desmonte de rochas
TRANSCRIPT
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
DESMONTE DE ROCHAS DE ABERTURAS SUBTERRNEAS
EM ZONAS SENSVEIS S VIBRAES
GABRIEL GOMES SILVA1, VIDAL FLIX NAVARRO TORRES
2
1 Universidade Federal de Gois UFG [email protected];
2Universidade Tcnica de Lisboa UTL e Universidade Federal de Gois UFG [email protected]
RESUMO: Com o crescimento urbano acelerado, torna-se frequente a realizao de obras que necessitam do
uso de explosivos, como imploses de infraestruturas ultrapassadas e o avano de mineraes ou abertura de
galerias prximas a complexos urbanos e zonas sensveis, logo, surgem problemas intrnsecos a esta atividade,
como os efeitos secundrios das detonaes, que geram desconforto na populao das reas vizinhas e tambm
podem causar grandes danos s estruturas. Sabendo disso, profissionais responsveis por este segmento
objetivam caracterizar um modelo ideal de desmonte, no qual os efeitos secundrios no afetem as reas
circundantes, de modo a permanecer dentro de um limite estabelecido pelas normas vigentes no pas. Para
realizar a preveno e controle das vibraes, principal efeito das detonaes, uma das metodologias utilizadas
estabelecer a lei de propagao da vibrao das partculas, qual est em funo da carga de explosivo utilizada
e da distncia do ponto de medio at o ponto de detonao. Com a elaborao desta dissertao, pretende-se fazer exatamente o pressuposto acima, ou seja, a caracterizao dinmica de macios rochosos, sob a ao de
detonaes, recorrendo s habituais correlaes estatsticas, mediante a tcnica de regresso linear mltipla com
uso do programa MLINREG.BAS. Os resultados do programa permitem a obteno de informaes para a
determinao da lei de propagao da velocidade de vibrao das partculas, logo, torna-se possvel determinar a
carga mxima por retardo necessria e a idealizao de um diagrama de fogo para a rea estudada, feito com uso
do programa TUNNPLAN v1.17, permitindo assim reduzir os nveis de perturbao e os demais impactos
gerados pelas detonaes.
PALAVRAS CHAVE: vibraes; velocidade de vibrao pico; carga explosiva mxima; detonao controlada.
1. INTRODUO
O desmonte de rochas a tcnica de escavao
mais amplamente adotada em vrios ramos da indstria de minerao e construo, pois
econmica, confivel e segura. amplamente
utilizada na indstria extrativa, escavaes, trincheiras, tneis e grandes obras
subterrneas.
Entre vrios efeitos secundrios de um
desmonte de rochas com uso de explosivos, a vibrao induzida no contorno da escavao
gerada pela onda de choque aps a exploso
merece ateno especial. O fenmeno da vibrao dura um tempo muito curto (algumas
dezenas de milissegundos) por evento, aps
isso a rocha volta a suas condies iniciais. Em alguns casos a detonao de cargas
explosivas podem causar danos a regies
circunvizinhas (edifcios, pontes, etc.), porque
a vibrao transmitida atravs do terreno pode atingir valores altos. Em tais casos,
necessrio dimensionar a carga explosiva
mxima admissvel de forma que as detonaes sejam controladas, e assim, evitar
danos ou incomodidade humana.
Uma vez conhecida a lei de propagao de
vibrao de partculas no meio rochoso,
atravs de uma campanha de medies de
vibrao, distncia e carga explosiva no campo, necessrio determinar a vibrao
mxima permissvel usando as normas em
vigor e calcular a carga mxima que no provoque danos nem incomodidade das
pessoas.
A adoo de critrios ou nveis de preveno
das vibraes frequentemente uma tarefa delicada, que exige o reconhecimento rigoroso
dos mecanismos que intervm nos fenmenos
dos desmontes e das respostas das estruturas. Um critrio arriscado pode levar a apario de
danos e imperfeies, entretanto uma postura
conservadora pode dificultar e inclusive paralisar o desenvolvimento da atividade
mineira ou de obra civil com explosivos.
Logo, com base nas metodologias utilizadas
neste trabalho percebe-se que possvel mensurar e controlar de maneira eficaz os
impactos ambientais e sociais resultantes do
uso de explosivos em atividades relacionadas com detonaes, mantendo nveis de segurana
aceitveis. Alm disso, a realizao de um
adequado dimensionamento dos parmetros do
diagrama de perfurao e desmonte uma
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
tarefa fundamental para que haja uma
mitigao ou reduo dos efeitos das
detonaes em zonas sensveis.
2. DESMONTE DE ROCHAS E
VIBRAES INDUZIDAS
O desmonte de rochas com explosivos continua sendo o mtodo mais barato de
fragmentao de rochas pouco friveis, no
entanto, o custo associado ao dano causado pelo desmonte em termos de segurana e
produtividade de minas e obras est se
tornando cada vez mais importante. Danos
devido detonao de rocha esto diretamente relacionados com o nvel de estresse infringido
na rocha e suas condies antes da detonao.
Em ambientes prximos s zonas urbanas ou ambientes sob condies geolgicas
desfavorveis, distrbios associados com
desmontes podem resultar na necessidade de um amplo e extensivo controle das condies
do terreno, alm de problemas de vibrao
terrestre, rudos, perturbao humana, etc, o
que pode gerar custos adicionais empresa ou at inviabilizar e paralisar suas atividades.
Devido gravidade dos danos gerados pelas
operaes de desmonte com uso de explosivos fundamental predizer, monitorar e controlar
seus efeitos adequadamente, pois estes
impactam diretamente a economia da maioria
das operaes de desmonte. Ser muito conservativo em relao aos nveis de vibrao
no planejamento dos trabalhos de desmonte
pode aumentar os custos consideravelmente, enquanto que ser muito liberal pode resultar
em danos e distrbios nas zonas prximas,
custos legais e reinvindicaes que podem mudar o saldo de lucro da empresa de positivo
para negativo.
De acordo com Hartman (1992), o
monitoramento e controle dos efeitos das detonaes perto de massas rochosas instveis,
instalaes ou estruturas depende de duas
consideraes principais. Primeiro, o diagrama de fogo deve ser planejado de modo a reduzir a
carga de explosivos a detonar por evento e
tambm ajustar a sequncia de iniciao de modo a reduzir as vibraes resultantes e os
demais distrbios. Em segundo lugar, as cargas
de explosivo detonadas por volume de rocha e
o padro de detonao devem ser ajustados para assegurar uma fragmentao adequada.
Portanto, ao mesmo tempo, a sequncia de
iniciao tem de estar separada no tempo, mas
no no espao.
H um projeto ideal, que atinge ambos os
objetivos de controle de distrbios e produo de fragmentao adequada. Este s pode ser
alcanado atravs de uma compreenso
adequada das propriedades fsicas da massa rochosa e sua resposta estrutural frente aos
efeitos da detonao e da interao entre a
fragmentao da rocha e do desenho do diagrama de fogo.
Uma das etapas fundamentais para o estudo e
controle das vibraes geradas nos desmontes
por explosivos a determinao das leis que governam sua atenuao nos distintos meios
em que ir se propagar, alm de uma adequada
anlise e conhecimento dos parmetros que afetam suas caractersticas.
