantir a estabilidade das camadas, o material a ser compactado deve exceder a

largura desejada na superfície em pelo menos 60 cm e deve ser sempre compactado enquanto

úmido. O equipamento de compactação ideal é um rolo compactador pesado (15 t), vibratório

liso para materiais pouco coesivos6 e um rolo tipo pé de carneiro (Fig. 63, Fig. 64 e Fig. 65)

para materiais coesivos. Para a compactação de cada 20 cm de camada são necessárias

repetidas passadas até que o material não seja mais comprimido sob o peso do rolo (até 6

passadas, usualmente).

Figura 63: Rolo compactador em estrada em construção para transporte de produtos de Fábrica para o terminal de

carregamento Água Santa. Complexo Itabiritos (2009)

6 Solos não coesivos são solos granulares compostos de pedregulhos, cascalhos e areias, ou seja, de partículas

de fração grosseira. Já os solos coesivos têm grãos muito finos, quase farináceos, com espaços vazios entre as

partículas que os compõe muito pequenos.


99

Figura 64: Estrada compactada por rolo em argila de 30 cm de espessura. Complexo Itabiritos (2009)

Figura 65: Rolo a ser usado na compactação de pontos de incidência de “borrachudos” em vias de minério e

estéril de longa duração. Complexo Mariana: Mina Fábrica Nova (2009)

O procedimento de compactação ideal das camadas da estrada deve seguir as

recomendações:

Ao final da abertura da estrada, deve-se trafegar com um caminhão carregado para

verificar a existência de áreas com material mole ou pouco resistente. Esses trechos

devem ser escavados até atingirem uma camada competente e preenchidos


100

novamente com o material adequado, disposto em camadas de 20 cm e

compactado.

A camada superior de 15 cm do sub-leito deve ser escarificada e recompactada

usando rolo pé de carneiro ou vibratório.

A camada de sub-base deve tipicamente consistir de um material granulado disposto

em espessura de 20 cm, passando aproximadamente seis vezes com o rolo

vibratório.

A base consiste em material cascalhoso bem graduado disposto em camadas de 15

cm e compactado usando-se um rolo vibratório liso.

A camada de revestimento consiste de 30 cm a 50 cm de espessura de pedra britada

bem graduada disposta em camadas de 15 cm de espessura e compactada usando-

se um rolo vibratório liso.

Durante a construção, deve-se monitorar continuamente a compactação e o teor de

umidade. A cada material usado na construção da estrada há um teor de umidade

ótimo associado, conferindo a máxima densidade e resultando em materiais com as

melhores propriedades.

A superfície acabada da estrada deve ter um caimento lateral de 2 a 3% para o

direcionamento da drenagem e no caso de aterros, devem ser garantidos taludes

com inclinações típicas como 3H:1V. Outros elementos com leiras e canaletas

laterais (ver Capítulo 3. Projeto de drenagem) completam a construção.

No caso de estradas pré-existentes, o CBR de suas camadas pode indicar estradas formadas

por materiais pouco resistentes, conforme testes de DCP apresentados no item 2.2.1.2. Neste

caso, como medida de correção das camadas com CBR inferior a 80% (revestimento) e 300%

(base), deve-se remover o trecho da camada pouco resistente até a espessura indicada pelo

DCP e preenchê-lo com novo material de revestimento adequadamente compactado, para

reduzir a tensão e consequentemente a deformação na camada em estudo.


101

4.4 Técnicas de tratamento contra pó

A geração de poeira é um processo pelo qual partículas finas do revestimento da estrada

entram em suspensão. Em geral, quanto mais finas são as partículas, embora contribuam para

coesão, maior a geração de poeira, principalmente quando o material está seco. 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 (para mais

informações ver Capítulo 5. Manutenção e Readequação).

A geração de poeira causada pelo tráfego de equipamentos em estradas de mina pode causar

várias conseqüências, tais como: redução significativa da visibilidade dos operadores,

diminuição da qualidade do ar, perda e degradação de material e custos mais altos de

manutenção de equipamentos com a penetração de partículas nos componentes mecânicos.

