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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MINAS E MEIO AMBIENTE
LUCAS LACERDA FURTADO
IMPLANTAÇÃO DE MELHORIA NO RETALUDAMENTO DAS MINAS DE FERRO DE
CARAJÁS, PARAUAPEBAS, PARÁ
MARABÁ – PA
2013
LUCAS LACERDA FURTADO
IMPLANTAÇÃO DE MELHORIA NO RETALUDAMENTO DAS MINAS DE FERRO
DE CARAJÁS, PARAUAPEBAS, PARÁ
MARABÁ – PA
2013
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente da Universidade
Federal do Pará – UFPA, em
cumprimento às exigências para obtenção
do grau de Bacharel em Engenharia de
Minas e Meio Ambiente.
Orientadora: Profa. Karina Felícia Fischer
Lima Santiago.
LUCAS LACERDA FURTADO
IMPLANTAÇÃO DE MELHORIA NO RETALUDAMENTO DAS MINAS DE FERRO DE
CARAJÁS, PARAUAPEBAS, PARÁ
Data da aprovação: __/__/____
Conceito: ______________________
Banca examinadora:
__________________________________________
Profa. Karina Felícia Fischer Lima Santiago
Professora da FEMMA
Universidade Federal do Pará
__________________________________________
Prof. Dr. Denílson da Silva Costa
Professor da FEMMA
Universidade Federal do Pará
__________________________________________
Prof. Dr. Raimundo Nonato dos Santos
Professor da FAGEO
Universidade Federal do Pará
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente da Universidade
Federal do Pará – UFPA, em cumprimento
às exigências para obtenção do grau de
Bacharel em Engenharia de Minas e Meio
Ambiente.
Orientadora: Profa. Karina Felícia Fischer
Lima Santiago.
Aos meus pais,
maiores incentivadores e financiadores desta conquista.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaria de agradecer a Deus, que sempre esteve presente em meu lar,
Ele que é a fonte de tudo em nossas vidas, e que sempre me ajudou a atravessar os períodos
de dificuldade.
A Nossa Senhora de Nazaré padroeira dos paraenses e nossa grande intercessora. Á
Santa Rita de Cássia, minha protetora que sempre me protegeu e atendeu às minhas preces.
Á minha família, em especial aos meus pais, Gilberto e Eliana, que abdicaram de
tudo para garantir a melhor educação possível para mim e minhas irmãs Lidia e Luciana
Helena, grandes parceiras, as quais amo muito.
Aos meus tios, tias, primos e primas. Em especial aos meus avós Walfrido (in
memorian), Lidia (in memorian) e Maria Cirene.
Á minha namorada Anne que sempre esteve ao meu lado me dando forças e apoio
imprescindíveis para a realização deste trabalho.
Aos amigos Antonio Lucas (véio), Anderson Meireles (negão), Filippe Bacelar
(toupeira) e ao grande “brother” Vinicius Lima (codó), que foram de fundamental importância
para a realização desta graduação, pois longe de minha família, posso dizer que estes
formaram a minha família aqui em Marabá.
Aos colegas de turma de Engenharia de Minas e Meio Ambiente de 2008, em
especial aos amigos: Raulim, Luiz Francisco, Artur, André, Elenilson, Leandro e Rafael.
Aos grandes amigos Gustavo Silva, Renan Tourinho, Adriano Paiva, Jackson
Rainério, Luiz Fabrício, Rafael Ferrari, Lorena Pereira, Aldo Alex, Jéssica Caroline, Paula
Sanz e Ivan Torres, que propiciaram muitos momentos de alegria e de verdadeira amizade.
Á Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente, aos professores, técnicos e
demais alunos.
Aos mestres, e acima de tudo amigos, Denílson Costa e Raimundo Nonato que
ajudaram na execução deste estudo, com conselhos de grande contribuição para a finalização
do mesmo.
Á minha orientadora Karina, pela paciência atribuída e conselhos que foram de
fundamental importância para a execução deste trabalho de conclusão de curso.
Aos parceiros Rafael Peron, Arthur Calandrini, Saulo Calandrini, Renan Miranda,
Felipe Coimbra, Marcelo Sousa e Rafael Porto.
Á empresa Vale S.A. pela oportunidade de estágio, onde foi possível a realização
deste trabalho. Em especial ao meu supervisor de estágio Roberto Francisco e ao meu
orientador Diogo Menezes, e aos funcionários: João Carvalho, Vagner Thom, Márcio
Andrade, Igor Hosken, César Barbosa e Éder Melão, que contribuíram tecnicamente e pela
atenção dada ao trabalho.
Ao funcionário da Sotreq Geizon Sá, que forneceu todo o seu conhecimento para a
execução desta tarefa.
Á todos que estiveram presentes durante a minha vida acadêmica, deixo aqui meu
muito obrigado!
“...não nos levam a sério (o Pará), somente o nosso minério...”
Mosaico de Ravena
RESUMO
Nas minas de ferro de Carajás, da empresa Vale S/A, se realizava o retaludamento com a
utilização de tratores de esteira Caterpillar D11, executando-se o corte e rebaixamento do
material excedente dos taludes, as escavadeiras Caterpillar 345D realizavam apenas a
conformação final do ângulo final do talude. A parceria entre a Sotreq e a Vale S/A implantou
melhorias na atividade de retaludamento, através da mudança de procedimento operacional,
utilizando-se de escavadeiras 345D, no lugar dos tratores D11, na realização da atividade. A
associação de duas escavadeiras frente á utilização de um trator gerou ganhos: operacionais,
produtivos, econômicos e de segurança. A produtividade foi aumentada em 440m3/h de
movimentação de material, com redução do consumo de 12 l/h de óleo diesel e 30% dos
custos de manutenção e reposição de materiais de desgaste. Operacionalmente foram
liberados mais tratores para outras atividades da operação de mina, além de eliminação de
riscos existentes na metodologia realizada anteriormente, gerando mais segurança durante a
execução da tarefa. Economicamente destaca-se a economia de R$ 2 milhões apresentada na
aquisição de duas escavadeiras 345D frente a aquisição de um trator D11.
Palavras Chave: retaludamento; trator de esteiras; escavadeira hidráulica; procedimento
operacional; e estabilização de taludes.
ABSTRACT
In Carajas iron ore mines, for company Vale S / A, the reslope was executed by Caterpillar
bulldozers D11, who performed the cutting and lowering of excess material of slopes,
excavators Caterpillar 345D performed only the conformation of the end of the final angle
slope. The partnership between Vale and Sotreq S / A has implemented improvements in
activity of reslope by changing operating procedure, using the 345D excavators, tractors
instead of D11 in the activity. The association of two excavators front of the tractor using a
generated earnings: operational, productivity, economics and safety. The productivity was
increased to 440 m3/h of material movement, with reduced consumption of 12 b/h of oil diesel
and 30% of the costs of maintenance and replacement of materials of wear. Operationally
more tractors were released for other activities of mine operation, and elimination of risks in
the methodology previously performed, generating more security during task
execution. Economically there is the economy presented in R$ 2 million acquisition of two
excavators 345D front purchasing a D11 tractor.
Keywords: reslope; crawler tractor, hydraulic excavator, operating procedure, and slope
stabilization.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1- Ângulo de talude com a horizontal ................................................................. 19
FIGURA 2- Desenho esquemático ilustrando algumas das estruturas que compõem uma
cava ................................................................................................................. 20
FIGURA 3- Tipos e formas geométricas de taludes ou encostas ....................................... 21
FIGURA 4- Talude natural ................................................................................................. 22
FIGURA 5- Talude de corte na cava da mina de N5W, Carajás, Pará ............................... 22
FIGURA 6- Pilha de disposição de estéril, exemplo de talude de aterro ........................... 23
FIGURA 7- Á esquerda taludes da mina de N4WN, Carajás, Pará, exemplo de taludes em
rocha. Na direita, deslizamento em taludes construídos em solo ................... 23
FIGURA 8- Esquema de fluxo de detritos, exemplo de corrida ......................................... 27
FIGURA 9- Esquema clássico de um rastejo, evidenciado pela mudança da verticalidade
de árvores e postes .......................................................................................... 28
FIGURA 10- Esquema de subsidência causada por mineração ........................................... 29
FIGURA 11- Ocorrência de recalque em aterro sobre solo mole......................................... 29
FIGURA 12- Queda rochosa em Clear Creek Canyon, Colorado, EUA, em 2005 .............. 30
FIGURA 13- Esquema de tombamento ................................................................................ 30
FIGURA 14- Esquema de escorregamento rotacional ......................................................... 31
FIGURA 15- Esquema de escorregamento translacional ..................................................... 32
FIGURA 16- Tipos de superfícies de rupturas em taludes ................................................... 35
FIGURA 17- Execução adequada de bota fora, exemplo de obra de aterro visando a
estabilização de taludes .................................................................................. 38
FIGURA 18- Esquema de retaludamento ............................................................................. 38
FIGURA 19- Retaludamento através de corte com redução da altura do talude ................. 39
FIGURA 20- Estabilização de talude através da execução de aterro na sua base ................ 39
FIGURA 21- Muro de gabiões, á esquerda; crib-walls, á direita ......................................... 40
FIGURA 22- Esquema de muro de concreto armado ........................................................... 41
FIGURA 23- Exemplo de cortina cravada ........................................................................... 41
FIGURA 24- Esquema típico de ancoragem ........................................................................ 42
FIGURA 25- Exemplo de aplicação de uma cortina atirantada ........................................... 43
FIGURA 26- Exemplo de aplicação de estacas raiz, na estabilização de taludes ................ 43
FIGURA 27- Detalhes de uma terra armada ........................................................................ 44
FIGURA 28- Indicação dos diversos dispositivos de um sistema de drenagem superficial 45
FIGURA 29- Aspecto visual de talude de corte onde foram aplicadas biomantas
antierosivas ..................................................................................................... 46
FIGURA 30- Corte em meia encosta .................................................................................... 47
FIGURA 31- Corte com canto de lâmina ............................................................................. 48
FIGURA 32- Escavadeira “shovel” trabalhando em taludes ................................................ 48
FIGURA 33- Acerto de taludes através da utilização de “drag-lines” ................................. 49
FIGURA 34- Escavadeira de acionamento hidráulico Caterpillar 345D ............................. 50
FIGURA 35- Localização do município de Parauapebas, Pará, e o seu entorno ................. 53
FIGURA 36- Localização da estrada de ferro que liga Carajás ao porto de Itaqui no
Maranhão ........................................................................................................ 53
FIGURA 37- Mapa geológico simplificado da Província de Carajás .................................. 55
FIGURA 38- Visualização das minas de ferro de Carajás ................................................... 58
FIGURA 39- Trator de esteiras Caterpillar D11, realizando rebaixamento de material
excedente, com escavadeira Caterpillar 345D, realizando a conformação do
ângulo do talude ............................................................................................. 61
FIGURA 40- Trator D11 realizando retaludamento ............................................................. 62
FIGURA 41- Escavadeira 345D realizando conformação do ângulo de face do talude ...... 62
FIGURA 42- Esquema de execução de retaludamento com escavadeira 345D: a) construção
de leira de proteção; b) rebaixamento de talude; c) finalização de
retaludamento com atingimento do banco seguinte ....................................... 63
FIGURA 43- Realização de corte em trincheiras e rebaixamento de taludes por
escavadeiras 345D .......................................................................................... 64
FIGURA 44- Disposição de material no banco inferior ....................................................... 64
FIGURA 45- Trator Caterpillar D11 pronto para escarificar material ................................. 65
LISTA DE TABELAS
TABELA 2.1- Classificação dos movimentos de taludes e encostas segundo Varnes (1978)
........................................................................................................................ 25
TABELA 2.2- Classificação de Augusto-Filho (1992) .......................................................... 26
TABELA 2.3- Escala de velocidade de movimento de encostas e taludes, segundo Varnes
(1978) ............................................................................................................. 26
TABELA 2.4- Classificação dos movimentos de massa de acordo com a profundidade ...... 27