2.1 Variveis que afetam as caractersticas das vibraes
As principais variveis que afetam as caractersticas das vibraes so praticamente
as mesmas que influem sobre os resultados dos
desmontes de rocha, sendo classificadas em dois grupos, aquelas que podem ser
controladas ou no controladas no processo
pelos responsveis e especialistas pelo
desmonte (Jimeno, 2004). A seguir tm-se uma breve apresentao das
principais variveis que afetam as
caractersticas das vibraes no desmonte de rocha com explosivos, segundo Jimeno,
(2004).
a) Geologia local e caractersticas das rochas:
A geologia local de contorno e as
caractersticas geomecnicas das rochas tem uma grande influncia sobre as vibraes.
Nos macios rochosos homogneos e massivos
as vibraes se propagam em todas as direes, mas em estruturas geolgicas complexas, a
propagao das ondas pode variar com a
direo e, por conseguinte, apresentar
diferentes ndices de atenuao ou leis de amortizao.
A presena de solos de recobrimento sobre
substratos rochosos afeta, geralmente, a intensidade e frequncia das vibraes. Os
solos possuem mdulos de elasticidade
inferiores ao das rochas e por isso as
velocidades de propagao das ondas
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
diminuem nesses materiais. A frequncia de
vibrao, f, tambm diminui, mas o
deslocamento, A, aumenta significativamente
medida que a espessura de revestimento maior.
A magnitude das vibraes a grandes
distncias decresce rapidamente se existe material de revestimento, pois grande parte da
energia consumida para vencer o atrito entre
as partculas e os grandes deslocamentos destas.
Em pontos prximos a falhas, as caractersticas
das vibraes so afetadas por fatores de
desenho do diagrama de fogo e da geometria do mesmo.
Para grandes distncias do local de escavao,
os fatores de desenho so menos crticos, sendo as caractersticas das ondas nos meios
rochosos de transmisso e os solos de
revestimento fatores dominantes. Os materiais superficiais interferem nas
caractersticas de onda fazendo com que estas
tenham maior durao e frequncias mais
baixas, aumentando assim a resposta e o dano potencial a estruturas prximas.
b) Peso da carga operante: A magnitude das vibraes terrestres em um
determinado ponto varia segundo a carga de
explosivo que detonada e a distncia deste
ponto ao local da detonao. Em um desmonte onde se empregam mais de um tipo de
detonador, a maior carga por retardo a que
influi diretamente na intensidade das vibraes e no a carga total empregada no desmonte,
isto ocorre desde que o intervalo de retardo
seja suficientemente grande para que no existam interferncias construtivas entre as
ondas geradas por distintos grupos de furos.
Quando no desmonte existem vrios furos com
detonadores que possuem o mesmo tempo de retardo nominal, a carga mxima operante
geralmente menor que a total, devido
disperso nos tempos de sada dos detonadores empregados. Por isso, para determinar a carga
operante, se estima uma fraco da quantidade
total de cargas iniciadas por detonadores com mesmo retardo nominal.
c) Distncia ao ponto de desmonte: A distncia a partir da rea de detonao tem, assim como a carga de explosivos, uma grande
importncia sobre a magnitude das vibraes.
Conforme a distncia aumenta a intensidade
das vibraes diminui de acordo com a
equao:
(1)
Onde o valor de b, segundo o U.S. Bureau of
Mines da ordem de 1,6 (Jimeno, 2004).
Outro efeito da distncia est relacionado
atenuao das componentes da onda de alta frequncia, devido ao solo atuar como um
filtro. Assim, a grandes distncias da zona de
detonao, as vibraes do terreno contm mais energia na faixa de baixas frequncias
(Figura 1).
Figura 1. Modificao das vibraes ao
propagarem-se por terrenos de diferentes estruturas
e caractersticas (Jimeno, 2004).
d) Consumo especfico de explosivo: Outro aspecto interessante o que se refere ao
consumo especfico de explosivo. Frente a problemas de vibraes, alguns blasters
1
decidem por reduzir o consumo especifico de
explosivo no desmonte, o que em certas
situaes pode influir de maneira oposta desejada.
H registros de desmontes em que a
diminuio do consumo especifico de explosivo em 20% com relao ao nvel timo
1 Tcnico legalmente registrado
responsvel por supervisionar ou executar o plano
de fogo, operaes de detonao e atividades
correlatas.
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
fez com que os nveis de vibrao medidos
fossem multiplicados por 2 ou 3, como
consequncia do grande confinamento e m
distribuio espacial do explosivo que originam uma falta de energia para
movimentar e empolar a rocha fragmentada
(Jimeno, 2004). A Figura 2 mostra a influncia do consumo
especifico em situaes extremas e prximas
ao nvel timo de utilizao em desmontes superficiais em banco.
Figura 2. Influncia do consumo especfico de
explosivo na intensidade de vibrao
(Jimeno, 2004).
e) Tipos de explosivos: Existe uma correspondncia entre as
velocidades de partcula e as tenses induzidas
nas rochas, e tal constante de
proporcionalidade a impedncia do meio rochoso. Assim, a primeira consequncia
prtica que aqueles explosivos que geram
presses de furo mais baixas provocam nveis de vibrao inferiores. Estes explosivos so os
de baixa densidade baixa velocidade de
detonao, por exemplo, o ANFO.
Nos estudos de vibrao, se explosivos de potncias muito variadas forem utilizados, as
cargas devem ser normalizadas a uma de um
explosivo padro de potncia conhecida (normalmente utiliza-se o ANFO como
explosivo de referncia, devido ao seu maior
uso).
f) Tempos de retardo: O intervalo de retardo entre a detonao de
furos em um desmonte pode referir-se tanto ao tempo de retardo nominal quanto ao tempo de
retardo efetivo.
O primeiro a diferena entre os tempos nominais de iniciao, enquanto o tempo de
retardo efetivo a diferena de tempos de
chegada de pulsos gerados pela detonao dos
furos iniciados com perodos consecutivos. No
simples caso de uma fila de furos estes
parmetros esto relacionados pela seguinte expresso:
(2)
Onde:
= tempo de retardo efetivo; = tempo de retardo nominal; S = espaamento entre furos;
VC = velocidade de propagao das ondas ssmicas;
= ngulo entre a linha de propagao de detonao e a posio do equipamento de
registro.
Um mtodo bastante eficaz para se diminuir as
vibraes a insero de cargas inertes2 entre as cargas de explosivo, possibilitando que cada
cartucho de explosivo seja iniciado com um
tempo de retardo especfico, o que diminui a
carga detonada por evento.
Figura 3. Mtodo de desmonte alternativo, onde
cada carga de explosivo iniciada com especfico
tempo de retardo (autoria prpria).
g) Variveis geomtricas do plano de fogo:
A maioria das variveis geomtricas do diagrama de fogo possui considervel
influncia sobre as vibraes geradas. Abaixo
segue uma breve descrio das mesmas (Jimeno, 2004):
2 Cargas com baixa energia de ativao e
que no reagem com o explosivo, podendo ser
materiais como serragem, brita, material mido, etc.
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Dimetro de perfurao: o aumento do
dimetro de perfurao influncia de maneira
negativa, pois a quantidade de explosivo por furo proporcional ao quadrado do dimetro,
resultando em algumas ocasies, cargas
operantes muito elevadas; Afastamento e espaamento: se o
afastamento excessivo os gases da exploso
encontram resistncia para fragmentar e deslocar a rocha e parte da energia do
explosivo se transfora em energia ssmica
aumentando a intensidade das vibraes. Este
fenmeno tem sua manifestao mais clara em desmontes de pr-corte, onde o confinamento
total e se pode registrar vibraes de ordem de
at 5 vezes superiores as de um desmonte convencional em banco.
