universidade federal rural do rio de janeiro instituto de

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO
INSTITUTO DE AGRONOMIA
DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE GEOLOGIA
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Ob
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Título do Trabalho
su
on
Estudo das Vibrações Geradas pelo Desmonte de Rochas com uso de
Explosivos e a sua relação com as Fraturas da Pedreira Bangu – RJ
Nome do Aluno
Nome do Orientador
Rosana Elisa Coppede Silva
Mês e ano
Dezembro/2009
lta
Douglas Gomes dos Santos
Agradecimentos:
Este é um momento muito importante, lembra e mencionar as pessoas que fizeram parte dessa
caminhada longa.
Agradeço a Deus por ter me dado força e coragem para desafiar esse mundo mágico do
conhecimento e por ter colocado pessoas tão importante ao meu lado para que quando eu
Ob
pensasse em desistir estivessem ao meu lado para poder me animar. Pessoas essas como:
Meus pais “Lino Roberto César dos Santos e Norete Gomes dos Santos” que lutaram e
batalharão, me ajudando a vencer mais uma etapa da minha vida.
ra
Meus amigos l Amarelinho, Somália, Patolino Evandro Arekipá, Alemão, Marcos Mineiro, Felipe
Angélica que realmente foram, são e sempre serão meus amigos de coração. Não posso
esquecer da minha turma oficial (2005) e da minha turma agregada (2006) que me deram muitos
pa
momentos de alegria.
A minha linda namorada e futura esposa Gisele por ter me ajudado muito nos momentos difíceis
ra
dessa minha caminhada.
A Geóloga Rosana Coppede, Geólogo João Prado e o Engenheiro José Veleda por terem me
ajudado muito na elaboração deste trabalho.
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i
Sumário:
1 – INTRODUÇÃO...........................................................................................................................................................7
2 – OBJETIVOS ...............................................................................................................................................................8
3 – LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE ESTUDO. ............................................................................................................9
4 – METODOLOGIA......................................................................................................................................................10
5 – EXPLOSIVOS. .........................................................................................................................................................11
Ob
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5.1 – HISTÓRIA DOS EXPLOSIVOS. ..............................................................................................................................11
5.2 – EXPLOSIVOS E SUAS COMPOSIÇÕES. ................................................................................................................12
5.3 – CARACTERÍSTICAS DOS EXPLOSIVOS. ...............................................................................................................13
5.3.1 – Energia de explosão. ............................................................................................................................13
5.3.2 – Densidade. ..............................................................................................................................................13
5.3.3 – Velocidade de detonação. ...................................................................................................................14
5.3.4 – Pressão específica................................................................................................................................14
5.3.5 – Sensibilidade. .........................................................................................................................................14
5.3.6 – Distância de choque. ............................................................................................................................15
5.3.7 – Gases gerados na explosão. ..............................................................................................................15
5.3.8 – Resistência à água................................................................................................................................15
5.3.9 – Resistências às altas e às baixas temperaturas. ..........................................................................16
5.3.10 – Resistência à pressão........................................................................................................................16
5.3.11 – Exsudação. ...........................................................................................................................................16
5.4 – EXPLOSÃO E SUA DINÂMICA NA ROCHA.............................................................................................................17
pa
6 – VIBRAÇÕES. ...........................................................................................................................................................19
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6.1 – AS GRANDEZAS DAS VIBRAÇÕES.......................................................................................................................20
6.1.1 – Deslocamento. .......................................................................................................................................20
6.1.2 – Aceleração. .............................................................................................................................................20
6.1.3 – Freqüência. .............................................................................................................................................21
6.1.4 – Velocidade de Vibração da Partícula. ..............................................................................................23
6.2 – TIPOS DE MOVIMENTO DE ONDAS.......................................................................................................................24
6.3 – PROPAGAÇÃO DAS ONDAS. ...............................................................................................................................27
6.4 – REFLEXÃO, REFRAÇÃO E ATENUAÇÃO DAS ONDAS. .........................................................................................28
ns
Co
7 – ASPECTOS FISIOGRÁFICOS. ............................................................................................................................29
7.1 – GEOLOGIA REGIONAL.........................................................................................................................................29
7.2 – GEOLOGIA LOCAL. .............................................................................................................................................31
7.2.1 – Rochas Encaixantes. ............................................................................................................................31
7.2.2 – Rochas Intrusivas. ................................................................................................................................34
7.3 – ASPECTOS PEDOLÓGICOS. ................................................................................................................................35
7.4 – FRATURAS. .........................................................................................................................................................36
7.5 – CARACTERIZAÇÃO GEOMECÂNICA DO MACIÇO ROCHOSO ..............................................................................37
7.5.1 – SISTEMA Q ..............................................................................................................................................37
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8 - PRINCIPAIS NORMAS E APLICAÇÕES AO DESMONTE DE ROCHA COM USO DE EXPLOSIVOS. .42
8.1 – A NORMA ALEMÃ (DIN 4150). ..........................................................................................................................42
8.2 – NORMA NORTE-AMERICANA - USBM (RI 8507) E OSMRE. ..........................................................................43
ta
9 - OBTENÇÕES E TRATAMENTO DE DADOS.....................................................................................................48
9. 1 - SISMÓGRAFO UTILIZADO NESTE ESTUDO ..........................................................................................................48
9.2 - COMPONENTES DO SISMÓGRAFO .......................................................................................................................50
9.2.1 - Sensores (geofones) .............................................................................................................................50
9.2.2 - Cabos de Transmissão .........................................................................................................................51
9.2.3 – Receptor ..................................................................................................................................................51
9.2.4 - Coleta de dados e monitoramento.....................................................................................................51
10 – APRESENTAÇÕES DOS DADOS OBTIDOS. ................................................................................................52
11 – CONCLUSÕES......................................................................................................................................................55
12 – BIBLIOGRAFIAS ..................................................................................................................................................56
ii
Lista de Tabelas
36
Tabela 2 - Parâmetros Geomecânicos para Classificação de
Maciços Rochosos.
38
Tabela 3 - Parâmetros de qualificação do maciço rochoso.
39
Tabela 4 - Categorias do maciço rochoso segundo o índice RMR.
40
Tabela 5 - Valores admitidos pela norma alemã DIN 4150 para
danos em edifícios.
43
Tabela 6 - Níveis seguros de velocidades de vibração da
partícula para estruturas civis.