TABELA 2.5- Agentes e causas dos movimentos de massa .................................................. 34
TABELA 2.6- Recomendações para fatores de segurança admissíveis ................................. 37
TABELA 4.1- Produtividade de equipamentos no retaludamento, em m3/h ......................... 67
TABELA 4.2- Comparação de parâmetros econômicos entre duas escavadeiras Cat 345 D e
um trator Cat D 11 .......................................................................................... 68
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABGE - Associação Brasileira de Geologia de Engenharia
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas
CBCN - Centro Brasileiro para Conservação da Natureza e Desenvolvimento
Sustentável
CPRM - Serviço Geológico Brasileiro
CVRD - Companhia Vale do Rio Doce
DIFN - Diretoria de Ferrosos Norte
DHP - Drenos Horizontais Profundos
FS - Fator de Segurança
GAMTN - Gerência de Área de Terraplanagem de Mina Norte
GEMIN - Gerência Geral de Operação de Mina Norte
GEORIO - Instituto Geológico do Rio de Janeiro
HD - Hematita dura ou compacta
HM - Hematita mole ou friável
IAEG - International Association for Engineering Geology/ Associação Internacional
de Geologia de Engenharia
IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas
IDESP - Instituto de Desenvolvimento do Estado do Pará
NBR - Norma Técnica Brasileira
PA - PARÁ
PRO - Procedimento Operacional
ROM - Run of Mine/ Produção da mina
SISPAD - Sistema de Padronização Vale
USGS - United States Geological Survey/ Serviço Geológico dos Estados Unidos
SÍMBOLOS
c’ – Coesão do material
F – Coeficiente de segurança
∑ Fa – Somatório das forças atuantes
Fe – Ferro
∑ Fr – Somatório das forças resistentes
FS – Fator de segurança
FSadm – Fator de segurança admissível
Ga – Mil milhões de anos
∑ Ma – Somatório de momentos atuantes
∑ Mr – Somatório de momentos resultantes
Mt – Milhões de toneladas
S – Resistência ao cisalhamento do material
σ – Tensão normal ao plano de ruptura
ϕ – ângulo de atrito
π – Tensão cisalhante atuante
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 17
1.1 OBJETIVO ......................................................................................................................... 18
1.1.1 Objetivos específicos ...................................................................................................... 18
2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA .......................................................................................... 19
2.1 TALUDES ......................................................................................................................... 19
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS TALUDES ................................................................................. 20
2.2.1 Classificação geométrica ............................................................................................... 20
2.2.2 Classificação quanto à formação .................................................................................. 21
2.2.3 Classificação quanto ao material.................................................................................. 23
2.3 MOVIMENTOS DE MASSAS EM TALUDES ............................................................... 24
2.3.1 Tipos de movimentos de massas ................................................................................... 24
2.3.1.1 Escoamentos ................................................................................................................. 27
2.3.1.2 Subsidências ................................................................................................................. 28
2.3.1.3 Escorregamentos ........................................................................................................... 31
2.4 ESTABILIDADE DE TALUDES ...................................................................................... 32
2.4.1 Análise de estabilidade de taludes ................................................................................ 33
2.4.2 Fatores de instabilização de taludes ............................................................................. 33
2.4.3 Superfícies de ruptura ................................................................................................... 35
2.4.4 Coeficiente de segurança ............................................................................................... 35
2.5 OBRAS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES .............................................................. 37
2.5.1 Reconstrução em aterros............................................................................................... 37
2.5.2 Retaludamento ............................................................................................................... 38
2.5.3 Obras de contenção ....................................................................................................... 40
2.5.3.1 Muros de arrimo ........................................................................................................... 40
2.5.3.2 Obras especiais de estabilização ................................................................................... 42
2.5.3.3 Soluções alternativas em aterros .................................................................................. 44
2.5.4 Obras de drenagem ....................................................................................................... 44
2.5.5 Obras de proteção superficial ....................................................................................... 46
2.6 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM RETALUDAMENTO ........................................ 47
2.6.1 Trator de esteiras com lâminas .................................................................................... 47
2.6.2 Escavadeira com caçamba “shovel” ............................................................................. 48
2.6.3 Escavadeira com caçamba “drag-line” ou de arrasto ................................................ 49
2.6.4 Escavadeira de acionamento hidráulico ...................................................................... 49
3 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................................... 51
3.1 LOCALIZAÇÃO E ACESSO DA ÁREA ESTUDADA ................................................... 52
3.2 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS ......................................................................................... 54
3.3 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS ............................................................................. 55
3.4 ESTRUTURAÇÃO DA OPERAÇÃO DE MINA ............................................................. 57
3.5 PROJETO DE TALUDES ................................................................................................. 58
3.5.1 Etapas do processo de construção de taludes da cava ................................................ 59
3.5.2 Projeto geométrico e construção de taludes operacionais ......................................... 59
3.6 PROCEDIMENTO DE RETALUDAMENTO COM TRATOR CATERPILLAR D11 ... 61
3.7 MELHORIAS IMPLANTADAS NO RETALUDAMENTO ............................................ 63
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 66
4.1 ANÁLISE DE PARÂMETROS DE SEGURANÇA ......................................................... 66
4.2 ANÁLISE DE PARÂMETROS PRODUTIVOS .............................................................. 66
4.3 ANÁLISE DE PARÂMETROS OPERACIONAIS .......................................................... 67
4.4 ANÁLISE DE PARÂMETROS ECONÔMICOS ............................................................. 67
5 CONCLUSÃO ...................................................................................................................... 69
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 71
17
1 INTRODUÇÃO
Em decorrência dos desastres ocorridos nos grandes centros urbanos em função dos
deslizamentos de encostas e de outros acidentes envolvendo movimentos de massas, os
estudos de estabilização de taludes naturais e artificiais se fazem cada vez mais necessários.
Pois na grande maioria destes acidentes, os danos não são somente materiais, mas humanos
também.
No caso das minas a céu aberto, o processo de estabilização de taludes se faz
importante pela garantia de segurança para a execução das operações de mina. Sendo que tal
procedimento é realizado de forma minuciosa e detalhada, pois os taludes de uma mina são
projetados antes do início da operação. O projeto consta basicamente de quatro etapas:
projeto, lavra, acabamento, manutenção e abandono dos taludes (plano de fechamento de
mina).
Na análise de estabilidade de taludes vários parâmetros são levados em consideração,
como fatores geológicos, geotécnicos, geométricos e hidrogeológicos. A partir da análise do
conjunto destes fatores e do método de análise utilizado (observacionais, probabilísticos e
determinísticos), será tomada a decisão de quais medidas serão adotadas para evitar o
acontecimento de movimentos de massas.
As técnicas utilizadas para garantir a estabilidade dos taludes se baseiam em obras
estabilizadoras, sendo divididas em: reconstrução de aterros, desenvolvimento de sistemas de
drenagem, obras de proteção superficial, contenções e retaludamento. O processo de
estabilização de taludes e encostas se torna mais eficiente quando são agrupados os diversos
sistemas estabilizantes existentes.
O retaludamento consiste basicamente na mudança de geometria ou de ângulo de
inclinação de um talude natural ou de escavação visando a sua estabilidade. Este
procedimento é executado por ser eficaz e apresentar baixo custo. O retaludamento é
executado à medida que se realiza o aprofundamento da cava.
18
1.1 OBJETIVO
O presente trabalho de conclusão de curso tem por objetivo a análise da atividade de
retaludamento executado nas minas de ferro de Carajás, Pará. Analisou-se o procedimento de
retaludamento antigo executado por tratores de esteiras com lâmina, Caterpillar D11, e o
procedimento implementado de melhorias proposto pela Sotreq, executado por escavadeiras
de acionamento hidráulico, Caterpillar 345 D.
Assim como a elaboração e implantação de um procedimento operacional padrão do
retaludamento na operação de mina de Carajás, realizado por escavadeiras de acionamento
hidráulico.
1.1.1 Objetivos específicos
Através da mudança de procedimento de execução do retaludamento, o estudo possui
como objetivos específicos:
Geração de ganhos em segurança, através da minimização dos riscos
existentes aos equipamentos e seus operadores na execução do retaludamento;
Realização de ganhos operacionais por via da liberação dos tratores de
esteiras para outras atividades da operação de mina;
Obtenção de ganhos produtivos através do aumento de produtividade em face
da troca de procedimento;
Realização de economia financeira com a redução de custos: com consumo de
óleo diesel; manutenção; materiais de desgaste; e aquisição de equipamentos.
19
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 TALUDES
Segundo Suassuna (2006), taludes são superfícies que formam um ângulo com o
plano horizontal de referência, definindo fronteira entre o interior do solo e a atmosfera
(figura 1).
FIGURA 1 - Ângulo de talude com a horizontal.
Fonte: Suassuna (2006).
Os taludes de uma mina a céu aberto são compostos basicamente por:
ângulo de face do talude, que é a inclinação apresentada individualmente por
uma bancada, formada pela interseção entre o plano da berma e o
alinhamento entre o pé e a crista;
ângulo entre rampas, é o ângulo de talude intermediário aos acessos e rampas
da cava, formado pelo alinhamento de um conjunto de bancos e o plano
horizontal do fundo da cava;
ângulo geral dos taludes, é o ângulo formado pelo alinhamento que passa pelo
pé do conjunto de bancos e plano horizontal do fundo da cava ou pilha de
estéril;
banco ou bancada: pacote compreendido entre a linha de pé da bancada
superior e a linha de pé da bancada imediatamente inferior ou vice-versa;
berma: superfície compreendida entre o pé da bancada superior e a crista da
bancada inferior;
crista da bancada: é o limite superior do perfil do banco ou bancada;
Talude: superfície inclinada ou não, formada pela face livre remanescente nas
regiões de lavra ou de disposição de estéril.
20
A figura 2 permite a visualização das estruturas que compõem os taludes de uma
mina á céu aberto.
FIGURA 2 – Desenho esquemático ilustrando algumas das estruturas que compõem uma cava.
Fonte: Vale S/A (2008).
2.2 CLASSIFICAÇÃO DOS TALUDES
Para a classificação dos taludes são considerados três fatores: o geométrico, o
genético e o material que compõe o talude. Pois geometricamente os taludes podem
apresentar várias formas distintas, e geneticamente estes podem ser naturais ou de escavação.
2.2.1 Classificação geométrica
Segundo Gerscovich (2009) em relação à forma geométrica os taludes são
classificados em: lineares, côncavos e convexos. Podendo apresentar características de mais
21
de uma classificação, pois são analisadas as geometrias da face do talude, da crista e do pé do
talude (figura 3).
