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15 de fevereiro de 2016
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Jumbos de Perfuração

Soluções robóticas para escavação de túneis

Cada vez mais sofisticados, equipamentos atuais embarcam tecnologias e sistemas computacionais que reduzem custos e minimizam a interferência do operador
Por Evanildo da Silveira

Principalmente em áreas com rochas duras, para abrir túneis de rodovias e ferrovias, desviar o curso de um rio para a construção de barragens ou extrair minérios das entranhas da terra, por exemplo, uma das melhores soluções ainda é o uso de explosivos. No entanto, isso exige a abertura de furos na pedra com cerca de cinco centímetros de diâmetro e até seis metros de extensão, onde o explosivo é colocado. Esse é justamente um dos trabalhos realizados por jumbos de perfuração que, de maneira simplificada, podem ser descritas como máquinas cujo peso varia de 9 a 45 toneladas, se movem sobre rodas ou esteiras (mais raras atualmente) e são equipadas com até três braços com perfuratrizes nas pontas.

Na verdade, esses equipamentos têm evoluído muito nos últimos anos. Atualmente, são máquinas muito sofisticadas, embarcando tecnologias e inovações que fazem com que precisem cada vez menos da interferência do operador. Com sistemas computacionais, sensores de última geração e uso de laser, os jumbos se tornaram soluções quase robóticas, capazes de se posicionar com precisão nas frentes de perfuração e fazer os furos nos locais exatos, com a direção e a profundidade determinadas nos projetos. E isso, é claro, torna mais rápido o avanço da obra, diminuindo o consumo de explosivos e do concreto necessário para o revestimento das paredes do túnel. Em última análise, reduz os custos da empreitada.

ADEQUAÇÃO

Para cada tipo ou dimensão de túnel existe um jumbo mais adequado. Para túneis pequenos, com menor área na frente de perfuração (como os de mineração ou de ferrovias, que são estreitos e altos), podem ser usados modelos com um ou dois braços. Para túneis maiores (como os de rodovias e de desvios de rio, que são tão altos quanto largos), os mais indicados são os de grande porte, com três braços.

Segundo Paulo Ribeiro, gerente de negócios na área de equipamentos subterrâneos da Atlas Copco, normalmente em mineração as máquinas são mais compactas, para se adequarem ao tamanho das galerias. “A principal diferença é mesmo o tamanho do equipamento”, explica. “Dependendo das seções a serem perfuradas, os jumbos para mineração normalmente trabalham em seções de três por três metros até cinco por cinco metros, enquanto os de construção podem chegar a seções muito maiores, de acordo com o tipo de túnel a ser escavado.”

Outra diferen


Principalmente em áreas com rochas duras, para abrir túneis de rodovias e ferrovias, desviar o curso de um rio para a construção de barragens ou extrair minérios das entranhas da terra, por exemplo, uma das melhores soluções ainda é o uso de explosivos. No entanto, isso exige a abertura de furos na pedra com cerca de cinco centímetros de diâmetro e até seis metros de extensão, onde o explosivo é colocado. Esse é justamente um dos trabalhos realizados por jumbos de perfuração que, de maneira simplificada, podem ser descritas como máquinas cujo peso varia de 9 a 45 toneladas, se movem sobre rodas ou esteiras (mais raras atualmente) e são equipadas com até três braços com perfuratrizes nas pontas.

Na verdade, esses equipamentos têm evoluído muito nos últimos anos. Atualmente, são máquinas muito sofisticadas, embarcando tecnologias e inovações que fazem com que precisem cada vez menos da interferência do operador. Com sistemas computacionais, sensores de última geração e uso de laser, os jumbos se tornaram soluções quase robóticas, capazes de se posicionar com precisão nas frentes de perfuração e fazer os furos nos locais exatos, com a direção e a profundidade determinadas nos projetos. E isso, é claro, torna mais rápido o avanço da obra, diminuindo o consumo de explosivos e do concreto necessário para o revestimento das paredes do túnel. Em última análise, reduz os custos da empreitada.

ADEQUAÇÃO

Para cada tipo ou dimensão de túnel existe um jumbo mais adequado. Para túneis pequenos, com menor área na frente de perfuração (como os de mineração ou de ferrovias, que são estreitos e altos), podem ser usados modelos com um ou dois braços. Para túneis maiores (como os de rodovias e de desvios de rio, que são tão altos quanto largos), os mais indicados são os de grande porte, com três braços.

Segundo Paulo Ribeiro, gerente de negócios na área de equipamentos subterrâneos da Atlas Copco, normalmente em mineração as máquinas são mais compactas, para se adequarem ao tamanho das galerias. “A principal diferença é mesmo o tamanho do equipamento”, explica. “Dependendo das seções a serem perfuradas, os jumbos para mineração normalmente trabalham em seções de três por três metros até cinco por cinco metros, enquanto os de construção podem chegar a seções muito maiores, de acordo com o tipo de túnel a ser escavado.”