45
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Ob
Tabela 1 - Famílias de fraturas e suas características.
pa
Tabela 7 - Limites de velocidade de vibração de partícula de pico
por faixas de freqüência
47
ra
Tabela 8 – Relações das detonações com as direções preferenciais
das fraturas.
54
ul
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iii
Lista de Figuras
Figura 1 - Mapa de localização da lavra no bairro de Bangu.
9
Figura 2 - Aspecto do Fraturamento e deformação da roca nas
proximidades da explosão.
17
Ob
Figura 3 - Fraturas geradas na rocha após a detonação da carga
explosiva.
18
Figura 4 - Oscilações harmônicas das ondas sísmicas.
21
ra
25
Figura 6 - Representação esquemática da onda secundária e
da movimentação da partícula na sua passagem.
25
Figura 7 - Representação esquemática da onda de Rayleigh e da
movimentação da partícula na sua passagem
26
Figura 1 - Representação esquamática da onda de Love e da
movimentação da partícula na sua passagem.
26
ra
pa
Figura 5 - Representação esquemática da onda primária e da
movimentação de partículas na sua passagem.
ns
Co
36
Figura 10 - Diagrama representando os limites de Vp e de
deslocamento.
45
Figura 11: Representação gráfica dos limites de velocidade de
vibração de partícula de pico por faixas de freqüência
47
Figura 12 – Geofone
50
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Figura 9 - Perfil pedológico da área de estudo.
ta
Figura 13 – Pontos de monitoramentos e das detonações
Figura 14 - Diagrama de contagem representando as famílias da
Área I
52
53
iv
Figura 15 - Diagrama de contagem representando as famílias da
Área II
53
Figura 16 - Diagrama de contagem representando as famílias da
Área III
53
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Ob
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v
Lista de Fotos
32
Foto 2 - Assembléia mineral do Granito Favela, sob luz
polarizada.
33
Foto 3 - Afloramento do Biotita Gnaisse, onde se observa
bandamento composicional e boudinagem de foliação.
34
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Ob
Foto 1 - Assembléia mineral do Granito Pedra Branca, sob luz
polarizada.
35
Foto 5 - Assembléia mineral do Biotita Gnaisse, sob luz
polarizada, composta por biotita, plagioclásio, quartzo,
apatita e zircão.
35
Foto 6 - Assembléia mineral do Biotita Gnaisse, sob luz
polarizada, onde se observa microclina micropertítica
e germinação in Tartan.
36
Foto 7- Dique de Diabásio.
36
ra
pa
Foto 4 - Biotita Gnaisse migmatítico, cortado por inúmeros
veios aplíticos
ns
Co
Foto 8 - Textura ofititica no Diabásio, observada sob luz
polarizada.
37
Foto 9 - Sismógrafo de engenharia – MineMate Plus
51
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vi
1 – Introdução.
A mineração é uma atividade extremamente importante para o homem, sobretudo nos dias atuais
em que o crescimento populacional aumenta a cada ano, incrementando a demanda por minerais
diversos. Não obstante, muitos recursos minerais são essenciais para o desenvolvimento de
atividades econômicas importantes como a construção civil.
Ob
Neste contexto, o mercado de agregados para construção civil, principalmente o de brita, cresce a
cada ano, sobretudo pelo déficit de investimentos públicos e privados em programas habitacionais
e de infra-estrutura, que vem sendo retomado ao longo dos últimos anos. Como conseqüência
ra
disso e considerando que, como toda atividade de exploração, a mineração proporciona impactos
positivos e negativos ao meio ambiente e ao homem, a intensificação da exploração dos
agregados e os métodos de extração dos mesmos, aumentam as demandas por controle
ambiental por parte das empresas. Um dos impactos negativos que geram maiores transtornos à
pa
população vizinha aos empreendimentos minerários é a vibração oriunda do desmonte de rochas
com explosivos.
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Diante deste fato, é imperativo o monitoramento das vibrações ocasionadas, utilizando
equipamentos especializados, dentre eles o sismógrafo de engenharia, o qual mede a velocidade
da partícula do terreno e a sobrepressão atmosférica. Um ponto importante neste monitoramento
é relativo á ocorrência de fraturas nas rochas, as quais segundo a bibliografia estudada,
ns
Co
intensificam a vibração gerada, pois representa um espaço vazio no qual a velocidade da partícula
é aumentada.
Sendo assim, este trabalho analisou as fraturas encontradas na cava o empreendimento Pedreira
Bangu e associou as mesmas aos resultados obtidos por meio de monitoramento sismográfico
das detonações, de forma a comprovar a relação entre fraturas de rochas e aumento da vibração
do terreno na detonação das mesmas.
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7
2 – Objetivos
O objetivo da presente proposta é analisar os dados sismográfico gerados pelos monitoramentos
das detonações do ano de 2009, realizado na Pedreira Bangu e correlacioná-las às fraturas
medidas em sua cava, para assim obter um melhor entendimento das vibrações das partículas no
terreno geradas ao redor da mina.
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Ob
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3 – Localização da área de estudo.
A área estudada se localiza entre os contrafortes rochosos do Morro do Sandá, situado no bairro
de Bangu, dentro do perímetro urbano do município do Rio de Janeiro, especificamente limitada
pelas coordenadas UTM 657803E; 7468357S e 658371E; 7467774S.
O acesso ao local da jazida, partindo do centro da cidade do Rio de Janeiro, pode ser feito por
Ob
vários itinerários, entretanto, o mais adequado é pela Avenida Brasil sentido zona oeste, seguindo
até Bangu passando anteriormente pelo bairro de Deodoro. Do centro de Bangu segue-se pela
Rua da Usina até o entroncamento com a Rua Maravilha, esquina onde se encontra a entrada da
Pedreira.
ra
Na Figura 1 é mostrada a localização da Lavra no bairro de Bangu, Rio de Janeiro. (Google Maps,
acessado em 03/11/2009).
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pa
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Figura 1 - Mapa de localização da lavra no bairro de Bangu.
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9
4 – Metodologia.
A metodologia utilizada buscou integrar diversos campos do conhecimento científico, de forma a
gerar um diagnóstico sobre a dinâmica que envolve o desmonte de rocha com uso de explosivo as
fraturas encontradas no maciço explorado.