Se a dimenso do afastamento reduzida os
gases escapam e expandem para frente livre a uma velocidade muito alta, impulsionando os
fragmentos de rocha e projetando-os de forma
descontrolada, provocando ainda um aumento
de rudo e de onda area. Em relao ao espaamento, sua influncia
semelhante ao do parmetro anterior e
inclusive sua dimenso depende do valor do afastamento.
Tamponamento: se a altura do tampo
excessiva, podero ocorrer problemas na
fragmentao, isto devido ao aumento do confinamento, podendo dar lugar a maiores
nveis de vibrao.
Inclinao dos furos: os furos inclinados permitem um melhor aproveitamento da
energia no nvel do piso, conseguindo
inclusive uma reduo das vibraes, isto para desmontes superficiais.
Desacoplamento: relao entre o dimetro da
carga e dimetro do furo.
Dimenso do desmonte: as dimenses dos desmontes so limitadas, por um lado, pela
necessidade de produo, e por outro, pelas
cargas mximas operantes determinadas nos estudos de vibrao a partir das leis de
propagao, tipos de estruturas a proteger e
parmetros caractersticos dos fenmenos perturbadores.
2.2 Caractersticas das vibraes terrestres
A seguir segue alguns aspectos tericos a
respeito da gerao e propagao das vibraes
produzidas nos desmontes de rochas, porm
preciso indicar que se trata de uma mera
aproximao do problema, pois os fenmenos
reais so muito mais complexos devido
superposio de diferentes tipos de ondas e mecanismos modificadores destes.
a) Tipos de ondas ssmicas geradas: As vibraes dos terrenos geradas nos
desmontes por explosivos se transmitem
atravs dos materiais como ondas ssmicas cuja frente se desloca radialmente a partir do ponto
de detonao. As distintas ondas ssmicas se
classificam em dois grupos: ondas internas e ondas superficiais, de acordo com a Figura 4.
O primeiro tipo de onda interna so as
denominadas Primrias ou de Compresso - P. Estas ondas se propagam dentro dos materiais, produzindo alternadamente
compresses e rarefaes e dando lugar a um movimento das partculas na direo de
propagao das ondas. So as mais rpidas e
produzem troca de volumes, sem troca de
forma, no material atravs do qual se movimentam.
O segundo tipo constitudo das Ondas Transversais ou de Cisalhamento - S, que do lugar a um movimento das partculas
perpendicular a direo de propagao da
onda. A velocidade das ondas transversais est
compreendida entre a das ondas longitudinais e a das ondas superficiais e os materiais
submetidos a esses tipos de onda
experimentam trocas de forma e no de volume.
Figura 4. Ondas de compresso (P) e cisalhamento
(S), (Jimeno, 2004).
As ondas do tipo superficial que so geradas pelos desmontes de rochas so: as Ondas
Rayleigh-R e as Ondas Love-Q. Outros tipos
de ondas superficiais so as ondas Canal e as
Ondas Stonelly.
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
As ondas Rayleigh impem s partculas um
movimento segundo a trajetria elptica, com
um sentido contrrio ao de propagao da
onda. As ondas Love, mais rpidas que as Rayleigh, do lugar a um movimento de
partculas na direo transversal s de
propagao. Como as ondas viajam com velocidades
diferentes e o nmero de retardos nos
desmontes pode ser grande, as ondas geradas se superpem umas com as outras no tempo e
no espao, resultando movimentos complexos
cuja anlise requer a utilizao de geofones e
equipamentos captadores dispostos segundo as trs direes: radial, vertical e transversal.
(Segundo a Figura 5).
Figura 5. Registro de ondas (Jimeno, 2004).
Segundo Jimeno, 2004, apud Miller e Pursey,
1955, as ondas Rayleigh transportam entre 70 e 80% da energia total, sendo que no manual de
desmonte de Du Point diz-se que estes tipos de
ondas dominam o movimento da superfcie do terreno a distncias de detonaes de vrias
centenas de metros, e dado que muitas
estruturas e edificaes no entorno das
explotaes se encontram a distncias superiores 500 metros, so as ondas Rayleigh
as que constituem um maior risco potencial de
danos.
b) Parmetros das ondas: A passagem de uma onda ssmica por um meio
rochoso produz em cada ponto deste um movimento que se conhece por vibrao.
Uma simplificao para o estudo das vibraes
geradas pelos desmontes consiste em considerar estas como ondas do tipo senoidal
(Figura 6).
Figura 6. Movimento harmnico da onda (Person,
1994).
Importa ento referir sucintamente os
parmetros que caracterizam as ondas (Louro, 2009, apud Bernardo, 2004):
Amplitude (A) magnitude da afetao de uma partcula, a partir da sua
posio de repouso (pode ser expressa sob a
forma de um deslocamento, de uma velocidade
ou de uma acelerao); Deslocamento (y) espao percorrido por uma partcula, quando excitada pela onda;
Velocidade de vibrao (v) deslocamento das partculas, causado pela
passagem da onda, por unidade de tempo;
Acelerao (a) variao da velocidade das partculas, por unidade de
tempo;
Perodo (T) tempo necessrio para completar um ciclo;
Comprimento de onda () comprimento de um ciclo completo;
Frequncia (f) nmero completo de oscilaes ou ciclos por segundo. A frequncia
o inverso do perodo T.
c) Atenuao geomtrica: A densidade de energia na propagao de
pulsos gerados pela detonao de uma carga
explosiva diminui conforme as ondas encontram ou afetam maiores volumes de
rocha. Dado que as vibraes compreendem
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
uma combinao complexa de ondas, parece
lgico considerar certos fatores de atenuao
geomtrica para cada um dos distintos tipos.
d) Amortizao inelstica: Na natureza, os macios rochosos no
constituem, para a propagao das vibraes, um meio elstico, istropo e homogneo. Pelo
contrrio, aparecem numerosos efeitos
inelsticos que provocam uma perda de energia durante a propagao das ondas, que se soma a
devida atenuao geomtrica.
So numerosas as causas desta atenuao
inelstica, tendo cada uma delas diferentes graus de influncia (Jimeno, 2004):
Dissipao da matriz inelstica devido movimento relativo nas superfcies
intercristalinas e planos de descontinuidade;
Atenuao em rochas saturadas devido o movimento do fluido em relao matriz;
Fluxo no interior das rachaduras; Difuso das tenses induzidas por volteis absorvidos; Reflexo em rochas porosas ou com grandes vazios;
Absoro de energia em sistemas que experimentam trocas de fase, etc.
e) Interao das ondas elsticas: A interao das ondas ssmicas no tempo e no espao pode dar lugar a uma concentrao ou
focalizao, proporcionando valores de
atenuao maiores ou menores que os teoricamente calculados.
A topografia e a geometria das formaes
geolgicas podem conduzir a reflexo e a concentrao das frentes de ondas em
determinados pontos.
De acordo com o que se precede, com intuito
de reduzir os efeitos da transmisso ou os efeitos secundrios potenciais nos registros
preciso que as medidas se efetuem no campo
direto do desmonte, ou seja, na zona prxima, entre o local de desmonte e as zonas sensveis
onde se quer reduzir os efeitos das vibraes,
como instalaes e estruturas.
2.3 Estimao das leis de vibrao
As rochas no so um meio isotrpico, muitas
vezes sendo difcil prever o nvel de vibrao a
uma dada distncia, logo a determinao das leis que governam a atenuao das vibraes
nos distintos meios em que ela se propaga
essencial para um adequado controle e estudo
de suas propriedades, a fim de se evitar quaisquer danos ambientais e sociais.