FIGURA 3 – Tipos e formas geométricas de taludes ou encostas.
Fonte: Chorley (1984 apud GERSCOVICH, 2009).
2.2.2 Classificação quanto à formação
Em relação à formação dos taludes, estes são classificados em taludes naturais e
artificiais ou de escavação.
Taludes naturais ou encostas naturais são definidos como superfícies inclinadas de
maciços terrosos, rochosos ou mistos (solo e rocha), originados de processos geológicos e
geomorfológicos diversos (figura 4). Os taludes naturais possuem estrutura particular, e estão
intimamente ligados ao histórico de tensões sofridos: erosão, tectonismo, intemperismo,
dentre outros. Durante a sua formação fatores geológicos (litologia, estruturação e
geomorfologia) e fatores ambientais (clima, topografia e vegetação) atuam de forma isolada
ou em conjunto (MARANGON, 2007).
22
FIGURA 4 – Talude Natural.
Fonte: Passos et al. (2010).
Segundo Passos et al.(2010), taludes artificiais são os declives de aterros diversos
construídos pelo homem, onde as ações humanas alteram as paisagens primeiras, atuando
sobre os fatores ambientais, modificando a vegetação, alterando topografias, podendo
inclusive alterar o clima da região.
Os taludes artificiais são subdivididos em duas classes: taludes de corte e taludes de
aterro.
Taludes de corte são originados a partir de escavações antrópicas diversas, como
taludes da cava de uma mina (figura 5), os taludes presentes nas margens de rodovias e
outros.
FIGURA 5 – Talude de corte na cava da mina de N5WN, Carajás, Pará.
Fonte: Furtado (2012).
23
Taludes de aterro referem-se ao declive de aterros construídos a partir de materiais de
diferentes granulometrias e origens, incluindo rejeitos industriais, urbanos ou de mineração
(figura 6).
FIGURA 6 – Pilha de deposição de estéril, exemplo de talude de aterro.
Fonte: Gomes (2010).
2.2.3 Classificação quanto ao material
Como citado anteriormente no conceito de talude, os taludes podem ser classificados
em relação ao material em que o mesmo está inserido. Este material pode ser: solos, rochas ou
outros materiais como resíduos industriais (escórias), resíduos de mineração, lixo e etc...
(figura 7).
FIGURA 07 – Á esquerda taludes da mina de N4WN, Carajás, Pará, exemplo de taludes em rocha. Na direita,
deslizamento em taludes construídos em solo.
Fonte: Furtado (2012)/Gerscovich(2009).
24
2.3 MOVIMENTOS DE MASSAS EM TALUDES
Guidicini & Nieble (1984) definem movimento de massas como todo e qualquer
movimento coletivo de materiais terrosos e/ou rochosos independentemente da diversidade de
processos, causas, velocidades, formas e demais características apresentadas pelo fenômeno.
Segundo a Associação Brasileira de Geologia de Engenharia - ABGE (1998 apud
MARANGON, 2007), a execução de cortes em maciços pode ser fator condicionante para a
ocorrência de movimentos de massa ou, mais especificamente, escorregamento de taludes,
desde que as tensões cisalhantes ultrapassem a resistência ao cisalhamento de materiais, ao
longo de determinadas superfícies de ruptura. Assim pode-se dizer que taludes provenientes
da má execução de aterros, também podem levar ao movimento de massas de solos.
2.3.1 Tipos de movimentos de massas
Os movimentos de massa se distinguem em função de dois fatores: velocidade de
movimentação e forma de ruptura. A partir da identificação destes fatores, os movimentos de
massas podem ser classificados nas seguintes categorias: escoamentos, subsidências e
escorregamentos (GEORIO, 2000).
As erosões, também são movimentos de massa, muitas vezes não podem ser
classificadas em um único grupo. Os mecanismos deflagradores dos processos erosivos
podem ser constituídos de vários agentes, fazendo com que as erosões sejam tratadas
separadamente (GERSCOVICH, 2009).
Segundo Menezes (2012) existem vários sistemas classificadores em relação aos
movimentos de massa propostos pelos autores, devido a grande variedade de enfoques
possíveis na análise dos movimentos de massas. A elaboração e a adoção destes são
importantes para correlacionar os tipos de movimentos com um conjunto de características e
os fatores que os deflagram. Estas características podem ser a geometria do movimento, a área
de alcance, os fatores condicionantes do movimento, o material instabilizado entre outros.
Para Gerscovich (2009) os movimentos de massa são classificados basicamente em
relação a três fatores: ao tipo de movimento; a velocidade do movimento de massa, e a
profundidade em que ocorreu o movimento.
25
A classificação proposta por Varnes (1978) é a mais utilizada internacionalmente,
esta distingue os movimentos de massas, juntamente com o material e a sua quantidade
(Tabela 2.1). O sistema de classificação proposto por Varnes é considerada a classificação
oficial da IAEG (International Association for Enginneering Geology).
TABELA 2.1 – Classificação dos movimentos de taludes e encostas segundo Varnes (1978).
TIPO DE MOVIMENTO
TIPO DE MATERIAL
Rocha Solo
Fino Grosseiro
Quedas/Tombamentos de rocha de terra de detritos
Escorregamento Rotacional abatimento de
rocha abatimento de terra
abatimento de
detritos
Escorregamento
Translacional
Poucas Unidades de blocos rochosos de blocos de terra de blocos de detritos
Muitas Unidades de rocha de terra de detritos
Expansões Laterais de rocha de terra de detritos
Corridas/Escoamentos de rocha (rastejo
profundo)
de terra (rastejo de
solo)
de detritos (rastejo
de solo)
Complexos Combinação no tempo e no espaço de 2 ou mais dos principais
tipos de movimento
Fonte: Varnes (1978).
Os métodos de classificação apresentam características peculiares às áreas onde
foram realizados os estudos. Por isso muitos não podem ser utilizados de forma global. No
caso brasileiro o método de classificação proposto por Augusto-Filho (1992) é considerado o
mais adequado (Tabela 2.2).
26 TABELA 2.2- Classificação de Augusto-Filho (1992).
Processos Características do movimento, material e geometria
Rastejo ou fluência
Vários planos de deslocamento (internos);
Velocidades de muito baixas (cm/ano) a baixas e decrescentes com a
profundidade;
Movimentos constantes, sazonais ou intermitentes;
Solo, depósitos, rocha alterada/fraturada;
Geometria indefinida;
Escorregamentos
Poucos planos de deslocamentos (externos);
Velocidades de médias (km/h) a altas (m/s);
Pequenos a grandes volumes de material;
Geometria e materiais variáveis;
Planares: solos pouco espessos, solos e rochas com um plano de
fraqueza;
Circulares: solos espessos homogêneos e rochas muito fraturadas;
Em cunha: solos e rochas com dois planos de fraqueza;
Quedas
Sem planos de deslocamento;
Movimentos tipo queda livre ou em plano inclinado
Velocidades muito altas (vários m/s)
Material rochoso;
Pequenos a médios volumes;
Geometria variável: lascas, placas, blocos etc.
Rolamento de matacão
Tombamento
Corridas
Muitas superfícies de deslocamento (internas e externas à massa em
movimentação);
Movimento semelhante ao de um líquido viscoso;
Desenvolvimento ao longo das drenagens;
Velocidades de médias a altas;
Mobilização de solo, rocha, detritos e água;
Grandes volumes de material;
Extenso raio de alcance, mesmo em áreas planas;
Fonte: Gerscovich (2009).
Segundo Azevedo & Marques (2002), a tabela 2.3, apresenta os termos utilizados
para caracterizar qualitativamente a velocidade dos movimentos de massas, também de
acordo com Varnes (1978).
TABELA 2.3 – Escala de velocidade de movimentos de encostas e taludes, segundo Varnes (1978).
Nomenclatura Velocidade
Extremamente rápido > 3m/s
Muito Rápido 0,3m/s a 3m/s
Rápido 1,6m/dia a 0,3m/s
Moderado 1,6m/mês a 1,6m/dia
Lento 1,6m/ano a 1,6m/mês
Muito lento 0,06m/ano a 1,6m/ano
Extremamente lento < 0,06m/ano
Fonte: Gerscovich (2009).
27
Em relação à profundidade os movimentos de massa podem ser classificados de
acordo com a tabela 2.4.
TABELA 2.4 – Classificação dos movimentos de massa de acordo com a profundidade.
Nomenclatura Profundidade
Superficial < 1,5m
Raso 1,5m a 5m
Profundo 5m a 20m
Muito Profundo > 20m
Fonte: Gerscovich (2009).
2.3.1.1 Escoamentos
Para Guidicini & Nieble (1984), os escoamentos correspondem a uma deformação,
ou movimento contínuo com ou sem superfície definida de movimentação, estão classificados
segundo as características do movimento em dois tipos: corrida e rastejo ou reptação.
Os fenômenos de corridas (figura 8) são escoamentos rápidos, de caráter
hidrodinâmico, ocasionados pela perda de atrito interno, em virtude da destruição da estrutura
em presença do excesso de água (GUIDICINI & NIEBLE, 1984). O processo de fluidificação
pode ser gerado por: adição de água; esforços dinâmicos; e ou amolgamento de argilas muito
sensitivas (GERSCOVICH, 2009).
FIGURA 8 – Esquema de fluxo de detritos, exemplo de corrida.
Fonte: USGS (2008).
Conforme a United States Geological Survey (USGS, 2008), as corridas são
subdivididas em: corridas de terra, corridas de areia, corridas de areia ou silte, corridas de
lama, e avalancha de detritos.
28
Segundo a USGS (2008), denomina-se de rastejo o fluxo lento de terra, este consiste
de um movimento vagaroso, imperceptível e contínuo, direcionado para baixo do solo que
forma o talude (figura 9). É causado por tensão de cisalhamento interna suficiente para causar
deformação, mas insuficiente para causar rupturas. As reptações são subclassificadas em:
sazonais onde o movimento ocorre no interior e no fundo do solo afetado por alterações
sazonais, em sua mistura e temperatura; contínuos no qual a tensão de cisalhamento contínua
excede a resistência do material; e progressivo, no qual os taludes atingem o ponto de ruptura
gerando outros tipos de movimentação de massas.
FIGURA 9 - Esquema clássico de um rastejo, evidenciado pela mudança da verticalidade de árvores e postes.
Fonte: USGS (2008).
2.3.1.2 Subsidências
Subsidências são deslocamentos finitos, ou deformações contínuas, de direção
vertical. São classificadas em três tipos: subsidências propriamente ditas, recalques e
desabamentos ou quedas de blocos.
A subsidência é definida como a consequência do deslocamento da superfície gerada
pelo adensamento ou afundamento de camadas, como resultado da remoção de uma fase
sólida, líquida ou gasosa (figura 10). Geralmente envolve grandes áreas e as causas mais
comuns são: ação erosiva de águas subterrâneas; bombeamento de águas subterrâneas;
exploração de poços petrolíferos e de gás; atividades de mineração; e efeitos de vibração em
sedimentos não consolidados (GERSCOVICH, 2009).
29
FIGURA 10 – Esquema de subsidência causada por mineração.
Fonte: Singh & Kendorski (1981).