Para tanto, o trabalho de pesquisa foi dividido em
cinco etapas:
Ob
•
Primeira etapa - Planejamento das atividades de pesquisa, levantamento das normas
técnicas, revisão bibliográfica sobre a área estudada visando um melhor aproveitamento
das informações, definição das áreas a serem monitoradas tomando como base as regiões
com maiores reclamações das comunidades vizinhas e com uma geologia favorável.
ra
•
Segunda etapa – Realização de visitas técnicas à Pedreira Bangu, munido de
questionário, que foi respondido durante cada visita pelo blaster responsável das
detonações. Os itens a serem respondidos caracterizaram a quantidade de explosivo
pa
usado em cada fogo, método utilizado para extração e os pontos com maiores vibrações
do terreno.
ra
•
Terceira etapa – Monitorar os desmontes de rocha nas áreas definidas usando um
sismógrafo de engenharia, estando sempre atento à distância do ponto monitorado e à
bancada a ser desmontada. Após ter os dados obtidos de cada detonação, analisar os
dados no laboratório com o auxilio do software do aparelho instalado num computador.
ns
Co
•
Quarta etapa – Realização de um levantamento das estruturas do maciço estudado,
medindo as fraturas encontradas na cava, utilizando uma bússola do tipo CLAR e um
aparelho GPS para obter a posição das famílias de fraturas a serem analisadas.
•
Quinta etapa – Compilação e análise dos dados obtidos nas etapas anteriores e
ul
conclusão.
ta
10
5 – Explosivos.
5.1 – História dos explosivos.
As primeiras notícias sobre o uso de explosivos ocorreram na China no ano de 220 a.C. com a
descoberta da pólvora negra, que é um material composto por nitrato de potássio, enxofre, carvão
Ob
vegetal e nitrato de sódio, sendo ele considerado o explosivo mais antigo usado pelo homem.
Segundo Bacci (2000) no final do ano de 1500 se utilizou a pólvora negra como explosivos em
desmonte de rocha em trabalhos minerários. Até na metade do século XIX, manteve como o único
ra
explosivo usado em escavações.
O ano de 1845 foi considerado o marco para evolução dos explosivos devido a descoberta da
pa
nitroglicerina por Ascanio Sobrero, que deu toda base científica para futuramente vir a
desenvolver um explosivo mais moderno. Por volta de 1953, foi desenvolvido o explosivo ANFO
(ammonium nitrate and fuel oil), considerado um explosivo bastante seguro, de grande poder de
detonação e baixo custo.
ra
Em 1956, M.A.Cook e H. Farnam desenvolveram um novo tipo de explosivo na forma gelatinosa
“water gel”, ou “slurry”, também à base de Nitrato de Amônio, que permitia sua utilização com boa
resistência à água, característica que não se observava nos explosivos à base de ANFO. Wilbrand
ns
Co
em 1863 inventou o trinitrotolueno (TNT) um explosivo de grande potência, mas de difícil
manuseio.
Alfred Nobel foi um dos primeiros cientistas a utilizar, como explosivo, a nitroglicerina em seu
estado líquido nas escavações. No entanto, devido a grande sensibilidade desse material
ocorreram vários acidentes envolvendo vítimas fatais por todo o mundo, Nobel então misturou
ul
essa substância a um material fóssil (diatomácias) e observou que a mesma perdia sensibilidade,
mas conservando inalteradas as suas propriedade e sua potência explosiva. Essa mistura foi
denominada em 1865 de dinamite.
ta
No ano de 1970 iniciou-se a comercialização de emulsões explosivas, que consistiam de gotículas
submicroscópicas em soluções oxidantes à base de nitrato de amônio em mistura com óleo
combustível ou óleo mineral, resultando num produto de enorme eficiência devido ao íntimo
contato entre o Nitrato de Amônio e o óleo, além de ser resistente à água.
11
5.2 – Explosivos e suas composições.
Explosivo são substâncias ou misturas, em qualquer estado físico, que, quando submetidas a uma
determinada condição térmica ou mecânica (calor, atrito, impacto etc.), transformam-se total ou
parcialmente em gases, em um intervalo de tempo muito curto, liberando expressiva quantidade
de energia. No sentido muito amplo, é um material extremamente instável (metaestável) que se
pode decompor rapidamente formando produtos estáveis.
Ob
Detonação é um processo de combustão supersônica em que a energia liberada na zona inicial de
reação propaga-se através do material na forma de uma onda de choque. Esta onda de choque
comprime as moléculas do material, elevando sua temperatura até o ponto de ignição. Du Pont
ra
(1977) definiu os explosivos em função da sua sensibilidade aos estímulos térmicos, em
deflagrantes ou baixo explosivos e altos explosivos.
pa
Os explosivos deflagrantes também chamados baixo explosivos são explosivos que apresentam
baixa velocidade (500 a 1000 m/s) tendo uma queima rápida e progressiva, sem produzir intensas
ondas de choques. O exemplo mais conhecido é a pólvora negra. Sua iniciação é feita através de
choque, fricção, centelha ou fogo. Já os alto explosivos são explosivos que apresentam altas
ra
velocidades (1500 a 7500 m/s), cuja sua decomposição, por detonação, instantânea, dando
características de ação violenta. Um exemplo desse tipo de explosivo é a dinamite, onde sua
reação iniciada e mantida pela onde de choque que a provocou. Sua iniciação, necessitar de um
impulso de uma detonação primária feita através da espoleta ou cordel detonante.
ns
Co
Existem vários tipos de composição para formação de um artefato explosivo, mas os agentes
detonantes de uso mais corriqueiros são os explosivos compostos a nitroclecerina, a base de
nitrato de amônia e emulsões.
Dentre os explosivos compostos por nitroclicerina, a dinamite é o melhor e o mais conhecido
ul
exemplo de agente explosivo composto por nitroglicerina. Esse artefato explosivo foi extremante
usado no século passado e é ainda utilizado nos dias de hoje em algumas minerações de rochas
ornamentais. Outro exemplo desse tipo explosivo é a lama explosiva que é uma pasta fluida
ta
composta por nitroglicerina e água que apresenta alta densidade, grande plasticidade e uma
razão linear de carregamento alta. É usado como carga de fundo, sendo alternado com ANFO em
carga de coluna.
Com relação aos explosivos a base de nitrato de amônia os exemplos mais conhecidos são os do
tipo slurry, os do tipo ANFO e os do tipo pulvurulento. Os do tipo slurry são compostos por uma
solução saturada em água com nitrato de amônia, contendo óleos combustíveis em suspensão.