Na maioria dos casos, a velocidade mxima de
partcula (mm/s) usada para expressar quais os nveis de vibrao que estruturas podem
suportar sem sofrerem danos em reas de
detonaes. Algumas investigaes mostraram que a relao emprica entre velocidade da
partcula (v), peso da carga de explosivo (Q) e
a distncia (D) :
(
) (3)
Onde a constante k e variam com as condies das fundaes, geometria do plano de fogo e tipo de explosivos.
Para usar a equao emprica para predizer
com segurana o nvel de vibrao para uma determinada distncia, as constantes k e devem ser determinadas por testes de
detonao na vizinhana onde sero realizados os desmontes de rocha, o que permite
determinar as propriedades de transmisso da
rocha e a carga permitida, assim, qualquer
possvel dano em estruturas prximas rea podem ser prevenidas.
Nos testes a intensidade real de vibrao
registrada (ex. o valor da velocidade mxima de vibrao da partcula) e os valores medidos
plotados em diagramas log-log (Figura 7 - a).
A linha de regresso desenhada atravs do nmero de pontos discretos.
Como parte da anlise de riscos, uma
investigao deve ser feita na rea vizinha por
equipamentos sensveis vibrao e o nvel mximo de vibrao para estruturas sensveis
prximas deve ser determinado. Este nvel
(critrio de dano) ento plotado em um diagrama e a interseo entre este critrio de
dano e a linha de regresso dar o mais baixo
valor de permitido para ser usado (Figura 7 - b). Para cada distncia tem-se ento
a determinao de um nico peso de carga que
no deve ser excedido.
-
Figura 7. Adaptao da linha de regresso em um diagrama log-log (a) e determinao do menor valor de D/
a ser usado (b) (Person, 1994).
Para encontrar a melhor linha de regresso,
para as variveis, deve-se encontrar as constantes , b e c para a equao definida por Jimeno, 2004, apud Holberg e
Persson (1978):
(4)
(5)
As constantes sero dadas quando:
=
min. (6)
Usualmente assume-se que a constante b da
equao 5 igual (-c/2), dai a tem-se as equaes:
(
)
(7)
Ou,
(
) (8)
qual tem a forma . As constantes podem facilmente serem determinadas com o
uso de simples programas de ajuste dos
mnimos quadrados, como o programa MINREG.BAS que foi utilizado no estudo de
caso demonstrado a frente.
2.4 Critrios de preveno de danos para vibraes
Uma vez conhecida a lei que governa a
amortizao das ondas ssmicas no meio
rochoso, necessrio estimar o grau de vibrao mximo que os diferentes tipos de
estruturas prximos a rea de escavao podem
tolerar, para que no sofram danos.
A adoo de critrios ou nveis de preveno das vibraes frequentemente uma tarefa
delicada, que exige o reconhecimento rigoroso
dos mecanismos que intervm nos fenmenos recorrentes das detonaes e das respostas das
estruturas. Um critrio arriscado pode levar a
apario de danos e imperfeies, alm de que
uma postura conservadora pode dificultar ou inclusive paralisar a atividade mineira (Jimeno,
2004).
A maioria dos pases tem normas locais, que especificam legalmente nveis aceitveis de
vibrao do solo provocadas por detonaes.
Estas normas so baseadas em pesquisas que relacionam o pico da velocidade com os dados
estruturais (Silva, 2012).
Norma Brasileira (NBR 9653): No Brasil a ABNT (Associao Brasileira de
Normas Tcnicas) estabeleceu normas, vlidas
a partir de 31/10/2005, atravs da ABNT NBR 9653 (Norma Brasileira Registrada), para
reduzir os riscos inerentes ao desmonte de
rocha com uso de explosivos em mineraes, estabelecendo os seguintes parmetros a um
grau compatvel com a tecnologia disponvel
para a segurana das populaes vizinhas
(Silva, 2012). De acordo com a ABNT NBR 9653:2005
podem-se observar as seguintes definies:
a) velocidade de vibrao de partcula
de pico: mximo valor instantneo da
velocidade de uma partcula em um ponto durante um determinado intervalo de tempo,
considerando como sendo o maior valor dentre
os valores de pico das componentes de
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
velocidade de vibrao da partcula para o
mesmo intervalo de tempo;
b) velocidade de vibrao de partcula resultante de pico (VR): mximo valor obtido
pela soma vetorial das trs componentes
ortogonais simultneas de velocidade de vibrao de partcula, considerado ao longo de
um determinado intervalo de tempo, isto :
(9)
Onde: VL, VT e VV so respectivamente os mdulos de velocidade de vibrao de
partcula, segundo as direes L - longitudinal,
T - transversal e V vertical;
c) presso acstica: aquela provocada
por uma onda de choque area com
componentes na faixa audvel (20 Hz a 20.000 Hz) e no audvel, com uma durao menor do
que 1 s;
d) rea de operao: rea compreendida
pela unio da rea de licenciamento ambiental
mais a rea de propriedade da empresa de
minerao.
e) ultralanamento: arremesso de
fragmentos de rocha decorrente do desmonte com uso de explosivos, alm da rea de
operao.
f) distncia escalonada (DE) ou
distncia reduzida: calculada atravs da
seguinte expresso e usada para estimar a
vibrao do terreno:
(10)
Onde: D a distncia horizontal entre o ponto de medio e o ponto mais prximo da
detonao, em metros; Q a carga mxima de explosivos a ser detonado por espera, em quilogramas.
g) desmonte de rocha com uso de
explosivos: operao de arrancamento,
fragmentao, deslocamento e lanamento de
rocha mediante aplicao de cargas explosivas.
Os limites para velocidade de vibrao de
partcula de pico acima dos quais podem
ocorrer danos induzidos por vibraes do
terreno so apresentados numericamente na
Error! No se encuentra el origen de la
referencia..
Tabela 1. Limites de velocidade de vibrao de
partcula de pico por faixas de frequncia (NBR,
2005).
Faixa de
Frequncia
Limite de Velocidade de
vibrao de partcula de
pico
4 Hz a 15 Hz
Iniciando em 15 mm/s
aumenta linearmente at 20
mm/s
15 Hz a 40 Hz Acima de 20 mm/s aumenta
linearmente at 50 mm/s
Acima de 40 Hz 50 mm/s
NOTA - Para valores de frequncia abaixo de 4
Hz deve ser utilizado como limite o critrio de
deslocamento de partcula de pico de no mximo
0,6 mm (de zero a pico).
Situaes excepcionais: quando por motivo
excepcional, houver o impedimento da
realizao do monitoramento sismogrfico,
pode ser considerada atendida essa Norma com relao velocidade de vibrao de partcula
de pico, se for obedecida uma distncia
escalonada que cumpra com as seguintes exigncias:
DE 40 m/kg0,5 para D 300 m
Norma Portuguesa (NP 2074): Em Portugal, vigora a Portaria n 457/83, de 19
de Abril, que instituiu a Norma Portuguesa (NP) n 2074, intitulada "Avaliao da
influncia em construes de vibraes
provocadas por exploses ou solicitaes similares".
A norma portuguesa segue, em linhas gerais, a
norma alem DIN 4150, determinando, em particular, um critrio de controle dos
parmetros caractersticos das vibraes
produzidas em mineraes e seus efeitos nos
edifcios. Esta norma estabelece, de um modo
conservador, o valor limite para a velocidade
da vibrao de pico (VR), como um produto de trs fatores (Equao 10), destinados a
contemplar o tipo do terreno de fundao (), o tipo da construo (), e a periodicidade diria das solicitaes ().
