A utilização de caminhões fora de estrada corresponde a um dos modais de transporte mais utilizados na mineração para transporte de minérios e rejeitos das frentes de lavra para os britadores, estando presente nas grandes mineradoras. Os caminhões fora de estrada apresentam alta capacidade de carga e grande flexibilidade para alterar os trajetos frente as movimentações de lavras, característica que não está presente nos demais meios de transporte de minério, tais como: transportadores de correia, minerodutos e outros. Na Figura 1 está apresentado como exemplo o caminhão Liebherr T284, com capacidade de transporte de 363t.

Para que se obtenha os benefícios deste modal de transporte, torna-se necessário que os caminhões apresentem uma boa confiabilidade operacional. Na parte estrutural dos caminhões, os chassis são os componentes mais críticos, tendo em vista sua função de suportar todas as cargas de material e subsistemas do equipamento. Na Figura 2 está apresentado como exemplo o chassi do caminhão fora de estrada Liebherr T284.

A indústria de mineração tem feito amplo uso da tecnologia para gestão de seus ativos, utilizando-se de sistemas de medições experimentais (instrumentação) e análises numéricas computacionais de esforços mecânicos. 

Essas informações podem ser utilizadas para estimar: a vida útil do equipamento, planos de manutenção mais assertivos, alterações estruturais pontuais visando aumento da vida útil em pontos de criticidade alta. 

Os esforços atuantes nesta estrutura do chassi são influenciados pelas cargas estáticas e dinâmicas durante a operação. As cargas estáticas podem ser determinadas a partir da geometria do chassi e dos dados de massa e posição de cada componente do equipamento. Já os carregamentos dinâmicos apresentam uma maior complexidade de determinação, sendo de difícil previsão por meio de modelos analíticos ou mesmo modelos computacionais.  

Os Caminhões fora de Estrada são exemplos de equipamentos que estão sujeitos a carregamentos estáticos e dinâmicos. Ou seja, para determinação das tensões atuantes durante o ciclo de operação recomenda-se a utilização de técnicas de medições experimentais (ou instrumentação). A técnica mais utilizada pra medições de deformações/tensões mecânicas é a extensometria.

Metodologia

A metodologia empregada para a avaliação do chassi pode ser dividida nos seguintes tópicos: 

• Levantamento de campo dimensional e modelagem geométrica;
• Elaboração do modelo computacional pelo método dos elementos finitos;
• Determinação das cargas teóricas atuantes no chassi;
• Estudo de casos de carregamento;
• Medição experimental de deformações/tensões mecânicas, por extensometria;
• Correlacionar as operações realizadas pelo equipamento com os dados medidos;
• Análise dos dados experimentais coletados;
• Calibração do modelo computacional em elementos finitos;
• Identificação de pontos críticos e avaliação da vida em fadiga.

Inicialmente realiza-se um levantamento de campo para obtenção do modelo geométrico do chassi. Utiliza-se técnicas de escaneamento 3D e medições de espessura, sendo posteriormente elaborado o modelo 3D em um programa CAD.

Paralelamente, realiza-se um levantamento das cargas inerciais atuantes no chassi (massa dos sistemas adjacentes) e dinâmicas, devido à movimentação do equipamento. Nesta etapa consulta-se as folhas de dados do fabricante (Datasheet). 

Com o modelo CAD 3D em mãos, elabora-se um modelo numérico pelo método dos elementos finitos, a fim determinar a distribuição de tensões mecânicas no chassi e identificar os pontos em que ocorrem maiores solicitações mecânicas e/ou concentração de tensões.

Baseado no resultado de tensões do modelo computacional, é realizado um plano para medição experimental de deformações mecânicas nos pontos mais críticos do chassi. A medição pode ser realizada através da técnica de extensometria, com o intuito de levantar os ciclos de tensões mecânicas durante a operação do equipamento.

Para referenciar os eventos medidos com as respectivas coordenadas geométricas torna-se importante a utilização de módulos GPS para medição da posição do caminhão ao longo das viagens de medição. Por meio deste dispositivo obtém-se também as velocidades desenvolvidas. 

Com os resultados das medições realiza-se uma análise de vida em fadiga para os pontos mais solicitados. Além disso, a partir dos dados coletados em campo pode-se calibrar o modelo computacional inicial, a fim de expandir o estudo de fadiga para todas as partes da estrutura em estudo.

Na figura abaixo está apresentado um fluxograma resumindo as etapas de metodologia que compõe o estudo de avaliação de vida em fadiga da estrutura do presente estudo. Etapas adicionais podem ser incluídas, dependendo do objetivo dos estudos, sendo as sequências apresentadas uma composição geral.

Os caminhões fora de estrada representam atualmente um dos principais modais de transporte da lavra de mina em complexos de mineração. O desenvolvimento de novas tecnologias permite um melhor monitoramento destes ativos e, em conjunto com sistemas de controle de tráfego automatizados, podem fornecer um adequado conjunto operacional de alta eficiência. Destaca-se, porém, que, para atingir tal objetivo, deve-se garantir boa confiabilidade destes equipamentos. O chassi, por ser a estrutura principal deste ativo, deve-se implementar metodologias que permitam identificar a condição de operação e entender o comportamento mecânico para previsão de vida útil e falhas estruturas.

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