12
Seu estado físico é pastoso. Não contém nitroglicerina e, portanto, não geram nenhum tipo de
distúrbio fisiológico em seu manuseio (S.E.I.,1980). Por sua vez, o ANFO se constitui de uma
mistura de nitrato de amônia (94%) e óleo diesel (6%). Possui, aproximadamente, 70% da força
da nitroglicerina e não apresenta nenhuma resistência à água, devendo ser utilizada em tempo em
locais bem secos, além de possuir baixa sensibilidade (Britanite,1980). Por fim, os explosivos
pulvurulentos são compostos basicamente por nitrato de amônia, no qual vêm acrescentadas,
dependendo do tipo, diversas substâncias combustíveis ou explosivas (ITALESTLOSIVII, 1983).
Ob
Existe ainda o grupo explosivo formado pela emulsões. Este grupo é considerado como o tipo de
explosivo de mais alta aplicação, atualmente. Fazem parte de sua composição nitrato de amônia,
produtos aluminizados, óleo diesel etc., que dão uma consistência pastosa à massa explosiva,
ra
proporcionando o total preenchido dos furos. Devido à sua alta densidade, as emulsões permitem
a utilização de malhas alongadas, com um desempenho muito melhor que o de outros tipos de
explosivos. Tem uma excelente resistência á água, podendo ser utilizadas na presença destas.
pa
5.3 – Características dos explosivos.
Os explosivos podem ter diversas características, que de uma forma ou outra, dão uma idéia da
ra
sua aplicabilidade em determinadas circunstâncias. A seguir serão descritas algumas
características básicas dos explosivos, segundo Bacci (2000).
ns
Co
5.3.1 – Energia de explosão.
É uma grandeza deduzida indiretamente, por via teórica, a parti da composição do explosivo, ou
medido diretamente por ensaios calorimétricos. É expressa em unidade térmica (calor de
expansão) ou mecânica (trabalho de explosão), referente à unidade de massa: MJ/Kg.
5.3.2 – Densidade.
ul
É a relação entre a massa e o volume de explosivos e é expressa em Kg/m3. Um explosivo com
ta
densidade mais alta é útil, especialmente, nos furos de pequeno diâmetro, por sua boa
concentração, enquanto que um explosivo de densidade baixa pode ser melhor distribuído no
maciço rochoso, sendo particularmente indicado nos furos de diâmetro.
13
5.3.3 – Velocidade de detonação.
É a indicação, em metros por segundo, da rapidez com que a onda gerada pela detonação se
propaga ao longo da coluna de explosivo. Nos explosivos normais, segundo a densidade de
carregamento e da eficácia do conteúdo, o valor da velocidade de detonação esta compreendido
entre 1800 e 8000 m/s, e esse valor pode ser medido com precisão.
Ob
Junto com a densidade de carregamento, a velocidade de detonação influencia no rendimento da
energia transmitida à rocha. Observa-se que a velocidade dos explosivos detonantes é função de
muitos fatores como diâmetro, a densidade, perda de ar e umidade, entre outros.
ra
5.3.4 – Pressão específica.
Indica uma pressão atingida por uma carga de 1.000 Kg detonada em uma câmara com volume
pa
de 1m3, admitindo-se que os gases sigam a lei do gás perfeito. O valor da pressão especifica,
expresso em MPa, é um dado importante para avaliação da pressão no caso de desmonte
controlados.
ra
5.3.5 – Sensibilidade.
É o índice de capacidade do explosivo de detonar e propagar regularmente a detonação da
ns
Co
própria massa, por efeito de iniciação. É definida através da potencia do detonador que inicia o
explosivo. Atualmente, refere-se à escala-Sellier-Bellot que compreende uma série de 10
detonadores, do numero 1 ao 10, aos quais correspondem um peso de carga crescente. Na
pratica, todos os explosivos, hoje no mercado, são sensíveis ao detonador número 8, de carga
equivalente a 2 g de fulminato de mercúrio (explosivos detonante primário, pólvora branca e cinza,
densidade de 4.420 Kg/m3, que explode à temperatura de 165°C). Todavia, para o ANFO, é
preferível uma iniciação com o numero 10, que equivalente a uma carga de 3 g de fulminato de
ul
mercúrio.
É importante que os explosivos sejam suficientemente sensíveis para assegura a detonação de
ta
toda a extensão da carga; no entanto, não devem ser tão sensíveis a ponto de se tomarem
perigosas durante o manuseio. A sensibilidade aumenta com diâmetro do explosivo e diminui com
seu o tempo de estocagem (Du Pont).
14
5.3.6 – Distância de choque.
Corresponde a distancia máxima entre cartuchos (expressa em polegadas), na qual ainda verifica
a propagação da detonação de um cartucho para outro (Du Pont, op cit,).
É a distancia de transmissão da detonação entre cargas vizinhas, mas não em contato. Para sua
Ob
avaliação colocam-se, coaxialmente, sobre uma camada de areia dois cartuchos e, por tentativa,
procura-se determinar a que distância um cartucho provoca a detonação segura do outro. O valor
da distancia de choque depende, também, do diâmetro dos cartuchos.
ra
A possibilidade de comunicação das cargas à distancias típicas de certos explosivos é uma
característica importante, que garante a completa detonação das cargas contidas em um furo,
mesmo no caso de os cartuchos não estarem em contato, por erro de carregamento.
pa
5.3.7 – Gases gerados na explosão.
Os gases que, teoricamente, deveriam se diluir na detonação dos explosivos comerciais são
ra
dióxidos de carbônico (CO2), nitrogênio (N2) e vapor d’água (H2O), todos não-tóxicos. Na
realidade, tal situação ideal não se verifica e, em cada detonação, forma-se monóxido de carbono
(CO) e óxido de nitrogênio (NO e NO2) que são substâncias tóxicas.
ns
Co
A natureza é quantidade de gases tóxicos variam por diferentes tipos e espécies de explosivos e
até com suas condições de uso. Os trabalhos a céu aberto, o aparecimento de gases,
normalmente, não exerce maiores influências; porem, em trabalhos subterrâneos, exige-se
especial cuidado na escolha e na quantidade do explosivo, nas condições de detonação e, sobre
tudo, na ventilação (Du Pont 1977).
5.3.8 – Resistência à água.
ul
A resistência à água corresponde a tempo que o explosivo resiste à ação da água, sem perder
diferem entre si, de maneira notável, no comportamento e presença de água.
ta
suas principais propriedades, como força, sensibilidade e etc. (Du Pont op, cit). Os explosivos
As dinamites gelatinosas, contendo nitroglicerina, apresentam maior resistência à água, conforme
o percentual desse componente, sendo, praticamente, à prova d’água. Assim, em geral, quanto
maior for a porcentagem da nitroglicerina (NG) na composição do explosivo, maior será sua
resistência à água. Dessa mesma conduta, os explosivos tipo lama (water gel) também possui boa
resistência à água.