(10)
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Com o auxlio da equao anterior e dentro da
gama possvel das constantes , e , podem ser resumidas todas as situaes previstas, e os
correspondentes valores admissveis, previstos na referida norma, conforme se ilustra na
Error! No se encuentra el origen de la
referencia..
Esteves (1994) props, alm da considerao
das caractersticas anteriormente mencionadas,
a considerao da frequncia. O parmetro
usado para avaliar o nvel de vibrao a soma vetorial das trs componentes ortogonais da
velocidade de partcula, ou simplesmente
tomando-se o valor mximo de cada eixo.
Tabela 2. Limites dos valores de vibrao de partcula em mm/s segundo a norma NP 2074 (NP 2074, 1983).
Tipo de solo (afetam os valores da constante )
Solos incoerentes
(areias inconsolidadas)
Solos de consistncia muito
dura, dura e mdia; solos
compactos incoerentes
Solos de alta
coerncia e
rochas
Velocidade da onda Cp < 1000 m/s 1000 < Cp < 2000 m/s Cp > 2000
m/s
Tipos de Construo
(afetam os valores da
constante ) =1,0 =1,0 =1,0
Tipo A - Construes que
requerem cuidados
especiais (monumentos
histricos, museus,
prdios muito altos)
3 5 10
Tipo B - Construes
normais (habitaes) 5 10 20
Tipo C - Construes
reforadas (prdios a
prova de terremotos)
15 30 60
Legenda: Cp - Velocidade de propagao das ondas ssmicas longitudinais no terreno (rocha ou solo)
Nota: Em cada situao, a constante aplicada no sentido de reduzir em 30% ( =0,7) os valores da velocidade, caso se efetue mais de trs detonaes dirias, ou seja, se for aplicada uma fonte vibratria permanente ou quase.
A NP 2074 difere da maioria das outras
normas, por envolver as caractersticas do terreno, em que as estruturas esto fundadas, e
o nmero de eventos dirios. O valor mximo
admissvel (da NP 2074) alcana 60 mm.s-1,
incorporando um elevado fator de segurana, apenas justificvel para a preveno de danos
superficiais nas estruturas. Contudo, a
subjetividade na classificao do grau de resistncia das estruturas pode tornar arbitrrio
o estabelecimento dos valores limites
admissveis. A ausncia da frequncia ondulatria nessa
norma constitui uma limitao significativa,
dada extrema importncia desse parmetro.
De fato, a frequncia da vibrao um parmetro considerado necessrio no contexto
da maioria dos critrios de dano, vigentes a
nvel internacional.
3. DIAGRAMA DE FOGO PARA
ESCAVAO DE TNEIS
Segundo Silva, C., 2009, chama-se diagrama ou plano de fogo o plano que engloba o conjunto dos elementos que permitem uma
perfurao e detonao correta de um tnel, galeria, poo, etc., atravs do equipamento
previsto para este servio e dos tempos
necessrios ao cumprimento do cronograma. A primeira parte de um plano de fogo refere-se
determinao do explosivo e sua forma de
detonao. Seguem-se a verificao do projeto e o estudo do tempo. A Figura 8 mostra as
zonas de um desmonte de um tnel ou galeria.
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Figura 8. Zonas de uma seo de galeria ou tnel
(Jimeno, 2004).
A operao unitria de perfurao e desmonte
por explosivos usada em tneis realizada
perfurando-se a rocha na frente de avano do tnel ou galeria com uma srie de furos de
mina nos quais se coloca o explosivo
juntamente com linha silenciosa para tnel (Brinel, Exel etc.), cordel detonante
(Manticord, Britacord etc.) e estopim
espoletado (Britapim, Mantopim, Espoletim etc.), (Silva, C., 2009).
Os furos na seo do tnel ou galeria e a sua
sequncia de iniciao so dispostos segundo
um plano previamente estabelecido que ir determinar como a rocha vai se romper, em
geral denominado como diagrama de fogo.
Segundo Silva, C., 2009, os primeiros furos a detonarem devem criar um vazio para o qual se
lana sucessivamente o resto da rocha. Esta
abertura, o pilo, que em geral ocupa 1 m2 da
frente de avano, a chave que abre a rocha at uma profundidade que depende da forma e
sucesso conseguido no mesmo.
As fases seguintes do desmonte, repartidas no espao remanescente, devem ser projetadas
para se obter o contorno desejado com um
menor dano possvel da rocha remanescente. A maior parte da rocha de um desmonte por
explosivos em um tnel deve romper, contra
uma face mais ou menos livre, o que significa
com um ngulo inferior a 90 (Silva, C., 2009).
3.1 Alguns elementos do diagrama de fogo
a) Dimetro da perfurao da rocha Pequenos dimetros de perfurao,
frequentemente, necessitam de um ciclo de
perfurao, detonao e carregamento a ser
completado em uma ou mais vezes por turno. Em tneis perfurados com grande dimetro, o
ciclo de perfurao, de detonao, de
carregamento e de reforo da rocha ser influenciado no somente pelo tempo para
executar a tarefa, mas tambm pelos seguintes
fatores (Silva, C., 2009):
as necessidades de reforo que limitam o avano da face;
a preocupao com os nveis de vibrao que restringem a massa e a profundidade da carga;
a logstica da movimentao necessria dos equipamentos para execuo de uma determinada tarefa, mantendo fora do circuito
outras atividades que poderiam ser feitas
simultaneamente.
b) Formas de ataque mais comuns (sistemas de avano)
Em rochas competentes os tneis com sees inferiores a 100 m
2 podem ser escavados com
perfurao e desmonte seo plena. As
escavaes por fase so utilizadas na abertura de grandes tneis onde a seo demasiada
grande para ser coberta pelo equipamento de
perfurao ou quando as caractersticas
geomecnicas das rochas no permitem a escavao plena seo.
As cinco formas de ataque mais comuns so
(Silva, C., 2009):
Seo Plena; Galeria Superior e Bancada; Galeria Lateral; Abertura Integral da Galeria Superior e Bancada;
Galerias mltiplas.
1. Seo Plena Sempre que possvel o sistema conhecido por sistema ingls ou avano de seo plena
escolhido para realizar um determinado avano
que ocorre de uma s vez.
As principais vantagens da abertura de tneis por seo plena constituem que esse tipo de
avano permite a aplicao de equipamento de
alta capacidade, e consequentemente o procedimento que atinge as maiores
velocidades de avano nas frentes.
Existem srias restries quando as sees so maiores principalmente em reas de grande
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
tenso tectnica, quando a descompresso da
rocha pode causar srios problemas de
exploso da rocha (rock bursting).
2. Galeria Superior e Bancada A rea total retirada em duas sees, sendo a superior uma galeria de seo em forma de
arco (parte da pata de cavalo) sempre em
primeiro lugar, ficando sempre frente da
bancada inferior. As principais vantagens desta forma de ataque esto na reduo de armaes,
pois sempre h bancadas para trabalhar em
cima. O avano da bancada inferior fica
condicionado ao avano da abertura da galeria
superior, assim algum problema que ocorra na parte superior se reflete no avano inferior.
3. Galeria Lateral O sistema de ataque que abre a metade da rea da seo do tnel, porm subdividindo o
mesmo em duas galerias que so detonadas
separadamente, tambm conhecido pelo nome de sistema belga.