A forma mais simples de reduzir a poeira é aspergir água na superfície, por meio de caminhões

pipa (Fig. 66 e Fig. 67). Demanda, para tanto, a necessidade de vários desses veículos em

trânsito simultaneamente, além de pontos estratégicos de coleta d’água nos domínios da mina.

No período seco, a água ajuda a manter a compactação e a resistência da camada superficial,

mantendo também a sua forma e reduzindo a perda de material inconsolidado.

Figura 66: Caminhão pipa rodoviário. Complexo Itabiritos: Mina Sapecado (2009)


102

Figura 67: Caminhão fora-de-estrada adaptado para uso como caminhão pipa. Complexo Itabira (2009)

O volume de água necessário ao controle de poeira depende da natureza da superfície,

intensidade do tráfego, umidade e precipitação. No período chuvoso, uma estrada típica requer

1 a 2 litros por metro quadrado por hora. A umectação das vias é necessária, mas às vezes

pouco eficiente, haja visto a rápida percolação de água para o interior do pavimento, que drena

com facilidade em terrenos arenosos. Além disso, o tráfego do próprio veículo e a insolação

são elementos contribuintes à rápida secagem do pavimento.

Sistemas de aspersão fixa dispostos ao longo das leiras de segurança (Fig. 68) são também

utilizados com bastante frequência. Alguns sistemas de controle de ligação e desligamento dos

aspersores fixos são informatizados e controlados via salas de despacho.


103

Figura 68: Sistema de aspersão fixa. Complexo Minas Centrais: Mina Morro Agudo. (2009)

Líquidos estabilizadores e polímeros são também usados na redução de poeira. A premissa de

um tratamento anti-pó em estradas de terra é conferir ao revestimento 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 melhor trafegabilidade do trecho e diminuindo sensivelmente o

número de intervenções.

Muitos produtos disponíveis no mercado se destinam a reduzir os níveis de poeira e a

necessidade de manutenção das estradas. No entanto, devem ser utilizados com precaução,

pois há a possibilidade do uso de técnicas incorretas de aplicação, além do que há pouca

divulgação em documentos científicos reconhecidamente válidos quanto ao testes realizados

em campo com o uso dos produtos, assim como os resultados efetivamente obtidos.

Os seguintes parâmetros devem ser considerados na decisão do uso de uma medida paliativa

para redução do pó:

Habilidade de penetração em materiais bem compactados.

Durabilidade adequada provada ou garantida pelo fabricante, eficiência e resistência

à deterioração por evaporação.

Efetividade em qualquer estação do ano.


104

Constatação de seguir padrões de segurança nacionais e internacionais e ser

ambientalmente aceita.

De maneira geral, o tratamento consiste no aspergimento 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 objetivo do tratamento contra pó através do uso de estabilizantes e polímeros é fortalecer a

camada de revestimento e promover certo grau de impermeabilização e coesão. Produtos

químicos que podem ser usados em adição ao solo da camada de tráfego são linosulfatos,

cloreto de cálcio (CaCl2) e cloreto de magnésio (MgCl2). Observa-se que a aplicação de tais

produtos se mostra economicamente viável para um elevado volume médio diário de veículos

(BAESSO E GONÇALVES, 2003). As classes de produtos disponíveis são apresentadas na

Tab. 8.


105

Tabela 8: Características dos principais produtos para uso como anti pó

Sal higroscópico Linosulfonato Produto à base de

petróleo

Outros (Petróleo sulfonatado,

produtos iônicos, polímeros e

enzimas

Lim

itações

clim

áticas

Os sais perdem efetividade em

longos períodos de estiagem

com umidade relativamente

baixa. A seleção depende da

umidade relativa e do potencial

de umedecer a superfície.

Mantém eficiência

durante longos

períodos secos com

baixa umidade.