15
Ao contrário, as dinamites a base de nitrato de amônia (ANFOS), são pouco resistentes à água,
pois são facilmente solúveis. Os efeitos da umidade ou da água sobre os explosivos são:
diminuição da sua eficiência, perda da sensibilidade e deterioração, quando estocados por muito
tempo. No entanto, quando se trabalha a seco, a resistência à água não é significativo.
5.3.9 – Resistências às altas e às baixas temperaturas.
Ob
Todos os tipos de explosivos podem ser armazenados em depósitos com temperaturas variáveis
de -20°C a +50ºC, por longos períodos, podendo ser empregados com temperatura variável de 20ºC a +65ºC.
ra
5.3.10 – Resistência à pressão.
Os explosivos contendo nitroglicerina não detonam se submetidos à compressão superior a
pa
determinados valores. Tal situação verifica-se na prática a se utilizar explosivo imerso em água ou
lama. O fenômeno será mais evidenciado, quando maiores forem os percentuais de nitroglicerina
dos explosivos e quanto maior o tempo de permanência sobre pressão. Estudos mostraram que
ra
isso não significa em pressões até 0,15 MPa, que podem ser representadas por uma camada de
água de cerca de 15m, por um período de 12 horas.
5.3.11 – Exsudação.
ns
Co
Corresponde à segregação dos ingredientes sólidos e líquidos do explosivo, podendo ocorre
devido às seguintes causas: longo período de estocagem más condições de aeração durante a
estocagem; elevada temperatura; grandes variações na pressão atmosférica; gelatinização
defeituosa. Como conseqüência, ocorre na deterioração do explosivo que, nessas condições,
toma-se perigoso (Du Pont,1977).
ul
Segundo Bacci, 2000. “O tipo de explosão deve ser escolhido em função das suas características
e do tipo de rocha a ser desmontada. De modo geral, quanto mais dura for a rocha, maior deve
ta
ser a velocidade de detonação e a força do explosivo, embora alguns estudos mostre que, para
rocha muitos fragmentadas, seja preferível uma velocidade de detonação mais baixa. Além disso,
quanto maior a densidade do explosivo, maiores serão o afastamento e o espaçamento para uma
dada razão de carregamento e, portanto, menor será a quantidade de furos necessário. O
diâmetro adequado para o explosivo está relacionado ao diâmetro da perfuração, de forma que o
explosivo preencha o furo sem esforço, mais também sem folgar excessiva, pois, quanto mais
justo o contato entre o explosivo e a rocha, melhor será sua detonação.
16
5.4 – Explosão e sua dinâmica na rocha.
A característica essencial de uma explosão é a de liberar, em um tempo brevíssimo, uma
grande quantidade de energia nas formas de onda de choque e gases, à pressão e temperatura
muito alta (Berta, 1985).
Na rocha, a propagação da energia liberada inicia-se na frente de detonação, através de
Ob
uma onda de choque que atinge um pico de pressão suficiente para quebra e detonar a rocha ao
redor dos furos. A onda de choque age numa determinada área ao redor do furo, denominada
zona moída, com raio R que, geralmente, não ultrapassa o diâmetro da carga explosiva, essa
dinâmica é representa pela Figura 2.
ra
ra
pa
ns
Co
Figura 2 - Aspecto do Fraturamento e deformação da roca nas proximidades da explosão.
Fonte: Berta, 1985.
ul
Além da zona moída, o pico da pressão cai de forma notável, mas as forças de tração ortogonais
à direção da onda de choque mantêm-se suficiente para produzir uma serie de fraturas radiais,
ta
que corresponde a micro-lesões na rocha. Essas fraturas podem ser observadas que o raio
apresentam de 4 a 6 vezes o diâmetro da carga explosiva, na chamada zona de fratura. A etapa é
definida como fase dinâmica da detonação (Bacci, 2000).
Segundo Bacci (2000) com o aumento da distancia em relação ao ponto de detonação, a onda de
choque atravessa a rocha à velocidade do som, sem provocar fraturas e sem ultrapassar seu
limite de resistência. O comportamento da onda passa, então, ao campo elástico e as
deformações constituem-se em vibrações atenuadas (zona elástica)
17
A onda de choque, ao atingir a superfície livre, representada pela frente da bancada, reflete-se
como onda de tração. Se as forças de tração de onda refletida forem superiores á resistência da
rocha, são geradas fraturas paralelas à superfície livre e, então, a rocha tende à fratura (Figura 3).
ra
Ob
ra
pa
ns
Co
Figura 3 – Fraturas geradas na rocha após a detonação da carga explosiva. Fonte: Berta,
1985
ul
As fraturas produzidas pela onda de choque facilitam a penetração dos gases que exercem uma
tração ainda maior nas suas paredes, completando o desmonte da rocha. Os gases participam no
ta
desmonte de rocha (fase quase estática) também provocam fraturas perpendiculares à sua
direção de expansão, as quais também contribuem para a fragmentação da rocha (Bacci, 2000).
Quando a onda de choque compressiva atinge uma face ou superfície livre, ela se reflete como
onda de tração e, para que se verifique o fenômeno de ruptura da rocha por reflexão da onda de
choque, sua superfície livre deve estar a uma distância determinada, denominada de afastamento.
18
6 – Vibrações.
A vibração é um tipo particular de movimento, caracterizado por deslocamentos repetidos de uma
porção de matéria ao redor de uma posição de repouso (Mancini, 1994). As vibrações podem ser
presenciadas em varias ocasiões, como por exemplo, um objeto que é arremessado na água de
uma lagoa ou qualquer outro corpo hídrico, tendo seu impacto a gera uma frente de onda na
Ob
superfície ar – água que se propaga, em forma circular, a parti do ponto de impacto. Um outro
exemplo é de um navio que navega pelo mar, que quando é atingindo por uma frente de onda,
inicia um movimento vertical para cima e para baixo do seu ponto de repouso. Passando essa
frente de onda ele volta a sua posição inicial.
ra
A principal característica das ondas sísmicas geradas nas rochas é que elas são ondas elásticas,
enquanto que as ondas na superfície aquosas, como exemplos citados acima, são ondas
gravitacionais (Mancini, 1994).
pa
Os exemplos que foram citados acima podem ser comparados a uma detonação realizada em
uma mineração. Por exemplo. O objeto arremessado quando bate na água pode ser comparado
ra
com a própria “detonação”.