Na escolha da forma de ataque ou mtodo de
escavao deve-se levar em conta o sistema de suporte a ser empregado. Esta seleo de
mtodo sempre consiste de um compromisso
entre uma tentativa de acelerar ao mximo a
operao de abertura e a necessidade de suportar a rocha antes que esta caia no tnel
originando problemas de segurana ou
estabilidade. Por isso o mtodo de ataque depende do comportamento e da dimenso e
forma da seo transversal do tnel, e
principalmente do tipo e natureza e
comportamento mecnico estrutural da rocha.
c) Piles Para um desmonte ser econmico, necessrio que a rocha a ser desmontada tenha face livre.
Em algumas aplicaes de desmontes essas
faces livres inexistem como o caso do
desenvolvimento de tneis, poos (shafts) e
outras aberturas subterrneas, onde se torna
necessrio criar faces livres artificialmente. Isto feito preliminarmente no desmonte
principal, atravs da perfurao e detonao de
uma abertura na face da perfurao. Essa abertura denominada pilo (cut). A seleo do pilo depende no somente das
caractersticas da rocha e da presena de juntas
e planos de fraqueza, mas tambm da habilidade do operador, do equipamento
utilizado, do tamanho da frente, da
profundidade do desmonte e a localizao do material resultante da detonao. Os principais
tipos de pilo so:
Pilo em centro ou em pirmide (Center Cut);
Pilo em V (Wedge Cut); Pilo Noruegus (The Draw Cut); Pilo Coromant; Pilo queimado ou estraalhante (The Burn Cut); Pilo em Cratera; Pilo Circular ou Pilo de Furos Grandes.
4. METODOLOGIA
fundamental que os impactos ambientais sejam abordados segundo procedimentos
tcnico-cientficos apropriados e tambm
segundo uma gesto ambiental que permita mitigar ou atenuar estes efeitos a nveis
padres permitidos pelas normas e
regulamentaes existentes.
A metodologia proposta baseada em dados obtidos por ensaios realizados pela empresa
E.P.M. num conjunto de medies de
vibraes provenientes de detonaes de pequenas cargas explosivas nas imediaes do
tnel escavado (Tabela 3).
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Tabela 3. Valores obtidos no registo de vibraes pela E.P.M. (Empresa de Projectos Mineros S.A., 2001).
Registo
N.
PVS
(mm/s)
Cargas
Detonadas (kg)
Distncias
(m)
Registo
N.
PVS
(mm/s)
Cargas
Detonadas (kg)
Distncias
(m)
1 27.59 0.278 15.5 33 2.06 0.139 34.2
2 17.69 0.208 17.5 34 1.47 0.139 37.6
3 9.69 0.139 19.0 35 9.66 0.278 43.5
4 17.05 0.347 19.0 36 5.57 0.208 45.9
5 10.85 0.139 18.6 37 4.01 0.139 47.6
6 14.88 0.278 20.6 38 6.21 0.348 47.6
7 8.43 0.139 20.6 39 3.70 0.139 48.1
8 8.73 0.139 22.4 40 5.70 0.278 49.5
9 4.02 0.139 23.8 41 2.63 0.139 50.2
10 11.2 0.417 27.6 42 2.77 0.139 52.0
11 15.2 0.347 25.5 43 1.98 0.139 53.7
12 4.22 0.208 28.9 44 11.83 0.417 55.8
13 0.76 0.069 32.3 45 13.11 0.348 54.0
14 2.25 0.139 35.2 46 2.71 0.209 58.7
15 2.55 0.208 38.3 47 12.09 0.278 29.0
16 2.02 0.139 41.2 48 9.29 0.209 31.3
17 0.95 0.139 44.7 49 5.89 0.139 33.0
18 64.68 0.278 10.3 50 11.2 0.348 33.0
19 41.55 0.208 11.7 51 5.39 0.139 33.3
20 30.54 0.139 12.8 52 13.9 0.278 34.9
21 51.99 0.348 12.8 53 4.60 0.139 35.3
22 26.52 0.139 11.6 54 5.19 0.139 37.1
23 47.42 0.278 14.1 55 1.98 0.139 38.7
24 18.82 0.139 13.5 56 11.11 0.417 40.9
25 20.31 0.139 15.1 57 10.70 0.348 39.5
26 5.50 0.139 16.3 58 2.47 0.209 43.7
27 23.06 0.417 21.8 59 1.69 0.139 49.3
28 26.58 0.348 19.1 60 1.49 0.209 52.6
29 7.51 0.208 21.4 61 1.23 0.139 55.6
30 1.18 0.069 24.8 62 0.79 0.139 59.1
31 3.82 0.139 28.4 63 1.49 0.209 52.6
32 2.14 0.208 31.4 64 1.23 0.139 5.0
O projeto deste tnel visava construir 593
metros de comprimento total (mais tarde ampliada para 642.8 metros) e seco de 100
m2 em ferradura com arco invertido, localizada
a uma profundidade mxima de 30 metros
(trecho central do tnel de 303 metros), numa rea densamente urbanizada, que inclui
diversas edificaes antigas.
O macio rochoso granito de Porto com elevada resistncia mecnica quando so e
com presena de algumas alteraes, em
especial prximo da superfcie.
4.1 Software MLINREG.BAS
Com o objetivo de se obter uma lei de
propagao das vibraes mais ajustada,
utilizou-se como ferramenta o programa computacional MLINREG.BAS. Uma vez
recolhida e organizada a base de dados com os
dados relativos aos parmetros v, Q e D, o
programa nos permite a determinao das
constantes , b e c, para que em qualquer momento, se possam simular situaes
pertinentes resoluo de problemas
relacionados com vibraes, em tempo real. Este programa, tal como o prprio nome indica
(Multiple LINear REGression), baseia-se no
mtodo estatstico de regresso linear mltipla,
utilizando a linguagem de programao BASIC.
Como mostrado na seo 2.3, a aplicao de
um mtodo numrico de regresso linear lei de propagao das vibraes nos terrenos
obriga a aplicar logaritmos a ambos os termos
da equao, de forma a transformar os expoentes em coeficientes (Louro, 2009, apud
Bernardo & Vidal, 2005), como se pode ver
pelas equaes (4 e 5) mostradas abaixo:
Desta forma, obtm-se uma expresso equivalente qual podem ser associadas outras
variveis: Y, X1 e X2, em vez de v, Q e D,
respectivamente, sendo: , e . Assim, obtm-se outra equao em que a varivel dependente
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
(Y) passa a ser funo de duas variveis
independentes (X), com a vantagem de estas,
por apresentarem expoentes iguais unidade, permitirem aplicar uma regresso linear, que
mltipla porque existe mais do que uma
varivel independente ( e ), (Louro, 2009, apud Bernardo & Vidal, 2005).
(11) A tarefa do MLINREG.BAS simplesmente
determinar os coeficientes , que permitem melhor ajustar as variveis Y e X, considerando o conjunto de dados de input do
problema.