Outra diferença é o tipo de perfuratriz que equipa as máquinas. Para a construção, quando comparadas à mineração, elas tendem a ser mais potentes, pelo fato de que há menos restrições com relação à disponibilidade de energia elétrica. E o diretor comercial da Machbert, Rui Maximo da Fonseca, lembra mais uma diferença. “A bordo, os jumbos de construção requerem sistemas de controle da amplitude de escavação, que são dispositivos para evitar o excesso de movimento da rocha solta e de concreto para revestir as paredes”, explica.

Entre as características técnicas dos jumbos de perfuração que podem fazer a diferença na operação estão os sistemas computacionais e de automação embarcados. “Isso se traduz em facilidade de trabalho, gerenciamento de dados e diferentes possibilidades de automação”, explica Ribeiro. “Com isso, o operador atua como um supervisor e a máquina se autoajusta às condições de operação, o que leva a um menor custo e à otimização do processo.”

Já Ricardo Binembaum, diretor comercial da Caimex e representante no Brasil da empresa peruana Resemin, especializada na fabricação de jumbos para o mercado de mineração, pensa de maneira diferente. Ele diz que as máquinas comercializadas por sua empresa trabalham em ambientes muito mais severos quando comparados a túneis para construção. “Normalmente, os modelos usados em construção são bem maiores e podem ser totalmente controlados por sistemas computadorizados, visto que os ambientes são bem menos agressivos”, pondera. “As minas exigem equipamentos mais simples e menos sofisticados, o que é a especialidade da Resemin, com 500 deles trabalhando em todo o mundo, inclusive no Brasil.”

Segundo o especialista, os sistemas computacionais e automatizados chegam a ser uma desvantagem para os jumbos usados em mineração. “A Resemin defende o uso de equipamentos mais simples, de fácil manutenção, pois a sofisticação de elementos eletrônicos instalados em máquinas operando em ambientes severos é um limitante da sua disponibilidade mecânica”, assegura. “Itens eletrônicos as tornam vulneráveis se comparadas a controles hidráulicos diretos mais simples e mais confiáveis em locais agressivos, com alta temperatura e umidade.”

De acordo com ele, as máquinas da Resemin operam com “uma das melhores e mais potentes perfuratrizes do mercado, a Montabert modelo HC95, com 22 kw de potência, extratores e baixa manutenção”. “Nós podemos fornecer equipamentos de um ou dois braços”, detalha. “Além disso, há seis meses lançamos o menor jumbo do mercado, com apenas 1,05 m de largura, para trabalhar em seções bem pequenas, substituindo equipamentos manuais.”

Roberto Fonseca, gerente de vendas da Machbert e representante no Brasil da FRD Furukawa Latino-Americana, subsidiária da japonesa Furukawa, cita outra característica técnica que pode ser um diferencial dos jumbos. “Sem duvida, a diferença se estabelece pelo drifter (‘martelo’)”, comenta. “Nos modelos da FRD Furukawa, a tecnologia desse item é exclusiva, possuindo um sistema duplo de amortecimento que garante maior geração de energia e de distribuição de impacto sobre a rocha.”

Isso, segundo o gerente, implica em um maior avanço instantâneo de perfuração, maior vida útil do ferramental (bits, hastes, punhos e luvas) e menores temperaturas internas do drifter, gerando uma menor frequência de necessidade de manutenção preventiva. “Por isso, nossos equipamentos não necessitam de cuidados diários”, frisa.

PULL DOWN

Além dessas, o gerente de vendas da área de túneis e escavação de rochas de superfície da Sandvik, Armando Bernardes, lembra outras características técnicas importantes que um jumbo deve ter. Entre elas, o executivo cita a versatilidade no tipo de lança (trilhos por onde a perfuratriz desliza). “É preciso que tenha ainda um martelo com grande potência e um sistema de estabilização do material de perfuração, que garanta rapidez no trabalho”, explica. “O martelo deve ter alto torque de rotação, pois hoje se procura usar a própria máquina para fazer sondagem exploratória. Além disso, os braços precisam ter sistemas para a eliminação de folgas. Sem isso, a precisão dos furos fica comprometida.”

O tipo de avanço da perfuratriz – hidráulico ou de corrente – é outra característica que pode fazer diferença. Segundo o diretor técnico da FRD Furukawa Latino-Americana, Francisco Jara, a escolha de um ou outro tipo se baseia na especificidade do projeto e na aplicação do equipamento. “Preferencialmente, utiliza-se nos jumbos um cilindro hidráulico, pois ele ocupa menos espaço físico, o que facilita o movimento do braço dentro do túnel”, explica. “Pode-se obter o mesmo pull down [força de pressão aplicada à coluna de perfuração] com o cilindro ou com o motor. A diferença está no tamanho dos componentes para alcançar esse pull down.”

