Túnel de mineração

Uma das maiores máquinas tuneladoras da América do Sur, utilizada em mineração, está trabalhando no Chile. Trata-se do Projeto Construção Túnel Sul - Los Bronces, que nasce como uma necessidade da empresa de mineração Anglo American para contar com um acesso permanente para sondar a futura Jazida Sulfatos. Para alcançar esse objetivo, "decidiu-se aplicar uma tecnologia de ponta que apresentava as melhores condições de segurança e prazos de execução por meio da escavação mecanizada utilizando uma "máquina tuneladora" ou Tunnel Boring Machine, conhecida como TBM", comenta Vicente Irarrázaval, vice-presidente de explorações da Anglo American.

"Atualmente, com esta mesma tecnologia estão construindo túneis no México (8,7 m de diâmetro), Venezuela (5,85 m de diâmetro), Panamá (9,73 m de diâmetro), Equador (9 m de diâmetro), entre outros países latino-americanos, mas sempre aplicada a obras civis, enquanto que a TBM do Túnel Sul é uma das maiores tuneladoras que está trabalhando para a mineração na América do Sul", acrescenta.

A construção do túnel significará um acesso permanente e seguro para a avaliação do projeto Sulfatos, evitando os inconvenientes climáticos próprios da alta cordilheira. O túnel tem 8.125 m de longitude e sua construção está sendo feita desde um portal localizado a 3.608 m sobre o nível do mar. Está sendo criado por um único lado, portanto se trata de um túnel que não sai à superfície.

Os custos de aplicar essa tecnologia? "Dependem da longitude do túnel a ser escavado, sendo aproximadamente de US$8.500/ml (metro linear) para túneis na ordem de 12 quilômetros, e de US$10.000/ml em túneis de oito quilômetros", explica o executivo.

A tecnologia

O equipamento possui uma tecnologia de escudo duplo universal, com um diâmetro de 4,5 m e 90 m de longitude. Está composto por três setores: 1. Cabeça de Corte, Escudo Dianteiro e Escudo Telescópico. 2. Escudo de Grippers e Eretor de Aduelas e 3. O back up (parte traseira), composto por sete carros ferroviários onde se encontram instalados os equipamentos que tornam possível seu funcionamento. Apesar de que estes segmentos compõem a TBM como um todo, quando a tuneladora avança, as três partes não se movimentam de maneira simultânea, ficando adiado o avanço do Escudo de Grippers e Eretor de Aduelas para uma sequência posterior do ciclo.
A TBM escava através da geração de círculos concêntricos na parte dianteira do túnel, produzidos pela penetração na rocha dos 28 cortadores de cabeça de corte, que por sua vez são empurrados por oito cilindros de impulso principal (hidráulicos), gerando contra a parte dianteira uma força total de 8.700 kN (quilo newton). Como forma de gerar a "reação" necessária para esta força, a tuneladora é acoplada lateralmente ao túnel já escavado, através de duas garras.

A penetração dos cortadores vai gerando "fissuras" na rocha, cada vez mais profundos, à medida que impulsam os cilindros de impulso principal, até que é gerado o rompimento da rocha entre duas fissuras consecutivas, desgrudando uma lâmina chamada chip. Cada cortador tem potência para cortar cinco toneladas. Os chips são capturados por quatro caçambas ou pás que têm a cabeça de corte quando giram no sentido horário, e são esvaziados em uma caixa que passa seu conteúdo a uma correia transportadora da tuneladora.

No carro N°7, o material que circula na correia TBM é passado a outra correia fixada ao túnel já terminado, encarregada de levar o material até a superfície, material que é armazenado em um lugar de coleta na saída do portal. A máxima potência do sistema é gerada quando a TBM está escavando e avançam os cilindros de impulso principal. É durante essa operação que os setores 1 e 3 se deslocam à velocidade de penetração desses cilindros. Cada ciclo de escavação é de 1,40 m, uma vez terminado, são recolhidas as garras e cilindros de impulso principal, ficando a postos para iniciar um novo ciclo de escavação. Essa operação é conhecida como regripping e é durante esse momento que o setor 2 avança os 1,40 m escavados. A TBM foi desenhada para instalar o reforço, parafusos e malha, paralelamente à escavação, ganhando tempo no ciclo global, e o reforço é feito precisamente no setor 2.

Para se locomover, a máquina se apoia dependendo do setor. "O setor 1 se apoia diretamente sobre a rocha escavada; o setor 2 em forma independente sobre a estrutura da TBM na área do setor 1 e o setor 3 sobre trilhos de aço, nos quais se apoiam e fixam as aduelas de solo, elementos pré-fabricados de concreto armado", detalha Irarrázabal.