Geralmente efetivo, mas

pode provocar

depressões de pequeno

diâmetro (buracos) em

locais de predominância

de material fino

Geralmente efetivos quando

submetidos a quaisquer

condições climáticas.

Lim

itações d

ependendo d

o m

ate

rial de

revestim

ento

Recomendado para uso em

materiais moderadamente finos

(Max 10-20%<0,075 mm). Não

recomendável para materiais

mais finos, com altos produtos

de contração, elevada

plasticidade, baixo CBR ou

materiais escorregadios.

Recomendados para

serem usados na

presença de materiais

finos (30%<0,075

mm) cascalhados

compactados,

graduados sem

material solto.

São mais efetivos com

materiais com baixo teor

de finos (<10% <0.075

mm). Devem ser usados

produtos com baixa

viscosidade em material

denso finamente

graduado e produtos

mais viscosos em

material fofo, com

graduação aberta.

Índice de Plasticidade de 8-

35 Limite de finos 15-

55%<0,075 mm. Densidade

mínima 98% do Proctor

modificado.

A performance pode

depender da mineralogia do

material argiloso (enzimas).

Ma

nute

nção d

o t

rata

me

nto

e

capacid

ade d

e a

uto

-repara

ção

Remineraliza em condições de

umidade. CaCl2 é melhor

aplicado na forma de spray.

Produtos com baixo poder de

contração podem ser cisalhados

ou corrugados com a passagem

de caminhões em alta

velocidade. Auto reparador.

Melhor se aplicado

como uma mistura de

produtos. Produtos

com baixo poder de

contração podem ser

cisalhados ou

corrugados com a

passagem de

caminhões em alta

velocidade. Não é

auto reparador

Requer atenção na

compactação do

produto. Baixa

velocidade, raio de

curva pequeno

provocam cisalhamento

não auto reparador, mas

são fáceis de reparar

em pequenas áreas.

Aplicação na forma de

mistura – sensível à

qualidade da construção.

Dificuldade de manutenção –

retrabalho. Geralmente não

apresenta problemas quando

curado.

Te

ndência

a p

erd

a o

u a

cúm

ulo

Pode infiltrar muito ou escoar

para fora do pavimento Com

aplicações repetidas tende a se

acumular.

Escoa para fora em

decorrência da

chuva, quando não

suficientemente.

Gradualmente oxida

e escoa para fora.

Aplicações repetidas

provocam o acúmulo

do produto.

Não escoa para fora.


provocam o acúmulo do

produto.

A eficácia depende na

capacidade de troca

catiônica do material base.


provocam o acúmulo do

produto.


106

5. Manutenção e Readequação

A manutenção tem como objetivo 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 constituída por um conjunto de atividades que são executadas para

minimizar os defeitos e, consequentemente, reduzir os custos operacionais dos caminhões,

assim como prolongar a vida das estradas de acesso de mina.

A principal atividade de manutenção é utilizar das mesmas técnicas de construção, ou seja,

fazer uma seleção criteriosa dos materiais de reposição e utilizar a tecnologia de compactação

para prover as mesmas condições de construção.

As condições da superfície de uma estrada de acesso influenciam diretamente

parâmetros de segurança, qualidade e custos de manutenção dos caminhões (consumo

de combustível e lubrificantes, desgaste dos pneus, etc). Salienta-se que quanto melhor

uma estrada tenha sido construída, menor será a taxa de deterioração da mesma e

consequentemente a necessidade de freqüência de manutenção será mais baixa.

A manutenção de uma estrada de acesso de mina depende de itens como materiais que a

constituem, solicitações do tráfego, esforços aplicados ao piso e intempéries. A qualidade do

material usado na construção das camadas de sub-leito, sub-base, base e anti-pó influenciam

de forma definitiva no desempenho das estradas. Esse desempenho está relacionado com os

defeitos, que se agravam à medida que a estrada é mais solicitada pelo tráfego.