De acordo com ele, outras vantagens dos avanços hidráulicos são o menor número de peças e o baixo custo. Mas também há desvantagens, entre elas: menor vida útil, maior tempo de paradas devido ao desgaste de cabos de tração, limitação no pull down, que depende da sua capacidade hidráulica. “No caso da corrente, os pontos positivos são: obtenção de maior pull down e maior vida útil”, diz Jara. “Entre os negativos estão o custo mais elevado no caso de necessidade de troca do motor e o maior uso do espaço físico.”

E, aparentemente, a evolução hidráulica também tem modificado os projetos dos equipamentos. Segundo Bernardes, da Sandvik, praticamente não existem mais jumbos com corrente, por exemplo. “É uma peça que se desgasta demais”, explica. “Além disso, como vibra muito, ela tem certa flutuação, o que prejudica a vida útil do material de perfuração, ou seja, a haste e a broca.”

Na Atlas Copco, há muito o portfólio de máquinas já não inclui opções com avanço por corrente. “O hidráulico possibilita uma operação mais precisa, menor desgaste, maior facilidade de posicionamento e menor custo operacional e de manutenção”, enumera Ribeiro. Também nesse quesito, Binembaum diverge da maioria. “Experiência de campo nos dá a confiança de preferir avanços por corrente a hidráulicos”, justifica, explicando que os últimos são componentes mais caros e imprevisíveis de quebra, ao passo que com os primeiros é mais fácil prever quando se deve trocar a corrente. “Nos modelos hidráulicos, avanços com mais de 1,20 metros podem curvar os cilindros e danificar as vedações, justamente o tipo de problema que pode ser mais bem controlado no outro sistema”, enfatiza. “A única vantagem que podemos ver no avanço hidráulico é o menor número de pontos de engraxamento, que são apenas dois.”

OPCIONAIS

Normalmente, os jumbos saem de fábrica com configurações básicas, mas também podem ser equipados com acessórios opcionais. Um exemplo é o TCAD, da Sandvik. Trata-se de um sistema de monitoração da operação, que mostra na tela do operador a posição de cada haste de perfuração e a sua ação. “Com ele, é possível programar em tempo real a malha de atirantamento ou de furos”, explica Bernardes. Segundo ele, o plano de trabalho – com o local, a orientação e o comprimento de cada furo – pode ser desenhado previamente em escritório, copiado em um pen drive e transferido para o computador de bordo da máquina em campo. “Com isso, há mais precisão e eficiência no trabalho”, arremata.

Ribeiro, da Atlas Copco, diz que, no mercado brasileiro, os opcionais mais solicitados são cabine fechada com ar condicionado, sistema Ansul automático de combate a incêndio e recursos telescópicos. Já para Fonseca, da Machbert, há mais alguns itens, como dispositivos para controle de contorno e profundidade de perfuração e para acompanhamento de padrão ou diagrama de disparo.

Aplicações vão além de explosivos

Com opcionais ou não, os jumbos podem ter outras aplicações além da perfuração para colocação de explosivos. “Existem empregos específicos para os quais esses equipamentos podem ser configurados, dependendo da necessidade”, explica Paulo Ribeiro, gerente de negócios na área de equipamentos subterrâneos da Atlas Copco. “Como, por exemplo, cestas montadas em braço adicional para aplicação de tirantes, carregamento de explosivos e avanços telescópicos para furação vertical, entre outras ações.”

Nesse rol, entre as aplicações mais importantes dos jumbos, o gerente de vendas da área de túneis e escavação de rochas de superfície da Sandvik, Armando Bernardes, cita o atirantamento, que é introdução de tirantes em rochas instáveis. Ele explica que, em alguns locais ou tipos de rocha, depois de aberto o túnel há o risco de desabamento do teto ou das laterais. “Quando há essa possibilidade, é preciso colocar tirantes, que são vergalhões de aço, no teto e nas paredes do túnel”, diz. “Para isso, usa-se o equipamento para fazer os furos, nos quais os tirantes são colocados. Em seguida, os furos são preenchidos com calda de cimento, com os vergalhões lá dentro. Isso estabiliza a rocha, evitando o desmoronamento.”

Além disso, os jumbos podem ser usados para a realização de perfurações exploratórias. Isso é feito quando há a suspeita, detectada após estudo geológico da área, de que pode haver uma falha na rocha por onde o túnel será perfurado. “Nesse caso, são feitos furos longos, que podem ter 15 ou até 25 metros”, explica Bernardes. À medida que a perfuração vai sendo realizada, descreve o especialista, o sistema TCAD pode gravar vários parâmetros, como pressão de percussão, avanço e água de limpeza. “Também é possível monitorar a velocidade de penetração e o sistema de anti-encravamento”, afirma. “Com esses dados, pode se saber exatamente onde está a falha e definir sua dimensão e posição no espaço.”

 

 

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