Segundo Bacci 2000, para ter um movimento vibratório, são necessárias três condições: um corpo
dotado de massa (massa vibratória), um agente perturbado que afasta a massa de sua posição de
ns
Co
equilíbrio (repouso) e uma força recuperadora que a faça retorna à sua posição inicial, quando
agente perturbado deixa de atuar.
Por exemplo, no desmonte de rocha com uso de explosivo, a massa vibratória corresponde ao
maciço rochoso, o agente perturbado é a onda sísmica na forma de vibrações e a força
recuperadora é a própria elasticidade do material, que faz retorna à sua forma original. Um corpo
elástico é aquele que, submetido a uma determinada força, se deforma (alongando-se ou
ul
encurtando-se), mas, uma vez lhe retirada à força, retorna à forma e dimensão ortogonais. Para
que o corpo seja rompido, é necessária uma força superior à resistência do material a esse tipo de
ta
solicitação, denominada carga e ruptura (Bacci, 2000).
A maioria dos corpos rochosos apresenta uma elasticidade, e o uso de explosivo para sua
explotação causam sua ruptura. Portanto qualquer método utilizado para o desmonte de rocha
produzirá vibrações e conseqüentemente impactos ao meio ambiente, mesmo que por proporções
mínimas.
19
Mesmo que a ruptura não seja atingida, não é possível aplicar a um corpo elástico uma força sem
nele produzir vibrações (Mancini, 1994). Portanto, vibrações são, a resposta do maciço a tais
perturbações formada pela as detonações dos explosivos, e podem ser quantificadas através das
grandezas deslocamento, aceleração, freqüência e velocidade de partícula , assim denominada
para diferenciá-la da velocidade de propagação da onda. Dadas as características da fonte, essas
vibrações são classificadas como transientes.
Ob
6.1 – As grandezas das vibrações.
6.1.1 – Deslocamento.
ra
O deslocamento de um corpo é definido físicamente como a variação de posição de um móvel
dentro de uma trajetória determinada. O deslocamento representa a porção da trajetória pela qual
o móvel se deslocou, formando um afastamento; pode ser expresso na forma escalar ou na forma
pa
vetorial.
u = A sen wt (mm, cm ou m).
onde:
ra
u = deslocamento (mm, cm ou m),
A = amplitude do movimento (m) “Maximo Afastamento”,
W = freqüência angular (rad/s),
t = tempo (s).
ns
Co
6.1.2 – Aceleração.
É a razão de aumento na velocidade de vibração da partícula, ou seja, de como ela oscila em
torno de sua posição de repouso.
a = -Aw2 sen wt (g)
onde:
A = amplitude do movimento (m),
t = tempo (seg).
ta
w = freqüência angular (rad/seg),
ul
a = aceleração (g),
20
6.1.3 – Freqüência.
É o numero de oscilações que ocorrem durante 1 segundo e tem como unidade Hetz (Hz).
f = 1/T = w/2 π (s-1).
Onde:
f = freqüência (Hz),
Ob
T = período,
w = freqüência angular (rad/s).
ra
ra
pa
ns
Co
Figura 4 - Oscilações harmônicas das ondas sísmicas. Fonte: Persson et al., 1994.
ul
As detonações com explosivos geram freqüências elevadas e de curta duração. A freqüência
levada em considerações na avaliação dos danos gerados é aquela comoscilação de maior
amplitude, denominada freqüência principal.
ta
A freqüência das vibrações depende, fundamentalmente, das características do maciço rochoso e
da distância da detonação. Em rochas mais brandas, verificam-se vibrações de baixa freqüência
(abaixo de 20 Hz) e em rochas compactas, duras, vibrações de alta freqüência (acima de 40
Hz).As fraturas em geral, falhas ou outras estruturas geológicas, presentes no corpo rochoso
explotado, e que estejam localizados na trajetória de propagação das ondas sísmica, podem
fornece diversos valores de freqüência.
21
As freqüências analisadas nas detonações realizadas na Pedreira Bangu apresentaram valores
aproximados entre 15 a 86 Hz.
O US Bureau of Mines admite os seguintes valores:
Para terrenos com coberturas dentríticas de grande espessura, a freqüência varia de 4 a
10 Hz;
Ob
Para terrenos com coberturas dentríticas com espessura média, a freqüência varia de 10
20 Hz e para rochas compactas, de 20 a 80Hz.
Um dos maiores problemas da mineração em meio urbanos são os incômodos causados pelas
ra
vibrações geradas pelos empreendimentos a comunidade vizinha. Velocidade de vibração da
partícula e principalmente a freqüência associada podem apresentar um grande perigo as
estruturas civis, devido ao fenômeno natural denominado de ressonância.
pa
A ressonância é quando as freqüências de vibração que atingi uma estrutura qualquer, se
coincidiram com a sua freqüência natural, fazendo com quer a estrutura sofra grandes danos ou
ate mesmo o seu desabamento. Um exemplo desse caso ocorre nos abalos sísmicos
ra
(terremotos).
Na freqüência ressonante, a vibração das estruturas das residências pode ser amplificada de 2,5
ns
Co
vezes em relação ao pico de vibração do terreno. Já a vibração das paredes internas das
residências pode ser amplificadas de 8 vezes (Siskind e Stagg, 1997).
As freqüências naturais dos edifícios convencionais variam entre 4 e 28 Hz, decrescendo com o
aumento na altura da estrutura; portanto, as vibrações mais perigosas relacionadas a essas
construções serão aquelas com freqüência dentro desse intervalo. As vibrações que apresentam
altas freqüências são menos perigosas as edificações.
ul
ta
22
6.1.4 – Velocidade de Vibração da Partícula.
É o deslocamento no tempo durante um movimento vibratório de uma partícula.
V = Aw cos wt (mm/s ou cm/s).
Onde:
V = velocidade (mm/s, ou cm/s),
Ob
A = amplitude máxima,
W = frequencia angular,
t = tempo (s).