A diretriz de manutenção deste manual prioriza o fortalecimento da estrutura construída, e por

isso recomenda a recolocação do material desagregado pelo uso, utilizando as técnicas de

compactação nas camadas de subleito, sub-base e base. Para o anti-pó a técnica

recomendada é a operação “tapa-buraco” com recomposição de ligante e agregado.

Os tipos de defeitos existentes nas estradas de mina são de extrema importância na definição

da necessidade, frequência e tipo de manutenção. Além disso, para a condução da

readequação dos acessos de mina existentes deve-se realizar um levantamento de campo,

buscando-se caracterizar e classificar os defeitos encontrados nas estradas. Devem-se aplicar,


107

na medida do possível, as diretrizes definidas nos projetos geométrico, estrutural, drenagem e

na construção, fechando-se o ciclo de gerenciamento de estradas (Fig. 69). O tempo de vida

útil do acesso, assim como a frequência de tráfego nas áreas em estudo, são variáveis

importantes que devem ser consideradas no processo de tomada de decisão quanto à real

necessidade de readequação do acesso e quanto aos parâmetros que devem ser abordados.


Distância de

visibilidade

Largura

Superelevação

Raio de curvatura

Grade


Interseções elem.

geométricos


drenagem

Geométrico

Revestimento

Base

Sub-base

Sub-leito

Estrutural


corte e aterro

Sarjetas de corte

Saídas d'água

Descidas d'água

Caixas coletoras

Bueiros de greide

Dissipadores de

energia

Caixas de


Drenos profundos

Drenagem


Resistência ao

rolamento


Requisitos de

compactação


campo

Poeira

Material solto

Corrugação

Seção transversal

inadequada

Trilhas de rodas

Borrachudo


agregado e anti-pó


contra pó

Figura 69: Parâmetros de avaliação para manutenção e readequação de estradas

5.1 Tipos de defeitos característicos nas estradas

Defeitos são alterações na superfície da estrada de acesso que influenciam negativamente as

suas condições de uso, reduzindo a performance operacional de transporte. O tráfego e a ação

das intempéries aceleram o processo de degradação da superfície das estradas de acesso de

mina, principalmente quando não existem técnicas de manutenção adequada. Alguns dos

principais defeitos que podem aparecer em estradas mineiras são apontados na Fig. 70.


108

Figura 70: Defeitos comuns em estradas de mina: a) buracos, b) poeira excessiva, c) material solto

d) “borrachudo”, e) seção transversal inadequada e f) trilhas de rodas. Fotos de diversas minas (2009).

Em sua dissertação de mestrado sobre caracterização de estradas não pavimentadas, Oda

(1995) classifica os tipos de defeitos mais frequentes nesse tipo de estrada, conforme

apresentado abaixo.

5.1.1 Buracos

O surgimento de buracos (panelas) se dá pela expulsão contínua de material particulado

sólido, causada pelo tráfego de equipamentos em trechos com água empoçada. Os buracos

são consequência, portanto, de pistas mal drenadas (sem abaulamento transversal adequado)

e sem saídas laterais de drenagem.


109

Uma das formas de avaliação do grau de severidade de buracos é feita pela relação entre

profundidade máxima e diâmetro médio, conforme Tab. 9.

Tabela 9: Níveis de severidade de buracos

Profundidade máxima (cm) Diâmetro médio (cm)

< 30 30 - 60 60 - 100 > 100

1,25 a 5 Baixa Baixa Média Média

5 a 10 Baixa Média Alta Alta

> 10 Média Alta Alta Alta

Atenção especial deve ser dada aos trechos com níveis de severidade média e alta,

providenciando-se a obturação dos buracos como medida paliativa e o abaulamento e saídas

de drenagem adequados como medidas preventivas.