Já os recalques são definidos como movimentos verticais de uma estrutura
provocados pelo próprio peso ou pela deformação do subsolo por outro agente (figura 11). As
causas mais comuns são: ação do peso próprio; remoção do confinamento lateral devido às
escavações; e rebaixamentos de lençóis freáticos (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).
FIGURA 11 – Ocorrência de recalque em aterro sobre solo mole.
Fonte: IPT (1991).
Desabamentos ou tombamentos e quedas são formas de subsidências bruscas,
envolvendo colapso na superfície, provocadas pela ruptura ou remoção total, ou parcial do
substrato (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).
30
As quedas são movimentos repentinos de rochas ou terra, ou ambos que se
desprendem de taludes íngremes, são causados pela erosão regressiva do talude por processos
naturais (figura 12); atividades humanas como escavações para construção de estradas, por
exemplo; terremotos ou outras vibrações intensas (USGS, 2008).
FIGURA 12 – Queda rochosa em Clear Creek Canyon, Colorado, EUA, em 2005.
Fonte: Colorado Geological Survey (2005 apud USGS, 2008).
Os desabamentos ou tombamentos são identificados por uma rotação frontal de uma
massa de solo ou rocha para fora do talude, em torno de um ponto, ou eixo, abaixo do centro
da gravidade da massa deslocada (figura 13). Ás vezes são causados pela gravidade exercida
sobre o peso do material na parte superior da massa deslocada, podem conter tanto rochas,
como detritos ou terra (USGS, 2008).
FIGURA 13 – Esquema de tombamento.
Fonte: USGS (2008).
31
2.3.1.3 Escorregamentos
Os escorregamentos são movimentos rápidos de porções de taludes. Apresentam
superfície de ruptura bem definida, que é função do tipo de solo ou rocha, da geometria do
talude e das condições de fluxo d’água (IPT, 1991).
Para Guidicini & Nieble (1984), os escorregamentos são deslocamentos finitos ao
longo de superfícies definidas de deslizamento, preexistente ou de neoformação, estes se
classificam também em dois subtipos, segundo ocorra predomínio de rotação ou de
translação.
Em solos relativamente homogêneos a superfície tende a ser circular. Caso ocorram
materiais ou descontinuidades que apresentem resistências mais baixas, a superfície torna-se
mais complexa, podendo incluir trechos lineares. A anisotropia com relação à resistência pode
acarretar em achatamento da superfície de ruptura. Os escorregamentos rotacionais (figura 14)
podem se apresentar de forma múltipla (GERSCOVICH, 2009).
FIGURA 14 – Esquema de escorregamento rotacional.
Fonte: USGS (2008).
Segundo a USGS (2008) a massa de um escorregamento translacional (figura 15)
move-se para fora ou para baixo e para fora simultaneamente, ao longo de superfícies
relativamente planas, apresentando pequeno movimento rotacional ou uma leve inclinação
para trás. Este tipo de escorregamento pode progredir por distâncias consideráveis, se a
superfície da ruptura estiver suficientemente inclinada, ao contrário dos escorregamentos
rotacionais que tendem a restaurar o equilíbrio do escorregamento. Comumente ocorrem ao
longo de descontinuidades geológicas tais como falhas, junções, superfícies, estratificações,
ou o ponto de contato entre rocha e solo.
32
FIGURA 15 – Esquema de escorregamento translacional.
Fonte: USGS (2008).
2.4 ESTABILIDADE DE TALUDES
Segundo Azevedo & Marques (2002) a estabilidade de taludes é tratada a partir de
dois pontos de vista na engenharia: o projeto de taludes de cortes e aterros, com fatores de
segurança contra rupturas prescritas; e o estudo da estabilidade de taludes de rocha e de obras
de terra existentes, taludes potencialmente instáveis, taludes que se romperam ou taludes a
serem reprojetados.
O conceito de estabilidade de um talude é indeterminado, pois taludes projetados não
fornecem garantia de estabilidade por muitos anos. Condições climáticas, hidrológicas e
tectônicas, atividades antrópicas na área ou em suas adjacências, escavações subterrâneas ou
obras de terra podem trazer mudanças que afetem a estabilização dos taludes (AZEVEDO &
MARQUES, 2002).
Segundo Sayão (1994 apud FIAMONCINI, 2009) a estabilidade ou instabilidade de
taludes dependem dos fatores enumerados:
ângulo de repouso, o valor deste ângulo varia em função do tamanho, forma e
grau de seleção do material;
natureza do material na encosta, a estabilidade de encostas com materiais
consolidados depende de outros fatores, como estrutura da rocha (fraturas,
acamamento, etc.) e posição das estruturas em relação ao relevo;
quantidade de água infiltrada nos materiais, reduz a coesão, ou seja redução das
tensões efetivas, entre as partículas da massa de solo. Esse efeito depende, entretanto,
33
da quantidade de água infiltrada que por sua vez depende da porosidade e
permeabilidade dos materiais;
inclinação da encosta, é um fator de estabilidade muito importante. Isso porque
com o aumento da inclinação da encosta aumenta o efeito da força de gravidade em
relação à força de atrito;
presença de vegetação, é um fator adicional que define a condição de
estabilidade das encostas.
2.4.1 Análise de estabilidade de taludes
Pimenta (2005) disserta que a análise de estabilidade de taludes envolve um conjunto
de procedimentos, que visam à determinação de um índice ou de uma grandeza que permita a
quantificação do quão próximo da ruptura um talude ou uma encosta se encontra, de acordo
com o conjunto de condicionantes atuantes (pressões neutras, geometria, ângulo do talude,
material, sobrecargas e outras).
Segundo Pimenta (2005) os métodos de análise de estabilidade são divididos em três
grupos: analíticos, experimentais e observacionais. Os métodos analíticos são baseados na
teoria do equilíbrio limite, análise limite e em modelos matemáticos de tensão (stress) e
deformação (strain). Já os métodos experimentais são fundamentados em modelos físicos de
diferentes escalas. Enquanto que os métodos observacionais são amparados na experiência
acumulada com a análise de rupturas anteriores (retroanálise, ábacos de projetos, opinião de
especialistas, dentre outros).
2.4.2 Fatores de instabilização de taludes
De acordo com Fiamoncini (2009) as primeiras análises que se devem levar em conta
nos taludes são os possíveis fatores instabilizantes que podem atuar ao longo do tempo sobre
a sua estrutura. Os processos de instabilização são controlados por diferentes comportamentos
cíclicos com origem na própria formação da rocha e na ação geológica e geomorfológica
consequente (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).
34
Segundo Terzaghi (1952 apud FIAMONCINI, 2009) as causas são divididas em:
internas, externas e intermediárias. As causas internas são as que atuam reduzindo a
resistência interna do material constituinte do talude, sem que haja mudança no aspecto
geométrico (aumento da pressão hidrostática, diminuição de coesão e ângulo de atrito interno
por processo de alteração). Causas externas são provocadas pelo aumento das tensões de
cisalhamento, sem que haja a diminuição da resistência que igualando ou superando a
resistência intrínseca do material levam o maciço a condição de ruptura (aumento da
declividade por processos naturais ou artificiais de decomposição de material nas porções
superiores, abalos sísmicos e vibrações). E as causas intermediárias são as que causam os
efeitos de agente externos, no interior de encostas (liquefação espontânea, rebaixamento
rápido e erosão regressiva ou piping).
De acordo com Guidicini & Nieble (1984), as causas de instabilidade são definidas
de acordo com o modo de atuação de determinado agente, ou seja, um agente pode ocorrer
por meio de uma ou mais causas (tabela 2.5).
TABELA 2.5 – Agentes e causas dos movimentos de massa.
Agentes Causas
Predisponentes Efetivos Internas Externas Intermediárias
Preparatórios Imediatos
Complexo
geológico,
complexo
morfológico,
complexo
climatológico,
complexo
hidrológico,
gravidade solar,
tipo de
vegetação
Pluviosidade,
erosão pela água
e pelo vento,
congelamento e
degelo, variação
da temperatura,
dissolução
química, ação de
fontes e
mananciais,
oscilação do nível
freático, e
antrópica
Chuvas
intensas, fusão
do gelo e
neves, erosão,
terremotos,
ondas, vento e
ação do
homem
Efeito das
oscilações
térmicas,
redução dos
parâmetros de
resistência por
intemperismo
Mudanças na
geometria do
sistema, efeitos
de vibrações,
mudanças
naturais na
inclinação das
camadas
Elevação do nível
piezométrico em
massas
homogêneas,
elevação da
coluna de água
em
descontinuidades,
rebaixamento
rápido do lençol
freático, erosão
subterrânea
retrogressiva
(piping),
diminuição do
efeito de coesão
aparente
Fonte: Guidicini & Nieble (1984).
35
2.4.3 Superfícies de ruptura
Segundo Hudson (1997) as superfícies de ruptura são classificadas em: ruptura plana,
ruptura circular, ruptura em cunha, e superfícies de ruptura qualquer (figura 16).
FIGURA 16 – Tipos de superfícies de rupturas em taludes. Fonte: González de Vallejo (2002 apud TAVARES, 2010).
Superfícies de ruptura circular apresentam forma de arco, em solos homogêneos sua
forma é circular ou cilíndrica; já superfícies de rupturas planas desenvolvem-se ao longo da
fratura ou plano de acamamento, com inclinação próxima a 90º; superfícies de ruptura
qualquer ocorrem com maior incidência em solos que possuem plano de fraqueza e baixa
resistência, a superfície é formada por vários segmentos de reta (FIAMONCINI, 2009).
2.4.4 Coeficiente de segurança
O coeficiente de segurança ou fator de segurança (FS) é definido através da relação
existente entre a resistência ao cisalhamento do solo (S) e a tensão cisalhante atuante ), de
acordo com a equação 1 (SAYÃO, 1994, apud FIAMONCINI, 2009).
36
(1)
Sendo que S, em termos de tensões efetivas,onde c’ é a coesão do material, σ é a
tensão normal atuante, e ϕ’ é o ângulo de ruptura da superfície, é dado por:
S = c’ + σ.tgϕ’ (2)
De acordo com Sayão (1994, apud FIAMONCINI, 2009), as definições mais usuais
de FS em análises de estabilidade de taludes são:
Fator de segurança relativo ao equilíbrio de momentos: usado em analises de
movimentos rotacionais, considerando-se superfície de ruptura circular, onde ∑ Mr é o
somatório dos momentos resistentes e ∑ Ma é o somatório de momentos atuantes.
(3)
Fator de segurança relativo ao equilíbrio de forças: usado em analises de
movimentos translacionais ou rotacionais, considerando-se superfícies planas ou
poligonais, onde ∑ Fr é o somatório de forças resistentes e ∑ Fa é o somatório de
forças atuantes.
(4)
De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), através da
NBR 11682 (2006), o fator de segurança varia de acordo com o grau de segurança exigido em
cada projeto. Gomes (2003 apud TAVARES, 2010) afirma que esse grau de segurança
resultará do julgamento das consequências que poderão advir da estabilidade de um talude.
