Dimensionamento de um Pavimento Experimental para o Tráfego de Caminhões Fora-De-Estrada em Planta de Mina

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Publicada em 06/09/2007

Discente: Rafael Magno Ferreira

Resumo:

Muitas estradas de mina em complexos mineradores de ferro são concebidas sem qualquer critério de dimensionamento, em comparação a rodovias de tráfego comum. Além disso, são executadas de forma empírica, compreendendo basicamente etapas de aterro, espalhamento e compactação no teor de umidade natural do estéril de minério de ferro, principal material da superestrutura viária. No entanto, esses procedimentos não contemplam a compactação dos materiais em camadas, nem tampouco um controle tecnológico de campo. A “compactação” é obtida apenas superficialmente, por ocasião da passagem de veículos do tipo fora-de-estrada, durante operações convencionais de produção da mina. Aliados a dispositivos de drenagem inadequados e ineficientes, os resultados indesejáveis são diversos: enfraquecimento precoce da plataforma da estrada, perda de agregados, formação de buracos, trilhas e corrugações, geração excessiva de material particulado (na ausência de chuvas) ou lama (em períodos chuvosos). Tais problemas se agravam ainda mais quando da condução de técnicas equivocadas de manutenção, que compreendem processos rotineiros de raspagem do leito com motoniveladoras, impactando sensivelmente na redução de vida útil do pavimento. Esta pesquisa se desenvolveu nesta temática, voltando-se primordialmente ao estudo da mecânica de pavimentos com tráfego de caminhões fora-de-estrada. Cinco diferentes tipos de estéreis de minério de ferro foram testados e caracterizados em laboratório, compreendendo ensaios de granulometria, limites de consistência, peso específico dos grãos, compactação, CBR, cisalhamento direto, triaxial de carregamento repetido e difratometria de raios-x. A partir de um dimensionamento mecanístico preliminar com o software de diferenças finitas ELSYM5, um pavimento experimental de 100 metros foi construído em uma mina a céu aberto, sendo dividido em quatro seções-testes com peculiaridades distintas. Destas, três seções foram executadas segundo procedimentos convencionais de terraplenagem, com a compactação de materiais por camadas e no teor de umidade ótima, abrangendo diferentes recursos de estabilização química da camada de base e tratamento contra pó, empregando-se materiais betuminosos. A quarta seção, no entanto, foi executada conforme procedimentos tradicionais da mina, segundo um aterro único e compactação efetuada via passagem de caminhões fora-de-estrada. Os resultados obtidos no controle tecnológico de campo (levantamento de bacias deflectométricas com viga Benkelman e avaliação da rigidez e módulo de elasticidade das camadas do pavimento) permitiram se estabelecer uma comparação com os resultados dos ensaios triaxiais, a partir da retroanálise dos módulos de resiliência dos materiais. Mais além, o pavimento foi monitorado continuamente durante dois meses de operação por meio de sensores de deformação e pressão, criteriosamente instalados na estrutura do pavimento; além do monitoramento das condições ambientais do local (pluviometria, temperatura e umidade internas). A partir da resposta mecânica do pavimento a todas essas variáveis, propôs-se um ábaco de dimensionamento de estradas mineiras, assumindo-se as mesmas condições de carregamento e execução, referenciando-se ao tráfego de caminhões fora-de-estrada com eixo padrão de 1.637kN (167tf).

Abstract:

Many mine roads in iron ore mining plants are developed with no design criteria, when compared to conventional roads. Further, they are constructed empirically and include basically fill, spreading and compaction steps, in the natural content moisture of the iron ore waste, the main superstructure material. However these procedures do not embrace the material compaction in layers nor a technologic field control. In fact compaction is obtained only at superficial levels due to the passage of off-highway vehicles during the conventional mine activities. With inadequate and inefficient drainage devices, many undesirable results can occur: precocious weakness of the road structure, loss of materials, holes, trails and corrugations, excessive dustiness (at dry weathers) or mud (at rainy weathers ). These problems can become larger with bad maintenance techniques that include routinist scraping activities by graders, resulting on sensitive reduction of the pavement life. This work was conducted in this context, reporting mainly studies of pavements’ mechanic along with off-highway trucks traffic. Five different kinds of iron ore wastes were tested and characterized in laboratory, including grain size analysis, Atterberg limits, specific weight of the grains, compaction, CBR, direct shear, resilient modulus test and x-ray difratometry. From a preliminary mechanistic design with ELSYM5, a finite differences software, a 100 meters experimental pavement was constructed in a open pit mine. It was divided in four distinct test sections with specific peculiarities. Three of them were performed according to conventional procedures of earthwork, with materials compacted in layers and in the optimum content moisture. There were also conducted different kinds of chemical stabilization of the base layer and treatment against dust, using bituminous materials. Nevertheless the fourth section was performed according mine traditional procedures with a single fill, compacted by the off-highway trucks traffic. By means of the evaluation of the field technologic control (deflectometric basin analysis with Benkelman’s beam and the measurement of stiffness and Young modulus), it allowed one to compare the triaxial tests results with the obtained in backcalculation of resilient modulus. Furtherly, the pavement was operated and investigated continuously during two months by means of strain gauges and earth total pressure cells. It was evaluated also the environmental conditions throughout the experimental road (rainfall, internal temperature and content moisture). With a great date set it was proposed a design abacus related to mine roads. It takes into consideration the same loading and construction conditions, referring to the off-highway trucks traffic with dual wheel axle load standard of 1.637kN (167tf).

Áreas de Concentração:

- Geotecnia de Pavimentos

Orientadores:

- Romero César Gomes
- Gilberto Fernandes

Outros Participantes:


Nucleo de Geotecnia da Escola de Minas | Campus Universitário Morro do Cruzeiro, S/N | Ouro Preto/MG - 35.400-000
Mestrado Acadêmico / Doutorado - 031 3559-1164
Mestrado Profissional - 031 3559-1508