A manifestação física da propagação das ondas sísmicas num meio material é a vibração das
ra
partículas do terreno no qual as ondas se propagam (IPT, 1988). No entanto, a velocidade de
vibração da partícula é diferente da velocidade de propagação da onda sísmica e não deve com
esta ser confinada, já que é muito baixa (Bacci, 2000).
pa
O movimento vibratório das partículas tem características teóricas do movimento harmônico
simples. As variáveis do movimento vibratório do terreno estão condicionadas às características
das ondas sísmicas que solicitam, dinamicamente, os meios de sua propagação, assim como as
ra
características e propriedades desse meio (Bacci, 2000).
Essa grandeza é a atualmente a mais importante, para medições realizadas nos desmontes de
ns
Co
rocha com uso de explosivos. Já que a sua intensidade pode danificar gravemente uma estrutura.
Walter (1997) descreveu a influencia da variação litológica nas produções das vibrações,
mostrando como a presença de lentes e camada de matérias dura em conglomerados friáveis
provoca um aumento nos níveis de vibração gerado pelo uso de explosivos. O autor descreve a
construção de uma vala para implantação de uma comunidade de classe média, onde o meio
rochoso escavado é um conglomerado friável que apresenta em seu interior lentes finas,
compostas por um material de dureza e competência alta. As ocorrências dessas lentes são
variação drástica no nível da vibração registrado quando ele ocorre.
ul
casuais, abruptas, com maior ou menor transição dentro do conglomerado, o que causa uma
ta
Durante a escavação do canal, com 7800 m de comprimento e 4 a 6 m de altura, o nível de
vibrações estava muito próximo do limite de e segurança, a distancia entre 12 e 18 m das casas.
Com essa distancias a carga explosiva máxima por espera usada, deveria ser muito baixas para
que as vibrações não ultrapassassem os 50 mm/s limite estabelecido por lei dependendo do valor
da Freqüência. Novos cálculos foram feitos e a carga a ser utilizada foi estipulada dentro do limite
permitido.
23
Nas primeiras detonações, como já era esperado devido a proximidade das casas, o nível de
vibração medido foi superior ao limite admissível (50mm/s). Porém, nos desmontes sucessivos, os
valores de vibração baixaram para níveis normais de operação. Entretanto, no decorre do
trabalho, observou-se um aumento repentino nos níveis de vibração, sem que fossem alteradas as
características do plano de fogo, que é o planejamento da seqüência de detonação de explosivos.
Walter analisou todos os fatores envolvidos como: dureza da rocha, possíveis falhas nos disparos,
Ob
pequeno fraturamento no material desmontado, geologia local etc., depois de varias analises
concluiu que as lentes de sílica eram as causadoras do aumento repentino da velocidade, já que
as áreas que forneciam altos níveis de vibração coincidiam com aquelas de baixa fragmentação.
Para sanar o problema os planos de fogo eram modificados quando durante a perfuração
ra
encontrassem uma lente de sílica.
6.2 – Tipos de movimento de ondas.
pa
É a energia liberada na detonação gera um campo de força dinâmica que produzem uma
deformação do tipo elástica na rocha, propagando-se na forma de ondas sísmicas (Bacci, 2000).
No caso de fontes sísmicas esféricas (como as cargas explosivas) um meio elástico homogêneo
ra
ideal, o único tipo de movimento gerado é o movimento compressivo, com oscilações das
partículas na direção de propagação da onda. Como a detonação de cargas não é perfeitamente
esférica, e o meio através do qual as ondas se propagam não é contínuo, homogêneo e
(Scott,1996).
ns
Co
isotrópico, não refletindo, portanto, condições ideais,vários tipos de ondas sísmicas são geradas
Existem quatro tipos de ondas elásticas possíveis de serem observadas nos ensaios sísmicos.
Delas, a onda mais rápida que atravessa a rocha é denominada Primária (onda P, compressional
ou longitudinal). Propaga-se em todas as direções, radial ou longitudinalmente a parti de fonte de
energia, com compressões e trações orientadas na direção de propagação. Assim, os
ul
deslocamentos das partículas ocorrem ao longo da direção de propagação (Figura 5).
ta
24
Ob
Figura 5 - Representação esquemática da onda primária e da movimentação de partículas
na sua passagem.
ra
Paralelamente a onda P, surge uma onda mais lenta, denominada de onda Secundária (onda S,
cisalhante ou transversal). São ondas do tipo cisalhante que movimentam as partículas
pa
perpendicularmente à direção de propagação, nas suas infinitas direções (figura 6)
ra
ns
Co
Figura 6 - Representação esquemática da onda secundária e da movimentação da partícula
na sua passagem . Fonte: Scott, 1996.
ul
As ondas P e S são denominadas de ondas de corpo, por apresentarem capacidade de se
propagarem na superfície e no interior dos maciços rochosos. Quando essas ondas atingem a
ta
superfícies, surgem outras formas de ondas, chamadas de superficiais. Essas ondas apresentam
um movimento bem diferente das de corpo, tendo grandes amplitudes, baixas freqüências e
menores velocidades de propagação. Esse tipo de onda é divida em duas, ondas Rayleigh e Love.
As ondas de Rayleigh, ou ondas R, são caracterizadas pelo movimento elíptico retrógrado das
partículas num plano da direção de propagação da onda (Figura 7). Essa só tem existência no
25
plano radial vertical, ou seja, não tem componentes transversal num meio perfeito e não precisam
de camada para sua existência (Oriard, 1982).
ra
Ob
Figura 7 - Representação esquemática da onda de Rayleigh e da movimentação da partícula
na sua passagem. Fonte: Scott, 1996.
pa
As ondas Love são caracterizadas pelo movimento das partículas num plano tangente à superfície
na direção horizontal à direção de propagação; não tem componente vertical de movimento e
requerem, pelo menos, uma camada sólida na parte superior do semi-espaço para a sua
ra
existência (IPT, 1988). Essas ondas podem ser visualizadas na Figura 8, a seguir.
ns
Co
ul
Figura 8 - Representação esquamática da onda de Love e da movimentação da partícula na
sua passagem. Fonte: Scott, 1996.
ta
26
6.3 – Propagação das ondas.
Para uma visualização intuitiva do fenômeno de propagação das ondas no terreno, pode se
imaginar que, do ponto de vista inicialmente perturbado do corpo (fonte de energia), parta uma
ordem ou um sinal que faz entrar em vibrações, sucessivamente, todas as partículas do corpo; a
velocidade com a qual a ordem inicial atinge uma partícula depois da outra é a velocidade de
Ob
propagação da onda no terreno a qual tem valores diversos, dependendo do tipo de material que
atravessa.