Dessa forma, tem-se:
alto grau de segurança (FS = 1,5), exigido no caso de proximidade imediata de
edificações habitacionais, instalações industriais, obras de arte (viadutos, elevados,
pontes, túneis, etc), condutos (gasodutos, oleodutos, adutoras), linhas de transmissão
de energia, torres de sistemas de comunicação, barragens, rodovias e ferrovias dentro
do perímetro urbano;
37
médio grau de segurança (FS = 1,3): possível em todos os casos citados
anteriormente quando houver, entre o talude e o local a ser ocupado, espaço de
utilização não permanente, considerado como área de segurança;
baixo grau de segurança (FS = 1,15): aceitável desde que sejam instituídos
procedimentos capazes de prevenir acidentes em rodovias, túneis em fase de
escavação, minas, barragens etc.
TABELA 2.6 – Recomendações para fatores de segurança admissíveis.
FS adm RISCO DE PERDA DE VIDAS HUMANAS
Desprezível Médio Elevado
RISCO DE
PERDAS
ECONÔMICAS
Desprezível 1,1 1,2 1,4
Médio 1,2 1,3 1,4
Elevado 1,4 1,4 1,5
Fonte: Georio (2000 apud TAVARES, 2010).
2.5 OBRAS DE ESTABILIZAÇÃO DE TALUDES
Segundo o IPT (1991) as obras de estabilização de taludes e encostas são
classificadas nas seguintes técnicas: reconstrução em aterros; retaludamento; obras de
contenção; obras de drenagem; e obras de proteção superficial.
2.5.1 Reconstrução em aterros
De acordo com o IPT (1991) as obras de reconstrução em aterro são utilizadas nos
casos de escorregamentos em áreas aterradas, estes ocorrem devido à má execução na
construção dos mesmos (figura 17). Para que estas obras possam atingir a eficácia desejada
devem seguir os seguintes parâmetros: escolha da jazida do solo, que deve ser função do tipo
de solo, volume a ser extraído e localização da extração; os solos devem possuir umidades
próximas à faixa especificada, destorroados e homogeneizados; limpeza do terreno na
preparação da fundação; estocagem do solo superficial e da matéria orgânica para futura
utilização; preparação da superfície de contato do terreno natural e do novo aterro;
38
implantação de sistemas de drenagem de base e de superfície, além de proteção vegetal
superficial; e compactação do solo em espessuras adequadas aos equipamentos utilizados.
FIGURA 17 – Execução adequada de bota-fora, exemplo de obra de aterro visando à estabilização de taludes.
Fonte: IPT (1991).
2.5.2 Retaludamento
Segundo o IPT (1991) retaludamento são obras de terraplanagem, com vistas à
estabilização de um talude ou uma determinada região. Ou seja, são a execução de cortes que
visam abrandar a inclinação dos taludes de um determinado local, visando à estabilização dos
mesmos (figura 18).
.
FIGURA 18 – Esquema de retaludamento.
Fonte: Téchne (2004 apud FIAMONCINI, 2009).
39
Para Hoek & Londe (apud GUIDICINI & NIEBLE, 1984), retaludamento é a
mudança de geometria de um talude através da redução da sua altura ou do ângulo do talude.
A maior vantagem apresentada pelo retaludamento sobre os outros métodos é de que
seus efeitos são permanentes, já que a melhora na estabilidade é atingida por uma mais efetiva
utilização das propriedades inerentes ao maciço e pelas mudanças permanentes no sistema de
forças atuantes no talude (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).
Porém Guidicini & Nieble (1984) afirmam que nem sempre as obras de
retaludamento são as mais efetivas, pois a redução da altura (figura 19), ou do ângulo do
talude (figura 20), não só reduz as forças solicitantes que tendem a induzir a ruptura, mas
também reduzem a tensão normal e, portanto a força de atrito resistente, esta depende
basicamente da tensão normal atuante na superfície considerada. Isto é reafirmado por
Loturco (1983 apud FIAMONCINI, 2009) que disserta sobre a inviabilidade de aplicação do
retaludamento quando o espaço é escasso ou a vegetação não pode ser retirada devendo ser
previstas canaletas de coleta e escadas hidráulicas para descarte da água com recobrimento
vegetal a fim de evitar a erosão.
FIGURA 19 – Retaludamento através de corte com redução da altura do talude.
Fonte: IPT (1991).
FIGURA 20 – Estabilização de talude através de execução de aterro na sua base.
Fonte: IPT (1991).
40
2.5.3 Obras de contenção
Contenção é todo elemento ou estrutura destinado a contrapor-se a empuxos ou
tensões geradas em maciço cuja condição de equilíbrio foi alterada por algum tipo de
escavação, corte ou aterro (RANZINI et al. 1998 apud FIAMONCINI, 2009).
Segundo o IPT (1991) obras de contenção são todas aquelas estruturas, que uma vez
implantadas em um talude, estas oferecem resistência à movimentação deste ou à sua ruptura,
ou ainda que reforcem uma parte do maciço, de modo que esta parte possa resistir aos
esforços tendentes à instabilização do mesmo.
As obras de contenção são classificadas em: muros de arrimo, obras especiais de
estabilização e soluções alternativas em aterros.
2.5.3.1 Muros de arrimo
Os muros de arrimo são estruturas de contenção utilizados juntamente a base de
taludes que apresentam instabilidade: os muros de arrimo estão classificados em três classes:
muros tipo gravidade, muros de concreto armado e cortinas cravadas.
Os muros tipo gravidade podem ser dos seguintes tipos: muros de pedra seca; muros
de pedra argamassada; muros de concreto ciclópico; muros de solo cimentado; muro de
gabiões; e crib-walls (figura 21).
FIGURA 21 – Muro de gabiões, á esquerda; e Crib-walls, à direita.
Fonte: Passos et al.(2010).
41
De acordo com o IPT (1991), os muros de arrimo de concreto armado são associados
à execução de aterros ou reaterros, estes garantem a estabilidade através do seu próprio peso e
do peso da porção de solo adjacente, que funciona como parte integrante da estrutura de
arrimo (figura 22).
FIGURA 22 – Esquema de muro de concreto armado.
Fonte: IPT (1991).
São indicadas para estabilização de taludes e encostas de baixo porte. São suscetíveis
à flexão, são deformáveis e, em geral, utilizadas de forma provisória (figura 23). Consiste de
estacas ou perfis metálicos cravados no solo justapostos ou descontínuos, no segundo caso, o
vão é fechado com pranchões de madeira ou placas de concreto armado (LOTURCO 1983
apud FIAMONCINI, 2009).
FIGURA 23 – Exemplo de cortina cravada.
Fonte: IPT (1991).
42
2.5.3.2 Obras especiais de estabilização
As obras especiais de estabilização são as seguintes: tirantes e chumbadores; cortinas
atirantadas; e microestacas.
Os tirantes possuem como objetivo ancorar massas de solo ou blocos de rocha,
através do incremento de força gerada pela protensão destes elementos, que transmitem os
esforços diretamente a uma zona mais resistente do maciço através de fios, barras ou
cordoalhas de aço (figura 24).
FIGURA 24 – Esquema típico de ancoragem.
Fonte: Incotep (2008 apud FIAMONCINI, 2009).
Chumbadores são barras de aço fixadas com calda de cimento ou resina, com o
objetivo de conter blocos isolados, fixar obras de concreto armado, sem o uso de protensão
(IPT, 1991).
As cortinas atirantadas são consideradas, dentre as obras de contenção de taludes e
encostas, as de maior eficácia, versatilidade e segurança. Trata-se da execução de elementos
verticais ou subverticais de concreto armado, que funcionam como paramento e que são
ancorados no substrato resistente do maciço através de tirantes protendidos (figura 25).
43
FIGURA 25 – Exemplo de aplicação de uma cortina atirantada.
Fonte: IPT (1991).
Segundo o IPT (1991) o uso de microestacas em taludes naturais ou de cortes é feito
através da introdução das estacas na forma de reticulados (figura 26). A armadura das estacas,
assim como a cobertura de cimento ou argamassa, funciona como reforço ao maciço,
otimizado pela injeção sob pressão que produz excelente aderência entre a estaca e o terreno
circundante.
FIGURA 26 – Exemplo de aplicação de estacas raiz, na estabilização de taludes.
Fonte: IPT (1991).
44
2.5.3.3 Soluções alternativas em aterros
As soluções alternativas para estabilização de aterros mais utilizados são as obras de
terra armada (figura 27) e o reforço de aterros com utilização de geotêxtil.
Os maciços em terra armada são constituídos através da associação de solo
compactado e armaduras, completada por um paramento externo composto de placas,
denominado de pele (IPT, 1991).
FIGURA 27 – Detalhes de uma terra armada.
Fonte: IPT (1991).
Aterros reforçados com geotêxtil são maciços formados por uma composição básica
de dois materiais: solo e mantas geotêxteis. Este tipo de obra apresenta baixo custo, facilidade
e rapidez na execução (IPT, 1991).
2.5.4 Obras de drenagem
De acordo com o IPT (1991) as obras de drenagem têm por finalidade a captação e o
direcionamento das águas do escoamento superficial, assim como a retirada da água de
percolação interna do maciço.
Segundo o Centro Brasileiro para Conservação da Natureza e Desenvolvimento
Sustentável (CBCN, 2010), o objetivo de uma drenagem eficiente é efetuar um escoamento
seguro para locais com estabilidade geotécnica, evitando a mobilização de partículas do solo
em decorrência do escoamento superficial. As estruturas de drenagem devem possuir as
45
seguintes características: confiabilidade dos materiais utilizados; durabilidade dos materiais
utilizados; facilidade de manutenção; e segurança. As obras de drenagem são classificadas
em: obras de drenagem superficial e em obras de drenagem subterrânea ou profunda.
A drenagem superficial realiza a captação do escoamento das águas em superfície
através de canaletas, valetas, sarjetas ou caixas de captação e, em seguida, conduz estas águas
para um local adequado. Através da drenagem superficial se evitam as erosões na superfície
dos taludes e se reduz á infiltração da água nos maciços, diminuindo os efeitos da saturação
do solo sobre a sua resistência (IPT, 1991). Os sistemas de drenagem superficial mais
utilizados são: canaletas longitudinais de berma; canaletas transversais de berma; canaletas de
crista; canaletas de pista; canaletas de pé ou de base; saídas laterais; escadas d’água; caixas de
dissipação; e caixas de transição (figura 28).
FIGURA 28 – Indicação dos diversos dispositivos de um sistema de drenagem superficial.
Fonte: IPT (1991).
46
A drenagem subterrânea ou profunda tem como objetivo promover processos que
resultem na retirada de água da percolação interna do maciço, reduzindo a vazão de
percolação e as pressões neutras intersticiais.
A drenagem subterrânea pode ser realizada por drenos sub-horizontais, que
funcionam por fluxo gravitacional, poços de alívio, ponteiras, trincheiras drenantes ou
galerias. Em encostas naturais e taludes de corte, empregam-se com maior frequência drenos
sub-horizontais (chamados também de drenos horizontais profundos ou DHP) (IPT, 1991).
2.5.5 Obras de proteção superficial
A função, das obras de proteção superficial, é impedir a formação de processos
erosivos e diminuir a infiltração de água no maciço através da superfície exposta no talude,
estas obras são classificadas de acordo com a natureza dos materiais utilizados, naturais ou
artificiais (IPT, 1991).
As obras de proteção superficial naturais mais utilizadas são: cobertura vegetal de
médio a grande porte; cobertura vegetal com gramíneas; proteção com pano de pedra; e
biomantas (figura 29).