5.1.2 Poeira

A poeira consiste na formação de uma nuvem de partículas finas em suspensão desprendidas

quando da passagem dos caminhões. Pode comprometer a segurança do tráfego, sendo um

problema mais evidente em estradas com solo argiloso, onde existe uma grande quantidade de

material solto na superfície ou onde a ação abrasiva do tráfego solta as partículas aglutinantes

dos agregados. Níveis de poeira excessiva são também prejudiciais à saúde do trabalhador e

ao meio ambiente no entorno.

A qualidade da estrada é classificada quanto aos níveis de severidade da formação de poeira

como:

Baixa: formação de nuvem pouco densa sem obstruir a visibilidade.

Média: formação de nuvem densa que obstrui parcialmente a visibilidade,

provocando tráfego lento.

Alta: formação de nuvem muito densa que obstrui severamente a visibilidade,

provocando lentidão elevada no tráfego ou mesmo a parada dos equipamentos.

Ações devem ser tomadas em estradas de média e alta severidade para reduzir a poeira. O

sistema de aspersão deve ser revisto/melhorado e deve ser avaliada a possibilidade de uso de

líquidos estabilizadores e polímeros.


110

5.1.3 Material solto

A queda de materiais da caçamba dos caminhões que os transportam ocorre geralmente no

momento do carregamento nas praças ou no transporte em rampas ascendentes. Além disso,

caminhões originalmente projetados para transportar minério são, por vezes, carregados até a

sua capacidade máxima com material estéril cuja densidade relativa é inferior à dos minérios.

Uma opção para redução do problema é aumentar as laterais da carroceria do caminhão de tal

forma a permitir o carregamento até sua capacidade plena e reduzir a queda de material.

5.1.4 Borrachudo

Podemos definir borrachudo todo material localizado dentro do material de base da pista com

um índice de plasticidade maior que o material utilizado, que ao se aplicar uma carga (esforço)

concentrada sofre uma deformação plástica. Nestas situações é comum um alto índice de

umidade. O borrachudo pode ser explicado como o comportamento reativo do solo ao processo

de compactação, relacionado ao seu grau de hidratação e plasticidade. Como efeito, são

geradas deformidades na superfície das pistas (base) trabalhadas pelas atividades de

transporte de cargas. Estas irregularidades devem ser tratadas, sempre que ocorram, pela

remoção do solo com umidade acima da ótima. Quando a umidade do solo estiver abaixo da

ótima, a aplicação de maior energia de compactação provoca aumento de peso específico

seco. No entanto, quando a umidade está acima da ótima, um esforço maior de compactação

irá influenciar insignificantemente o aumento do peso específico seco uma vez que não

consegue expulsar o ar dos vazios. O fenômeno de formação do borrachudo decorre do fato de

que o solo se comprime inicialmente com a passagem do equipamento para, em seguida, se

dilatar semelhantemente a uma borracha. A energia aplicada passa a ser transferida para a

água que a devolve como se fosse um material elástico. As pressões neutras tornam-se

elevadas e o solo cisalha ao longo de plano horizontais. O solo borrachudo, portanto,

apresenta-se “laminado” com uma parte destacando-se da outra ao longo de planos

horizontais.

5.1.5 Seção transversal inadequada

A seção transversal inadequada deve-se a uma superfície sem declividade transversal para

direcionar a água para elementos de drenagem como valetas. Esta condição é evidenciada

pelo escoamento difuso ao longo da superfície de rolamento, favorecendo a infiltração,


111

empoçamento e erosão excessiva causada pela intensidade da chuva. As condições da seção

transversal são avaliadas pela facilidade de escoamento da água da superfície da estrada para

pontos fora dela, tais que não influenciem as condições de rolamento. Os níveis de severidade

de uma seção transversal inadequada são mostrados na Fig. 71.

Figura 71: Níveis de severidade de estrada causados por seção transversal inadequada.

(ODA, 1995)

Estradas com nível de severidade baixa possuem superfície completamente plana (A). A

severidade média é caracterizada por superfície em forma de bacia (B). Grandes depressões

nas trilhas de rodas na superfície das estradas alertam para severidade alta (C).