Da mesma forma, em cada setor da máquina existe pessoal especializado. No eretor de aduelas trabalham seis operários; três instalando as aduelas de solo e três no reforço; no Back Up (parte traseira) trabalham 12 pessoas, entre as quais estão o operador da TBM, o operário mecânico e eletrônico da máquina e pessoal de apoio, como elétricos, mecânicos, soldadores, supervisores, encarregados da entrada de materiais e de prolongar a correia transportadora.

Trabalhos no túnel

De fabricação italiana, seu design e montagem foram feitos no Chile. O fabricante SELI, montou a TBM em suas oficinas mecânicas próximas a Roma e conectou as principais peças, com o objetivo de fazer uma checagem completa, o que melhorava a resposta ante uma falha grave de operação que fora detectada durante os testes.

Após ser recebida em Roma, foi desmontada e enviada ao Chile por via marítima, dividida em mais de 90 caixas. Ao chegar ao Chile, foram transportadas do porto de Valparaíso até a Divisão Los Bronces e então ao portal do túnel, localizado a 3.608 m de altura, com temperaturas de até -25ºC, caminhos cortados pela neve e um acesso estreito e desalinhado com relação ao seu eixo.

O portal de acesso ao túnel foi construído na ladeira de um morro, pelo que não existia espaço suficiente para fazer a montagem do equipamento no exterior, o que é comum que aconteça em projetos parecidos, sendo necessário iniciar as escavações com o método Drill & Blast e construir uma caverna subterrânea, de 8,60 x 6,80 x 95 m, para montar finalmente a máquina, e continuar o túnel, a partir de então, aplicando a TBM. Desde o início, até os 500 metros, os operários tiveram que atravessar uma rocha fissurada. Para solucionar esse problema, o consórcio construtor responsável pelo projeto, o Dragados-Besalco, aplicou concreto projetado e aduelas metálicas. Depois dos 500 metros, o reforço foi executado com parafusos e malha Acma, que deixam a superfície do túnel exposta. Diante da má qualidade do terreno, o trabalho foi terminado com escavadeira e martelo picador, para evitar possíveis desmoronamentos do teto do túnel. Foram 185 metros escavados com perfuração tradicional junto com equipamento manual.

Outra meta. A aplicação da TBM é uma tecnologia nova no país, de fato, este projeto é o segundo aplicado em túneis mineradores. A primeira experiência com TBM aconteceu no túnel do aqueduto Rio Blanco, em El Teniente, em 1993. Foi escavado um túnel de 4,6 metros de diâmetro e 11 km de comprimento e o trabalho foi realizado por meio de uma tuneladora em uma longitude de 10 km e 1 km com método tradicional.

Frente a essa escassa experiência, "não existiam especialistas em sua operação e manutenção. Por essa razão, dentro do alcance da compra da TBM, foi incluído que a operação, a manutenção e os consertos estivessem sob responsabilidade do fabricante SELI", explica Irarrázabal.

Desmontagem da TBM

A TBM alcançou uma média de rendimento de avanço nos últimos meses de 22 m por dia, sendo que o recorde foi de 36,9 m diários (no entanto, no dia domingo 23 de janeiro de 2011, foram escavados 46,1 metros durante o dia) e, até o momento "levamos 6.243 metros dos 7.917 metros contemplados", confirma o executivo.

Uma vez concluída a construção do túnel, o próximo objetivo será a desmontagem e a retirada da TBM. "Estão sendo estudadas várias alternativas relativas à desmontagem, que está prevista para começar em dezembro de 2011. É um desafio técnico já que se trata de um túnel pequeno e deve-se deslocar a TBM de ré, passar por setores com suportes de frames de aço, tubulações metálicas de ventilação, refúgios e correia transportadora.

Tirar a parte traseira não é tão complicado, já que são carros independentes que podem ser rebocados pela ferrovia; porém, da TBM é necessário desacoplar a cabeça, escudos, motores, cilindros, cujo manuseio, tanto em volume como em peso, requerem instalações adicionais", comenta o executivo da Anglo American.

Por essa razão é que seu desenho considerou que a cabeça de corte fosse composta de duas partes, as quais são "acopláveis", o que permitirá sua retirada uma vez que a máquina seja desmontada, tarefa que estará sob a responsabilidade do fabricante. Um acontecimento pioneiro para a construção de túneis no Chile.