FIGURA 29 – Aspecto visual de talude de corte onde foram aplicadas biomantas antierosivas.
Fonte:CBCN (2010).
Em relação as obras de proteção superficial artificiais, os materiais mais utilizados
são: proteção com imprimação asfáltica; proteção com argamassa; proteção com concreto
projetado ou gunita; e proteção com telas.
47
2.6 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS EM RETALUDAMENTO
Os equipamentos de terraplanagem mais utilizados na execução do retaludamento de
encostas ou de taludes de corte e aterro são: trator de esteiras com lâmina; escavadeira com
caçamba “shovel”; escavadeira com caçamba “drag-line” ou de arrasto; motoniveladoras; e
escavadeiras de acionamento hidráulico.
2.6.1 Trator de esteiras com lâmina
Os tratores de esteiras com lâmina são os equipamentos mais versatéis utilizado em
terraplanagem, utilizados em todas as etapas deste tipo de obra. Em obras de retaludamento
este equipamento executa com muita eficiência cortes em meia encosta (figura 30), cortes
com canto de lâmina e escarificação de material resistente (CATALANI & RICARDO, 2007).
FIGURA 30 – Corte em meia encosta.
Fonte: Catalani & Ricardo (2007).
Segundo Catalani & Ricardo (2007), os tratores com lâmina podem ser empregados
no acabamento dos taludes de corte, utilizando-se a inclinação lateral da lâmina e executando
o corte com o canto da mesma. Esta operação, apresenta o incoveniente de obrigar o
equipamento a operar com forte inclinação, sobrecarregando os esforços sobre uma das
esteiras, o que ocasiona desgaste desigual na parte rodante (figura 31).
48
FIGURA 31 – Corte com canto de lâmina.
Fonte: Catalani & Ricardo (2007).
2.6.2 Escavadeira com caçamba “shovel”
São utilizados para escavar taludes situados acima do nível em que se encontra a
escavadeira. Não é o equipamento mais recomendado pois não atinge com eficácia o ângulo
exigido pelo plano geométrico (figura 32).
FIGURA 32 – Escavadeiras “shovel” trabalhando em taludes.
Fonte:Catalani & Ricardo (2007).
49
2.6.3 Escavadeiras com caçamba “drag-line” ou de arrasto
Escavadeiras do tipo “drag-line” são utilizadas para escavar materiais pouco
consistentes. Estes equipamentos escavam taludes situados abaixo do nível em que a máquina
se encontra (figura 33). A correção de defeitos decorrentes da alteração do ângulo de talude,
através da utilização de “drag-lines”, é muito difícil de ser feito, este equipamento realiza a
remoção da terra que tenha ficado em excesso, mas isto implica em um trabalho difícil e
oneroso (CATALANI & RICARDO, 2007).
FIGURA 33 – Acerto de taludes através da utilização de “drag-lines”.
Fonte: Catalani & Ricardo (2007).
2.6.4 Escavadeiras de acionamento hidráulico
O retaludamento executado através de retroescavadeiras de acionamento hidráulico é
executado com cortes em trincheira. A profundidade do corte é o mesmo do comprimento do
braço da escavadeira (stick). São utilizadas para realizarem a conformação final do ângulo de
face do talude, para isso as escavadeiras são posicionadas frontalmente ao talude (figura 34).
50
FIGURA 34 – Escavadeira de acionamento hidráulico Caterpillar 345D.
Fonte: Caterpillar (2009).
51
3 MATERIAIS E MÉTODOS
O presente estudo foi realizado durante o período de estágio realizado na empresa
Vale S/A, nas minas de minério de ferro, localizadas no complexo minerador de Carajás, no
município de Parauapebas, Estado do Pará, durante os meses de julho a novembro de 2012.
A empresa Vale S/A possui uma parceria com a empresa Sotreq, revendedora de
equipamentos Caterpillar e responsável também por consultorias e apoio ao cliente. Com isso
a Sotreq oferece aos seus consumidores consultorias de melhorias operacionais, visando o
aumento da produtividade dos equipamentos de seus clientes, através de mudanças de
procedimentos operacionais, ou substituição de equipamentos por outros mais adequados às
necessidades de seus compradores, promovendo ganhos: operacionais, produtivos,
operacionais, ambientais e de segurança.
Com a execução do programa de melhoria contínua realizado entre a Sotreq e a Vale
S/A, foram analisados, durante o período citado, a realização de retaludamento por tratores de
esteiras com lâmina e escavadeiras de acionamento hidráulico, visando à implantação de
melhorias no procedimento utilizado para estabilizar os taludes, das cavas existentes no
complexo de Carajás.
Toda atividade operacional e que possua riscos á segurança dos funcionários, deve
possuir um procedimento operacional padrão, indicando como a atividade deve ser realizada,
com a maior segurança possível.
O retaludamento de mina foi implantado na Gerência Geral de Operação de Mina
Norte (GEMIN), porém a atividade não possuía um procedimento operacional padrão (PRO),
registrado no Sistema de Padronização Vale (SISPAD).
Analisou-se toda a atividade de retaludamento, desde o recebimento da solicitação de
serviço até a informação de conclusão de serviço, para a criação do PRO da atividade. O
acordo entre a Sotreq e a Vale S/A propiciou a análise do procedimento executado,
proporcionando a implantação de melhorias para o mesmo.
Foram realizados acompanhamentos in loco das operações de retaludamento, com o
objetivo de verificar variáveis que tornem a atividade improdutiva, e contabilização dos ciclos
executados pelos equipamentos envolvidos na atividade.
A produtividade dos equipamentos foi calculada através da tomada de horas
produtivas das máquinas, durante o acompanhamento em campo, e com o cálculo da
52
quantidade de material movimentado, realizado através da diferença fornecida pelos serviços
de topografia realizados antes e após a execução da atividade.
Ganhos em segurança foram propostos através da análise de como era realizada a
atividade, e assim houve a criação de procedimentos que propiciam a execução do
retaludamento com mais segurança.
Economicamente, foram analisados os ganhos proporcionados pelo aumento da
produtividade, assim como redução de gastos com: manutenção, materiais de desgaste,
consumo de óleo diesel e preço de aquisição de escavadeiras de acionamento hidráulico
Caterpillar 345D e tratores de esteiras Caterpillar D11.
Do ponto de vista operacional se analisou os movimentos executados em campo
pelos operadores, que ofereciam riscos aos equipamentos, e consultados os manuais dos
mesmos, fornecidos pelos seus fabricantes, para realização da escolha dos maquinários mais
adequados as necessidades operacionais apresentadas.
Os itens subsequentes apresentam detalhes: geográficos, geológicos e fisiográficos
da região onde o trabalho de conclusão de curso foi realizado, a metodologia de
retaludamento anteriormente utilizada, e as melhorias propostas e utilizadas atualmente nas
minas de ferro de Carajás, para execução da estabilização dos taludes de mina através de
obras de retaludamento.
3.1 LOCALIZAÇÃO E ACESSO DA ÁREA ESTUDADA
As minas de minério de ferro de Carajás estão localizadas na Serra de Carajás,
município de Parauapebas (figura 35). O município de Parauapebas localiza-se no sudeste do
Estado do Pará, se encontra a 547 km (em linha reta) da capital Belém. Parauapebas faz
fronteira com os seguintes municípios: Marabá (ao norte), Curionópolis (a leste), São Félix do
Xingu (a oeste), Canãa dos Carajás (ao sul) e Água Azul do Norte (ao sul).
53
FIGURA 35 – Localização do município de Parauapebas, Pará, e o seu entorno.
Fonte: Sepof (2011 apud FURTADO & BURIL, 2012).
A cidade pode ser acessada via aérea através do aeroporto de Carajás. O município
também pode ser acessado via rodoviária através da PA -275 que interliga o município a
Eldorado dos Carajás, onde se encontra com a PA-150 que liga a capital Belém ao sul e
sudeste paraense. Via rodoviária Parauapebas se localiza a cerca de 720 km de Belém. Outra
alternativa de acesso ao município é via ferroviária através da linha férrea Carajás-Itaqui, que
liga a serra dos Carajás ao Porto de Itaqui, localizado no município de São Luís, capital do
Estado do Maranhão. A ferrovia é utilizada para escoar a produção de minério de ferro
proveniente das minas de Carajás (figura 36).
FIGURA 36 – Localização da estrada de ferro que liga Carajás ao porto de Itaqui no Maranhão.
Fonte: Frasa (2000 apud SILVA, 2011).
54
As minas de ferro de Carajás localizam-se a cerca de 45 km da zona urbana de
Parauapebas, o acesso é feito através de via rodoviária, pela Rodovia Raymundo
Mascarenhas.
3.2 ASPECTOS FISIOGRÁFICOS
O relevo da região de Parauapebas possui grande variação altimétricas, as cotas mais
baixas variam entre 200 a 300 metros, já os níveis mais elevados oscilam entre 800 a 900
metros de altitude, e são localizados em áreas das Serras dos Carajás, Arqueada, do Buriti ou
do Rabo (IDESP, 2011).
O município encontra-se na bacia hidrográfica do rio Itacaiúnas, que é uma sub-bacia
da bacia do rio Tocantins. O rio Itacaiúnas é o mais importante da região, ele nasce a sudoeste
de Parauapebas, na região da Serra da Seringa, e atravessa regiões serranas como a da Serra
dos Carajás, limitando em parte com o município de Marabá, onde desagua no rio Tocantins.
Durante seu percurso recebe pela sua margem direita os rios Novo e Parauapebas, que banha a
sede do município. E pela margem esquerda recebe os rios Água Preta, Piranhas e Caeté
(IDESP, 2011).
Segundo a classificação de Köppen o clima da região enquadra-se na categoria de
equatorial superúmido. A temperatura média anual é de 26,35ºC, com máxima de 32,01ºC e
mínima de 22,71ºC. A umidade relativa do ar apresenta oscilações entre 52% a 100%, com
média de 78%. O índice pluviométrico anual está em torno de 2.000 mm, sendo o período de
novembro a maio o mais chuvoso (IDESP, 2011).
O grande domínio vegetal de Parauapebas é da floresta de terra firme, a qual sofre
alterações tipológicas, de acordo com as variações de solo e relevo, proporcionando a
ocorrência dos subtipos: floresta densa dos platôs, floresta densa submontana, floresta aberta
latifoliada (cipoal) e floresta aberta mista (cocal). Dominando o cimo de algumas cristas e
chapadas, ao Sul da Serra de Carajás, encontram-se campos e cerrados, com predominância
de vegetação xerofítica. A implantação de fazendas de pecuárias e de cultivos migratórios
propiciou a ocorrência de pastagens cultivadas e vegetação de capoeira.
55
3.3 CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS
Os enormes depósitos de ferro da Serra dos Carajás são depósitos do Neo-Arqueano
(2,8 – 2,5 Ga) localizado no Cráton Amazonas (figura 37).
FIGURA 37 - Mapa geológico simplificado da Província Carajás.
Fonte: DOCEGEO (1988), Souza (1994) e Lindenmayer et al. (1998) (apud CPRM, 2003).