5.1.6 Trilhas de rodas

Caracterizadas por depressões na superfície do trajeto do pneu, as trilhas de roda são geradas

por deformações permanentes em camadas do pavimento ou mesmo do sub-leito. São

resultantes da aplicação repetida das cargas do tráfego, particularmente em épocas de chuva,

quando o solo saturado tem sua capacidade de suporte reduzida. Ocorrem principalmente em

estradas cuja superfície é constituída por material fino. O desenvolvimento de superfície

A

B

C


112

inadequada pode resultar em perda de material do revestimento, expondo camadas inferiores

sujeitas aos efeitos da umidade que, combinada com drenagem ineficiente, cria condições para

a formação de trilhas de rodas.

As trilhas mais fundas contêm água empossada, impedindo-as de escoar pela superfície,

causando problemas de drenagem que podem provocar rápida deterioração da qualidade de

rolamento da estrada ou mesmo torná-la intransitável. O problema é agravado no período

chuvoso, quando a profundidade das trilhas de roda aumenta devido ao tráfego dos caminhões

que compactam e revolvem o material da superfície.

Quanto aos níveis de severidade, a estrada é classificada como se segue (Fig. 72). Uma

estrada com níveis de severidade baixa possui sulcos com profundidade inferior a 2,5 cm e

menos de 10% da área total da superfície da estrada contém afundamentos (A). Na severidade

média os sulcos têm profundidade entre 2,5 cm e 7,5 cm, além do que entre 10% e 30% da

área total da superfície contém afundamentos (B). Em casos extremos (severidade alta), os

sulcos têm profundidade superior a 7,5 cm e mais do que 30% da área total da superfície da

estrada está coberta por afundamentos (C).

Figura 72: Níveis de severidade de estrada devidos a trilhas de rodas.

(ODA, 1995)

Estradas revestidas com material argiloso sofrem afundamento mais lento do que aquelas

cobertas por quartzo ou laterita.

B

C

A


113

5.1.7 Corrugação

A corrugação consiste de uma série de ondulações perpendiculares à direção do tráfego,

formada, geralmente, em rampas ou curvas ou em áreas de aceleração ou desaceleração,

causando grande desconforto para o tráfego de caminhões. É também conhecida como

“costeleta”, “costela de vaca” ou “catabi” (denominação regional no norte e nordeste do país). É

causada pelo movimento vibratório transmitido pelos veículos à estrada. Normalmente a

corrugação ocorre em trechos sem compactação e com falta de material ligante, assim como

em locais com grande quantidade de material particulado solto.

Quanto à avaliação dos níveis de severidade das corrugações, apresenta-se a classificação

conforme a Fig. 73.

Figura 73: Níveis de severidade de estrada devidos à corrugação.

(ODA, 1995)

A severidade baixa é caracterizada por corrugações com profundidade inferior a

2,5 cm ou menos que 10% da área total da superfície da estrada coberta por corrugações (A).

A severidade média corresponde a estradas com corrugações com profundidade entre 2,5 e

7,5 cm ou entre 10% a 30% da área total da superfície estradal (B). A severidade é classificada

como alta nos casos de corrugações com profundidade superior a 7,5 cm ou mais de 30% da

área total da estrada coberta por corrugações (C).

A

B

C


114

5.1.8 Segregação de material agregado e anti-pó

Agregados e materiais usados como anti-pó podem se soltar da superfície da estrada pela

ação abrasiva do tráfego dos equipamentos de transporte. As partículas são movidas para fora

das trilhas de rodas, formando pequenas bermas no centro da estrada ou lateralmente,

paralelamente ao eixo central. Os fatores que mais influenciam na perda desses materiais é a

ação do clima, o tráfego e a manutenção das estradas, no que se refere ao patrolamento das

vias.

A severidade refere-se à extensão da perda de material, conforme representado na Fig. 74.

Figura 74: Níveis de severidade de estrada avaliados quanto à segregação.

(ODA, 1995)

A

B

C


115

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