Visto que esses dados de input so
experimentais, admite-se que ocorram desvios e haja necessidade de extrair valores anmalos
(outliers) o que se sugere que seja feito por um
processo grfico e verificado por comparao dos coeficientes de correlao da regresso,
sendo que no se pretende extrair mais de 10
% dos dados. Uma vez determinados os coeficientes que
maximizam esta correlao, devem ser
transformados os coeficientes , nos coeficientes , b e c originais. Para tal, devem ser consideradas as seguintes igualdades
(Louro, 2009, apud Bernardo & Vidal, 2005):
= , e
4.2 Software TUNNPLAN v1.17
O programa TUNNPLAN v1.17 um software
utilizado para realizar projeto de diagrama de
fogo em aberturas subterrneas, como tneis, permitindo a definio da malha de furos
perfurao, da carga explosiva e dos tempos de
retardo dos furos. O TUNNPLAN permite projetar diagramas de
fogo para escavao de tneis em zonas
sensveis, ou seja, zonas urbanas prximas rea de detonao, o que auxilia no controle de
danos e minimiza o incmodo humano com
relao s vibraes. Sua interface grfica
pode ser vista na Figura 9. A estrutura operacional do programa est
composta por um mdulo que permite:
A seleo do tipo de seo do tnel: rodovirio, de contorno circular, hidrulico e
tnel com paredes verticais. Tambm
possvel definir uma seo especfica diferente das padronizadas pelo programa mediante
arcos e segmentos;
Dimensionar a geometria e localizao dos furos de perfurao: insero e dimensionamento dos furos de pilo, furos de
contorno (teto e piso), furos de parede,
intermedirios laterais e acima ao pilo;
Dimensionar a carga explosiva e tempos de retardo do diagrama de fogo,
obtendo-se como resultado uma representao
grfica com todos os parmetros do diagrama.
Figura 9. Interface grfica do programa TUNNPLANN v1.17 (autoria prpria)
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
5. RESULTADOS E DISCUSSES
Com os valores dos coeficientes de correlao
obtidos pela regresso linear mltipla atravs
do programa MLINREG.BAS, pode-se
correlaciona-los com a equao 11, obtendo a equao 12, que representa a lei de propagao
de vibrao para este estudo de caso, os
resultados podem ser analisados na Tabela 4.
(12) Considerando uma velocidade mxima
admissvel VL de acordo com a Norma
Portuguesa NP2074, para os trs tipos de terreno, para estruturas localizadas a distncias
de 5 a 100 m do local de detonao do
explosivo e para construes de tipo A, B e C,
a carga mxima admissvel Q a ser detonado por furo foi determinada de acordo com a
equao 10.
A Figura 10 representa graficamente a carga explosiva mxima a aplicar em cada furo para
distintas distncias considerando solos de alta
coerncia e rochas, sendo a velocidade da onda Cp > 2000 m/s, segundo a Norma Portuguesa
NP 2074.
Estas representaes grficas da carga mxima
por furo em funo das distncias para uma
dada velocidade de vibrao limite, desde o ponto de detonao, so ferramentas essenciais
para a comparao dos nveis de vibrao a
que as estruturas e fundaes prximas esto expostas, logo, so fundamentais para
preveno e controle dos danos e perturbaes
para estas estruturas existentes.
Considerando as informaes de projeto do tnel do Porto (profundidade mxima de 30
metros; macio rochoso correspondente a
granito com elevada resistncia mecnica com poucas alteraes; rea densamente
urbanizada, que inclui diversas edificaes
antigas) determinou-se o valor de carga mxima admissvel de explosivo, que pode ser
feito pelo clculo atravs da equao 12 ou
simplesmente por anlise grfica da Error!
No se encuentra el origen de la referencia.10, obtendo um valor de 0,271 kg,
conforme a velocidade de partcula limite
definida pela Norma Portuguesa (Error! No se encuentra el origen de la referencia. solos de alta coerncia e rocha com relao a
construes que requerem cuidados especiais, Vp = 10 mm/s).
Tabela 4. Coeficientes de correlao obtidos (autoria prpria).
Equao Coeficientes Regresso
= 3,657172 = 1,512746 = -1,219575 = 67% Equivalncia = b = c =
= 4541,21 b = 1,51 c = -1,22
Figura 10. Representao grfica da carga mxima por furo em funo da distncia para os trs tipos de
construo (tipo A, B e C) (autoria prpria).
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 50 100 150
Carga M
xim
a p
or F
uro (
kg
)
Distncia (m)
Tipo A (Vp = 10mm/s)
Tipo B (Vp = 20mm/s)
Tipo C (Vp = 60mm/s)
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Para o tnel do Porto escolheu-se como
explosivo o emulex, uma emulso leve
desenvolvida pela empresa S.E.C.. A partir da carga mxima de explosivos
admissvel obtida, foi possvel determinar os
demais parmetros para o dimensionamento do diagrama de fogo, que foram utilizados no
programa TUNNPLAN v1.17.
Em um projeto de dimensionamento de
diagrama de fogo, h diversas consideraes de inmeros autores sobre o melhor mtodo de
clculo e determinao dos principais
parmetros a serem utilizados, logo, a partir
dos modelos e equaes apresentados por Silva C., 2009 e Jimeno 2004, pde-se chegar s
consideraes e equaes mais relevantes a
serem utilizadas nos clculos de dimensionamento de fogo para galerias ou
tuneis, estes podem ser analisados na Tabela 5. Parmetros para dimensionamento do diagrama
de fogo (autoria prpria) e Tabela 6.
Tabela 5. Parmetros para dimensionamento do diagrama de fogo (autoria prpria)
Consideraes para o Diagrama de Fogo
Tipo de Rocha Granito
Tipo de Explosivo Emulex
Densidade do Explosivo 1,181 g/cm3
Seo do Tnel 100 m2
Dimetro do Furo Carregado 0,038 m
Dimetro do Explosivo 0,035 m
Dimetro do Furo do Pilo (Sem Carga Explosiva) 0,010 m
Comprimento da Carga Inerte 0,100 m
Quantidade de Cartuchos de Explosivo por Furo 3
Quantidade de Cargas Inertes por Furo 2
Carga Mxima de Explosivo Admissvel 0,271 kg
Tabela 6. Clculos dos parmetros utilizados para o dimensionamento do diagrama de fogo (autoria prpria)
Parmetros do diagrama de fogo Equaes de clculo Resultados
Furos de
pilo
Afastamento entre furos de expanso e os
furos carregados - primeiro quadrado (a) 0,153 m
Espaamento entre os furos carregados -
primeiro quadrado (w) 0,216 m
Afastamento - segundo quadrado ( ) 0,324 m
Espaamento - segundo quadrado ( ) 0,458 m
Tampo dos furos de corte ( ) 0,380 m
Furos de
piso e
laterais
ao pilo
Afastamento recomendado ( ) De acordo com Silva, C., p.109, 2009 1,000 m
Espaamento ( ) 1,100 m
Tampo dos furos de piso ( ) 0,130 m
Furos de
teto e
hasteais
Afastamento recomendado ( ) De acordo com Silva, C., p.122, 2009 0,800m
Espaamento ( ) De acordo com Silva, C., p.122, 2009 0,600 m
Tampo dos furos de teto (T) 0,130 m
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Para os
furos em
geral
Razo Linear de Carregamento (RL)
1,136 kg/m
Carga de Explosivos (Q) 0,271 kg
Profundidade da Carga de Explosivo (H) (
) 0,238 m
Profundidade Real do Furo* (Hf) (
) 1,295 m
Avano (X) 1,231 m
* Profundidade calculada considerando a carga de explosivo mxima admissvel.
Onde:
= dimetro do furo de expanso ou vazio (m);
= dimetro dos furos (m); = dimetro do explosivo (m); = densidade do explosivo (kg/m) = quantidade de cartuchos de explosivo usados por furo;
= quantidade de cargas inertes usadas por furo;
= comprimento da carga inerte usada. Pela anlise dos resultados calculados,
percebe-se que a altura da carga de explosivo obtida para cada furo muito pequena, logo,
para que o projeto no fosse inviabilizado,
optou-se por uma metodologia de adicionar cargas inertes entre as cargas de explosivos,
que sero iniciadas com tempos de retardo
diferentes, permitindo um aumento
significativo no comprimento dos furos at um valor aceitvel para operacionalizar o projeto.