Os depósitos de ferro de Carajás são associados à sequência vulcanossedimentar
característica do Grupo Grão Pará, esta é constituída basicamente de três unidades: unidade
vulcânica máfica inferior, denominada Formação Parauapebas; unidade de jaspilitos
intermediária, denominada Formação Carajás; e unidade vulcânica máfica superior. Nas três
unidades ocorrem a intrusão de rochas máficas a intermediárias (CPRM, 2003).
Ao longo da Serra dos Carajás, o grupo Grão Pará é dividido em três segmentos:
Serra Norte, Serra Leste e Serra Sul, onde o grau de metamorfismo varia sensivelmente, sendo
56
nitidamente mais elevado na Serra Sul, onde a empresa Vale S/A está realizando
investimentos vultosos para a implantação do Projeto S11D que terá um “start up” inicial de
90 Mt de ROM (Run of mine).
O desenvolvimento atual da mineração a céu aberto do depósito de minério de ferro
de Carajás atualmente é realizado nos corpos N4 e N5, onde o metamorfismo é ausente e
limitado a zonas de cisalhamento locais. Nesses corpos, o protominério é constituído por uma
camada de jaspilitos, com espessura variando entre 100 e 400 m, totalmente preservados
(MEIRELLES, 1986, apud CPRM, 2003).
Os jaspilitos de Carajás apresentam bandas alternadas de minerais de ferro, hematita
e magnetita, e de jaspe (SiO2), as quais definem macroscopicamente mesobandas com
espessuras que variam de milímetros a centímetros.
A região ferrífera dolomítica ocorre na base dos jaspilitos. A dolomita é um
carbonato com características de substituição e deve pertencer a uma fase hidrotermal rica em
CO2 posterior a formação jaspelítica.
O minério de Carajás é usualmente subdividido em dois grupos: hematita friável ou
hematita mole (HM); e hematita compacta ou hematita dura (HD). O minério friável ocorre
principalmente de duas formas, minério pulverulento com a estrutura original totalmente
destruída e minério placóide composto de finas placas milimétricas, intercaladas com material
pulverulento. Ambos os materiais ocorrem em todos os depósitos com predominância local de
um ou outro tipo (SILVA, 2011). Corpos de minério compacto de alto teor (teor maior do que
67% de Fe por tonelada) estão preferencialmente localizados próximos ao contato com as
rochas vulcânicas/subvulcânicas inferiores, da formação Parauapebas, e normalmente
apresentam auréolas de alteração hidrotermal nas rochas encaixantes. O minério compacto
apresenta-se concordante com o acamamento (CPRM, 2003).
Na formação de Carajás a canga ocorre capeando as ocorrências de formação
ferrífera. Destacam-se no relevo por serem responsável pela sustentação dos platôs. Na região
se separam dois tipos distintos de canga: canga de minério, que flanqueia os afloramentos de
minério in situ, e é formada por blocos de hematita cimentados por óxidos hidratados de ferro.
Possui teor de ferro mais alto que a canga estrutural e menor teor de alumina; e canga
estrutural que cobre geralmente as rochas máficas (ferro-magnesianas, rochas escuras)
decompostas e não possui continuidade estrutural com as rochas subjacentes. O cimento da
canga é a goethita com estruturas coloformes e abundantes poros e cavidades. O teor de Fe é
baixo, sendo elevado o fósforo e a alumina (DOCEGEO, 1988).
57
O minério de ferro explorado pela Vale S/A foi originado a partir da atuação dos
mecanismos de alteração laterítica que provocaram uma dessilificação (lixiviação supergênica
da sílica) dos jaspilitos e uma concentração residual da hematita.
A contaminação por fósforo presente na parte superior do perfil de alteração é de
origem orgânica.
Atualmente a produção de Carajás é de cerca de 110 Mt de minério de ferro com teor
médio de 64,5% de Fe/t (VALE S/A, 2013). As reservas totais foram estimadas como
superiores a 18 bilhões de t de minério com teores variando entre 60 a 67% de Fe (CPRM,
2003).
3.4 ESTRUTURAÇÃO DA OPERAÇÃO DE MINA
A província mineral de Carajás possui reservas dos mais diversos minérios de metais
como: ferro, cobre, níquel, ouro, prata, platina e outros. Mas as de maior destaque são as
imensas reservas de minério de ferro de alto teor, existentes na província.
Os depósitos de ferro se encontram em exploração desde 1985 pela empresa Vale
S/A, antiga estatal Companhia Vale do Rio Doce (CVRD). Atualmente estão em exploração
os corpos N4 e N5 de Serra Norte, com um total de cinco minas. São as minas de N4E,
N4WN, N5W, N5E e mais recentemente N5S, onde as explorações foram iniciadas em 2012
(figura 38). E encontra-se em fase de desenvolvimento a mina de N4WS.
58
FIGURA 38 – Visualização das minas de ferro de Carajás.
Fonte: Frasa (2000 apud SILVA, 2011).
A Diretoria de Ferrosos Norte (DIFN) é responsável por toda a gestão das minas de
ferro situadas no complexo de Carajás, esta diretoria possui seis gerências gerais, dentre elas a
Gerência de Operação de Mina Nortes (GEMIN), responsável por todas as atividades
executadas na operação das minas de minério de ferro. A GEMIN possui outras quatro
gerências de área dentre elas a Gerência de Terraplanagem de Mina Norte (GAMTN), que é
responsável pelos serviços de manutenção e desenvolvimento de pistas, rampas e acessos,
drenagem de mina, sinalização de mina, e estabilização de taludes através da execução das
obras de retaludamento.
3.5 PROJETO DE TALUDES
O planejamento de longo prazo é a área responsável pelo planejamento anual das
cavas, esta indica a necessidade de construção ou modificação das diversas estruturas ao
longo do tempo, considerando o horizonte previsto no plano de desenvolvimento de longo
prazo da empresa.
A equipe de geotecnia de mina é a responsável pela gestão das estruturas
geotécnicas, incluindo: os projetos geométricos e de drenagens, acompanhamento da
59
execução de obras civis, monitoramento das obras e estruturas geotécnicas, realização de
inspeções periódicas dos taludes, instrumentação geotécnica e desativação de estruturas de
mina.
O planejamento de curto prazo é a área responsável pelo acompanhamento e
fiscalização da execução dos taludes, realizada pelo setor de operação de mina.
3.5.1 Etapas do processo de construção de taludes da cava
O planejamento de longo prazo, a partir do modelo geológico-estrutural e
geomecânico, elabora o projeto da cava final e das cavas intermediárias, onde é definida a
geração de minério e estéril.
Com a definição da cava economicamente mais interessante é elaborado o projeto
geométrico da cava matemática. A partir dessa cava, a equipe de geotecnia e hidrogeologia
faz a análise de estabilidade dos taludes e indica para o planejamento os ângulos mais
adequados, segundo as características geomecânicas e setorização da cava. Essa nova cava
gerada é analisada do ponto de vista econômico pela equipe de planejamento e discutida com
a equipe de geotecnia até chegar-se à melhor alternativa, tanto do ponto de vista operacional e
econômico, quanto de estabilidade de taludes e segurança operacional. Após consolidação
final, deve ser elaborado um projeto de drenagem superficial para a cava.
A partir deste projeto, a área de Meio Ambiente inicia os estudos ambientais
necessários para o processo de licenciamento junto aos órgãos competentes.
A área de Geotecnia de Mina deverá concluir o Projeto Executivo atendendo os
prazos necessários para orçamento, contratação e implantação das obras iniciais, de
responsabilidade da Engenharia, cumprindo o planejamento do Longo Prazo para início de
operação da mina obedecendo aos taludes projetados.
3.5.2 Projeto geométrico e procedimento construtivo de taludes operacionais
O Projeto Geométrico para os taludes necessários para atender a demanda de longo
prazo de uma determinada cava deve contemplar geometria final estável geotecnicamente. A
60
equipe de geotecnia faz as análises ou contrata o projeto dos taludes mais adequados à
estabilidade dos diferentes maciços existentes e fornece para o planejamento de longo prazo,
responsável por projetar as cavas operacionais segundo as dimensões calculadas. Eventuais
ajustes são discutidos em conjunto, para se chegar à melhor configuração geométrica do ponto
de vista econômico, com a maior segurança operacional e vida útil dos taludes.
Os taludes de lavra, por serem provisórios, em geral são estáveis no tempo de
retomada. Caso necessário, a equipe de geotecnia vai dar o apoio necessário para a operação
ou infraestrutura de mina na escavação dos taludes de lavra.
Em alguns pontos da mina, durante a lavra, pode ser necessário o retaludamento,
devendo ser acionada a equipe geotécnica para avaliação e projeto. Em casos mais
complicados, pode ser necessário a contratação de consultoria externa e desenvolvimento de
projeto específico.
Deverá ser feito um limite de lavra, variável para cada tipo de maciço e para as
condições locais, onde a operação será responsável pelo projeto e execução. A partir desse
limite, próximo aos taludes finais a responsabilidade pelo projeto será conjunto com a equipe
de geotecnia, seguindo as especificações do projeto de lavra. Nesse limite deverão ser
empregadas técnicas para o acabamento dos taludes da cava.
A gerência de planejamento de longo prazo é responsável pela elaboração da
geometria dos taludes finais que depende da validação da geotecnia de mina. Este projeto é
desenvolvido baseado em topografia disponível e deve contemplar: mapeamento geológico e
geotécnico de superfície (se possível, realizar investigações preliminares); geometria e seções
típicas da cava, e acessos; seção típica de rebatimento, quando for o caso; estudos
hidrológico-hidráulicos; sistema de drenagens superficial; análises de estabilidade para os
taludes da cava; sequenciamento da lavra; projeto conceitual de instrumentação; e planilha
preliminar de quantitativos.
Nos taludes finais prevê-se a aplicação de técnicas de desmonte controlado em rocha
e de conformação de taludes em solo, para adequá-lo às condições geométricas de projeto.
Nesse caso são necessárias marcações topográficas, delimitando a área de acabamento dos
taludes finais e indicando crista e pé dos taludes, conforme projeto. Caso necessário, podem
ser implantados dispositivos de drenagem e realizado a revegetação, protegendo
superficialmente os taludes. Nos casos onde forem necessários serão implementados os
instrumentos geotécnicos para monitoramento e indicados os níveis de alerta. Caso
necessário, a equipe de infraestrutura de mina será acionada para eventual manutenção nesses
taludes.
61
3.6 PROCEDIMENTO DE RETALUDAMENTO COM TRATOR CATERPILLAR D11
Primeiramente se demarca a área disponibilizada para a execução do retaludamento,
a partir da demarcação topográfica ou da limitação da leira, para evitar que os equipamentos
que trabalhem no retaludamento avancem sobre a área da berma projetada, evitando danos ao
projeto geométrico dos taludes. Então inicia-se o rebaixamento da parte excedente de material
existente no banco, este material é cortado pelos tratores de esteiras Caterpillar D11 e
tombado para o nível posterior (figura 39).
Figura 39 – Trator de esteiras, Caterpillar D11, realizando rebaixamento de material excedente, com
escavadeira ao fundo realizando a conformação do ângulo do talude.
Fonte: Sotreq (2012 a).
As escavadeiras de acionamento hidráulico Caterpillar 345D realizam a conformação
final da face do talude, fazendo com que esta atinja o ângulo projetado que deve ficar entre
57º a 60º.