A Figura 11, desenvolvida atravs do
programa Datamine Studio 3, representa uma seo do tnel, com vista lateral dos furos de pilo e os furos auxiliares ou de corte
carregados com explosivo, de acordo com o
mtodo proposto, onde cada primer possui um
tempo de retardo especfico e diferente dos outros, o que possibilita que as cargas detonem
em tempos diferentes, diminuindo os nveis de
vibrao. O programa TUNPLANN v.1.17 no permite o
dimensionamento do diagrama conforme o
mtodo acima, inserindo cargas inertes entre as
cargas explosivas, assim, foi realizado o dimensionamento do diagrama de fogo pelo
programa, porm considerando uma carga de
explosivo 3 vezes maior (como utilizada no caso real, com tempos de retardos diferentes
para o mesmo furo de 25 ms entre as cargas) e um furo com comprimento equivalente ao utilizado pelo mtodo acima demonstrado.
Figura 11. Seo do tnel com furos de pilo e furos de contorno do pilo carregados com explosivo, onde cada
carga iniciada com um tempo de retardo especfico (autoria prpria)
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
A representao grfica da seo do tnel do
Porto, com os devidos furos de perfurao,
carga explosiva por furo e tempos de retardo pode ser analisada nas figuras 12 e 13, assim
como as informaes tcnicas sobre o projeto
(quantidade de explosivo utilizada, quantidade
de furos, comprimento, entre outros).
Figura 12. Dimenso e sequncia de detonao para o pilo proposto para o projeto do tnel (autoria prpria)
Figura 13. Informaes tcnicas de projeto do dimensionamento do tnel do Porto (TUNNPLAN
v1.17).
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
Figura 14. Seo do tnel com furos carregados com explosivo definindo a sequncia de iniciao
atravs dos tempos de retardo por furo, que variam de 25ms.
6. CONCLUSO
Com base nos resultados e nas metodologias
utilizadas conclui-se que possvel mensurar e
controlar de maneira eficaz os impactos ambientais e sociais resultantes do uso de
explosivos nas escavaes de macios
rochosos ou em atividades relacionadas com
detonaes em zonas urbanas sensveis, mantendo os nveis de vibrao, rudo e demais
efeitos secundrios dentro dos limites padres
estabelecidos pelas normas vigentes. Trabalhos e obras realizados com uso de
detonaes prximos a reas urbanas e zonas
sensveis podem ser realizados com segurana, considerando um ajuste adequado das cargas
mximas por retardo, quantificadas pelos
mtodos demonstrados no trabalho, porm,
de extrema importncia que os dados sejam representativos e os clculos e consideraes
feitos com todas as precaues e cuidados, a
fim de se evitar erros. Assim como os programas computacionais
utilizados, os softwares so ferramentas
altamente importantes para auxiliar na
determinao das leis de vibrao e
quantificao das cargas mximas por retardo
que podem ser usadas para uma dada distncia, o que facilita o processo e permite maior
flexibilidade e velocidade no desenvolvimento
de um projeto. Um diagrama de fogo bem planejado e
estruturado permite viabilizar um projeto que
necessite de detonaes em uma rea
densamente urbanizada ou muito sensvel a vibraes e efeitos danosos a estruturas, porm
para isso fundamental uma caracterizao
precisa da lei de vibrao e uma quantificao exata da carga mxima que se deve utilizar
sem que esta ultrapasse os limites estipulados
pelas normas vigentes. Por fim, em relao incomodidade humana,
ser necessrio tomar medidas adequadas de
gesto e planejamento das detonaes
considerando os horrios e a presena de pessoas nas habitaes prximas.
-
CYTED 3: Red Iberoamericana Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad - MASYS 7 Jornada tcnico-cientfica de Medio Ambiente Subterrneo y Sostenibilidad Ambiente, seguridad y salud
Guadalajara, Mxico - 3, 4, 5 de julio de 2013
REFERNCIAS
BACCI, D. C., et al.. Principais Normas e
Recomendaes Existentes Para o Controle
de Vibraes Provocadas Pelo Uso de
Explosivos em reas Urbanas: parte I. Rem:
Rev. Esc. Minas, Ouro Preto, v. 56, n. 1, mar. 2003. Disponvel em:
. Acesso em: 13 jan. 2013.
BERTA, G.. Blasting Induced Vibration in
Tunneling, Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 9, n 2, 1994.
BERNARDO, P. M. e TORRES V. N.. El
Blastware iii e Mlinreg.bas Como Herramientas Para la Prevencin y Control
Ambiental de Vibraciones en Voladuras. V
Simposium Internacional de Tecnologa de la Informacin Aplicada a la Minera. Lima,
Per. 2004.
BRASIL, ABNT NBR 9653:2005 - Guide for
the evaluation of effects of the use of
explosives in minning and quarrying near
urban areas. Acesso em: 14 jan. 2013.
GOKHALE, B. V.. Rotary Drilling and
Blasting in Large Surface Mines. Taylor & Francis Group, London, UK, 2011.
HARTMAN, H. L.. S. M. E. Mining Engineering Handbook. 2. ed.. Volume 1.
Society for Mining, Metallurgy, and
Exploration, Inc.. Colorado, E. U. A., 1992.
HERRMANN, C.. Manual de Perfurao de
Rochas, [S.I.], p.362, 1968.
HUSTRULID, W.. Blasting Principles for
Open Pit Mining. Volume 1. Balkema,
Rotterdam, 1999.
JIANG, N.. Blasting Vibration Safety
Criterion for a Tunnel Liner Structure,
Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 32. 2012.
JIMENO, L. C. et al. Manual de Perforacion y Voladura de Rocas, 2. ed., Madri, Espanha,
Instituto Tecnolgico Geominero de Espaa.
2004.
LOURO, A. F.. Novas Formulaes Para
Leis de Propagao de Vibraes, em
Macios Rochosos, Baseadas nas
Propriedades Termodinmicas dos Explosivos. Tese de mestrado, Universidade
Tcnica de Lisboa. 2009.
MLINREG.BAS. Software fornecido por TORRES, V. N., 2012.
PERSON, P., Holmberg, R. and Lee, J.. Rock Blasting and Explosives Engineering, RCR
Press. [S.I], 1994.
SEC - Sociedade de Explosivos Civis, S.A.,
2002. Catlogo de Produtos. Disponvel em
. Acesso
em: 29 jan. 2013.
SILVA, V. C.. Abordagem Quantitativa dos
Impactos Ambientais no Desmonte de Rochas. 1 Curso Sobre Avanos
Tecnolgicos No Desmonte De Rochas Com
Explosivos Em Minas e Obras Civis, 2012.
SILVA, V. C.. Operaes Mineiras. Curso de
Minerao 210 pela Escola de Minas (UFOP),
2009.
TAQIEDDIN, S. A.. Ground Vibration
Levels Prediction and Parameters, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1986.
TORRES, V. N.. Aplicaes de Programas
Computacionais para o Dimensionamento de Desmonte de Rochas. 1 Curso Sobre
Avanos Tecnolgicos No Desmonte De
Rochas Com Explosivos Em Minas e Obras Civis, 2012.
TUNPLANN (Anleggsdata) - software version1.17. Department of Civil and
Transport (Ibat) at the Norwegian University
of Science and technically (NTNU).