A figura 39 mostra uma situação improdutiva, pois o trator ao realizar corte com o
canto de sua lâmina não executa o total enchimento da lâmina, assim o equipamento não
atinge a sua produção máxima. O trabalho com canto de lâmina promove o desgaste dos
seguintes itens: desgaste irregular da bordas e do canto da lâmina, desgaste irregular da esteira
e desgaste acelerado da embreagem lateral e do freio. Além disso, tal condição de trabalho
representa riscos, pois o equipamento encontra-se paralelamente ao talude, podendo ocorrer
deslizamento de material sobre o equipamento, além da possibilidade de colisão do
equipamento com o talude.
62
A figura 40 mostra outra condição danosa ao equipamento, esta operação causa
danos aos retentores do eixo pivô, a barra equalizadora recebe impacto ao colidir com o
chassis. Para a realização desta operação com trator de esteiras este deveria ter roda motriz
baixa e uma lâmina apropriada para a situação.
Figura 40 – Trator D11 realizando retaludamento.
Fonte: Sotreq (2012 a).
A situação apresentada na figura 41 representa uma situação improdutiva, pois o
equipamento é apenas utilizado para realizar a conformação final do talude, não realizando
movimentação considerável de material. O material gerado pela atividade fica depositado no
pé do talude, este deveria ser movimentado o mais distante possível pelo equipamento, para
evitar o retrabalho do trator de esteiras.
FIGURA 41 – Escavadeira 345D realizando conformação do ângulo da face do talude.
Fonte: Sotreq (2012 a).
63
3.7 MELHORIAS SUGERIDAS PARA O RETALUDAMENTO
A Sotreq sugeriu a troca da utilização dos tratores de esteiras D11 por escavadeiras
de acionamento hidráulico Caterpillar 345D.
As escavadeiras construiriam primeiramente as leiras no limite da marcação
topográfica, realizada para demarcar o limite da berma, definida no projeto geométrico. Em
seguida a própria escavadeira executaria a escavação e tombamento do material para o banco
seguinte (figura 42).
FIGURA 42 – Esquema de execução do retaludamento com escavadeiras de acionamento hidráulico, Caterpillar
345D: a) construção de leira de proteção; b) rebaixamento do talude; c) finalização do
retaludamento, com atingimento do banco seguinte.
Fonte: Vale (2012).
A escavação é realizada com posicionamento da escavadeira de forma que sua esteira
fique paralela ao talude, esta executará um corte em trincheira (figura 43), a profundidade do
corte é a mesma do braço do equipamento. Para que o material possa ser disposto no banco
inferior (figura 44), a largura da área a ser cortada deve possuir a mesma dimensão do alcance
máximo da lança e do braço da escavadeira.
64
Figura 43 – Realização de corte em trincheira e rebaixamento de talude, por escavadeira 345D.
Fonte: Sotreq (2012 a).
FIGURA 44 – Disposição de material no banco inferior.
Fonte: Sotreq (2012 a).
Os tratores de esteiras com lâmina só passariam a ser utilizados no retaludamento nos
seguintes casos:
quando a escavadeira apresenta dificuldade de escavar o material, por este
ser muito competente, então necessitaria de que os tratores escarificassem a
região a ser rebaixada, facilitando a escavação das escavadeiras (figura 45).
65
FIGURA 45 – Trator Caterpillar D11 pronto para escarificar material.
Fonte: Furtado (2012).
quando a largura da área a ser cortada for maior que o alcance da lança e do
braço da escavadeira, será necessário o apoio de um trator D11 para realizar
a disposição do material cortado pela escavadeira para o banco inferior.
66
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados e as discussões pertinentes são apresentados em relação aos seguintes
parâmetros: de segurança, produtivos, operacionais e econômicos. m3
4.1 ANÁLISE DE PARÂMETROS DE SEGURANÇA
A melhoria sugerida trouxe ganhos de segurança de grande relevância para o
processo, pois a troca dos tratores de esteiras D11 por escavadeiras 345D, minimizaram a
possibilidade de tombamento de material dos taludes em corte sobre os equipamentos,
podendo gerar danos materiais e humanos. O risco de colisão dos tratores de esteiras com os
taludes também foi minimizado.
O risco de tombamento de material do talude em corte sobre as escavadeiras também
existe, porém este risco é bem menor que o anterior, pois à medida que a área cortada é
rebaixada, as escavadeiras executam a retirada do material excedente no talude, através da
conformação do ângulo final do talude, exigido pelo projeto geométrico.
4.2 ANÁLISE DE PARÂMETROS PRODUTIVOS
Em relação á produtividade dos equipamentos, a execução de retaludamento com a
utilização de tratores de esteiras apresenta produtividade pouco maior do que quando utilizada
escavadeiras de acionamento hidráulico.
Segundo os dados apresentados na tabela 2.7, os tratores D11 apresentam
produtividade média aproximada a 600 m3/h, enquanto que as escavadeiras produzem cerca
de 520 m3/h (SOTREQ, 2012 b).
67 TABELA 4.1.- Produtividade dos equipamentos no retaludamento, em m
3/h.
Equipamento Produtividade
Trator D11 600
Escavadeira 345D 520
Fonte: Sotreq (2012 b).
Estes dados foram obtidos através da alocação de equipamentos em áreas em
retaludamento, foi feita a medição do volume da área demarcada a ser retaludada pela equipe
de topografia, ao final da execução do retaludamento foi realizada uma nova medição para se
obter os volumes movimentados durante a operação. As horas de equipamento alocadas na
área foram obtidas através de acompanhamento em campo, realizando as devidas anotações
de realização de escavação ou de paradas (troca de turno, alimentação, abastecimento,
manutenção e etc...) e comparadas com os dados do sistema de controle smart mine, da
gerência de controle operacional, responsável por alocar os equipamentos de terraplanagem
nas áreas de operação (Sotreq, 2012 b).
Apesar de a utilização de tratores de esteira apresentar-se mais produtiva, esta deve
ser eliminada, pois como será apresentada na análise econômica, esta apresenta custos
elevados, que justificam a implantação da melhoria proposta.
4.3 ANÁLISE DE PARÂMETROS OPERACIONAIS
Do ponto de vista operacional, a implantação da melhoria gerou a liberação dos
tratores D11 para outras atividades de terraplanagem de mina, como: construção e
manutenção de pistas, acessos, rampas, limpezas de fundo de cava, construção e manutenção
de pulmões e pilhas de deposição de estéril. Nestas atividades é indispensável a utilização dos
tratores de esteiras.
4.4 ANÁLISE DE PARÂMETROS ECONÔMICOS
Economicamente os ganhos apresentados pela melhoria proposta são inúmeros.
68
Em primeiro lugar o gasto com consumo de óleo diesel foi reduzido, pois segundo os
manuais dos equipamentos Caterpillar, as escavadeiras apresentam média de consumo de 24
l/h de óleo diesel, enquanto que os tratores D11 consomem aproximadamente 60 l/h de óleo
diesel, na execução das atividades de retaludamento (CATERPILLAR, 2009).
Ainda segundo os dados da Sotreq, a implantação da melhoria gerou redução nos
gastos com manutenção e troca de materiais de desgaste. Os custos com manutenção e troca
de materiais de desgaste dos tratores D11 em relação às escavadeiras de acionamento
hidráulico são cerca de 130% maiores (SOTREQ, 2012 b).
TABELA 4.2 – Comparação de parâmetros econômicos entre duas escavadeiras Cat 345 D e um trator Cat
D11.
PARÂMETROS 2 ESC CAT 345 D 1 TRATOR CAT D
11
Consumo de óleo diesel 48 l/h 60 l/h
Produtividade 1.040 m³/h 600 m³/h
Custo de aquisição R$ 3 milhões R$ 5 milhões
Custos com manutenção
e materiais de desgaste
Custos de 1 trator são 30% mais elevados do que
o de escavadeiras em conjunto
Fonte: Sotreq (2012 b), Caterpillar (2009) e Vale (2012).
Segundo as consultas de mercado as escavadeiras de acionamento hidráulico custam
cerca 1,5 milhão de reais enquanto que um trator D11 custa aproximadamente 5 milhões de
reais (SOTREQ, 2012 b).
Fazendo-se da utilização de duas escavadeiras de acionamento hidráulico em uma
mesma área de retaludamento têm-se uma produtividade de cerca de 1.040 m3/h, apresentando
uma economia de 30% em relação aos custos de manutenção e trocas de materiais de
desgaste. Pois somente um D11 apresenta custos 130% maiores do que uma escavadeira. Em
relação ao consumo de óleo diesel duas escavadeiras apresentam um consumo aproximado de
48 l/h de óleo diesel, uma economia de 12 l/h em relação á utilização de tratores D11. A
aquisição de duas escavadeiras gera uma economia aproximada de 2 milhões de reais frente à
aquisição de um trator D11.
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5 CONCLUSÃO
Como se pode observar a implantação de melhorias para a execução do
retaludamento de mina, propostas pela Sotreq, geraram diversos ganhos na execução do
processo de estabilização de taludes.
A troca dos tratores de esteira Caterpillar D11 por escavadeiras de acionamento
hidráulico Caterpillar 345D gerou ganhos em todos os parâmetros analisados: econômicos,
operacional, produtivo e de segurança.
A alocação das escavadeiras 345D no retaludamento geraram um aumento de 133%
de produtividade na execução do retaludamento. Operacionalmente ocorreu a liberação de
tratores D11 para a execução das demais obras de terraplanagem de mina e eliminação de
situações improdutivas, como a utilização de escavadeiras unicamente para conformação do
ângulo final.
Do ponto de vista da segurança, foram eliminados os principais riscos apresentados
pela atividade, o tombamento de material sobre os tratores de esteiras ao executarem corte
com canto de lâmina e a possibilidade de colisão dos tratores D11 com o talude.
Economicamente destaca-se a economia na utilização de óleo diesel, pois ao utilizar
duas escavadeiras 345 D frente a um trator D11, se teve uma redução média de 20% no
consumo de combustível, apresentando aumento de produtividade. Além de redução de 30%
dos gastos com materiais de desgaste e manutenção. Deve-se destacar a economia de 2
milhões de reais gerada na aquisição dos equipamentos, que torna-se maior ainda, quando
dimensionada a frota ideal de escavadeiras e tratores necessárias para a execução do
retaludamento nas minas de Carajás.
Através dos ganhos apresentados, a GAMTN adotou as medidas propostas pelo
programa de melhoria, e o padronizou para toda a operação da empresa. O
procedimento foi registrado no SISPAD como PRO-006679, este documento destina-se a
todos os operadores de escavadeiras de acionamento hidráulico e tratores de esteiras da área
de terraplanagem de mina.
É importante salientar que a ocorrência de tais ganhos operacionais e econômicos só
se torna possível através da execução de um bom treinamento dos operadores dos
equipamentos de terraplanagem de mina.
Propõem-se para trabalhos futuros os seguintes temas: influência do treinamento de
operadores no ganho de produtividade de atividades de terraplanagem; estudo do
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comprimento ideal de lança e braço de escavadeiras hidráulicas, utilizadas no retaludamento;
estudo de caçamba ou concha ideal para retaludamento; e estudo da influência do número,
tipo e comprimento dos dentes utilizados nas caçambas das escavadeiras alocadas no
retaludamento.
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