Para ondas elásticas, no geral, os valores são mais elevados quanto mais rígido e mais denso é o
ra
meio de propagação. Quanto maior a deformação do corpo rochoso, menor é a vibração gerada
(Mancini, 1994).
As características das vibrações e a propagação das ondas geradas no desmontes de rocha, são
pa
influenciadas por inúmeros parâmetros, principalmente pela geometria do plano de fogo
(espaçamento entre furos, afastamentos, inclinação, profundidade, sub-furação, diâmetro, arranjo
dos furos), distribuição da carga explosiva, seqüência de detonação, peso da carga explosiva por
ra
espera, peso da carga total, tamanho do retardo, distância entre o ponto de observação e o local
da detonação, qualidade da propriedade do maciço rochoso na qual a onda se propaga entre
outras.
ns
Co
Um extenso estudo sobre as diversas formas de interferências da qualidade geotécnica de
maciços, a partir da velocidade de propagação de ondas, foi realizado por Sjogrenn em 1979 e
tempos depois em 1991 por Malagutti Filho. Esses autores obtiveram correlações empíricas de
velocidade de partícula (Vp) com o Rock Quality Designatation (Designação do índice de
Qualidade – RQD), e com o numero de fratura por metros, denominadas com base na observação
e cerca de 1700 m de amostra de sondagens mecânicas, executadas em maciços ígneos e
metamórficos. As boas correlações médias, obtidas entre a velocidade de propagação, o RQD e o
ul
número de fraturas por metro, levaram os autores à conclusão de que a velocidade de
propagação da onda longitudinal pode ser adequadamente utilizada na previsão do fraturamento
projetos, em que não se dispõem de sondagens.
ta
de maciços rochosos de natureza ígnea e metamórfica, principalmente em fases prévias de
27
6.4 – Reflexão, refração e atenuação das ondas.
As leis os princípios válidos para propagação das ondas de luz são aplicadas à propagação das
ondas elásticas (lei de Huyghens, Princípio de Fermat, Lei de Snell) ocorrendo fenômenos de
reflexão e refração das ondas, tão mais intenso quanto mais nítida a superfície de separação
desses meios mais diferentes as suas propriedades mecânicas (Bacci,2000).
Ob
Na refração a menor densidade do meio refratada desempenha o papel de retardar da velocidade
de propagação da frente de onda. Como conseqüência desse fenômeno físico meios com
menores densidades e, portanto, com menores impedâncias apresentam maiores amplitudes de
ra
ondas (IPT, 1988).
A impedância do meio é representada pelo produto da sua densidade, e pela velocidade de
propagação sísmica. Quando uma onda atravessa um novo meio de propagação com impedância
pa
diferente do interior, uma fração de energia será refletida e outra fração será transmitida ao meio.
Os maciços rochosos não são perfeitamente elásticos, a energia liberada na detonação explosiva,
quando transmitida à zona sísmica, é decepada seguindo determinada lei de atenuação, que
acontece devido a diminuição de energia emanada da fonte e a perda de energia por calor, em
ra
virtude do atrito entre partículas, e conseqüências de fenômenos físicos como o movimento dos
cristais ou própria visco-elasticidade do meio.
ns
Co
As presenças de uma o mais descontinuidades transversais na trajetória de onda, provoca
reflexão e refração, originando novas ondas com características diversas. A descontinuidade mais
marcantes de todas é o contato sólido-ar, denominado “superfície livre”, já que o sólido não está
confinado pelo material adjacente. A descontinuidade natural mais significativa desse tipo,
encontrada na natureza, é a superfície da terra, onde são realizadas as observações das ondas
(IPT, 1988).
ul
ta
28
7 – Aspectos Fisiográficos.
7.1 – Geologia regional.
Ocupando uma área de 44.268 km², o Estado do Rio de Janeiro é predominantemente formado de
rochas do Pré - Cambriano, sobressaindo-se migmatitos, gnaisses de diversos tipos e harnoquitos
Ob
subordinamente, além de rochas plutônicas básicas e granitóides. Restritamente ocorrem rochas
alcalinas provenientes de um magmatismo cretácico-terciário, depósitos de pequenas bacias
terciárias e faixas contínuas correspondentes aos depósitos quaternários de restingas ou fluviais.
ra
No município do Rio de Janeiro ocorrem regionalmente gnaisses e migmatitos de composições e
estruturas variadas, estudados, mapeados e subdivididos em duas séries distintas: a Série
inferior, ortognáissica e a Série superior, paragnáissica (Hembold et al). As intrusivas ácidas do
município do Rio de Janeiro ocorrem amplamente, sob diversas formas, estruturas e texturas
pa
(Rubem Porto Jr. & Sergio de Castro Valente, 1988).
O Maciço da Pedra Branca, onde está localizado a área, é formado por gnaisses e migmatitos
ra
encaixantes, com granitóides de várias gerações (Rubem Porto Jr. & Sergio de Castro Valente,
1988) que alguns pesquisadores acreditam gradar de uma composição granodiorítica nas partes
centrais, até
tipos mais ácidos em direção às bordas norte e sul (Penha, 1984; Penha &
Wiedemann, 1984).
ns
Co
Regionalmente as rochas encaixantes são ganisses fortemente bandados, com granulometria
média a fina, geralmente escuros ou, no máximo, acinzentados. A petrografia na composição
modal varia de granítica a quartzo-diorítica, com textura granular hipidiomórfica e com
granulometria média. Os gnaisses graníticos são leucocráticos com foliação denotada por biotitas
e também pelo alinhamento dos grãos de microclina e segregação de bandas quartzosas.
ul
Os gnaisses quartzo-dioríticos são mesocráticos, com bandamento félsico-máfico bem marcado. A
banda félsica é caracterizada por plagioclásio, quartzo, biotita e microclina-micropertítica. A banda
ta
máfica é caracterizada pela presença de hornblenda em cristais médios de hábito tabular, rica em
intrusões de apatita, minerais opacos e titanita, mostrando nítida associação com biotita. As
diferenças entre as bandas félsicas e máficas se resumem à ausência de feldspato alcalino, a
menor quantidade de quartzo e a abundância de hornblenda na banda máfica (Rubem Porto Jr. &
Sergio de Castro Valente, 1988). Ocorrem vários granitóides na área, com texturas e estruturas
diversas, e que também podem ser distintos no campo por outros critérios.
29
O granitóide de maior distribuição foi denominado de granitóide Pedra Branca (Foto 1), que é uma
rocha leucocrática, inequigranular-hipidiomórfica, porfirítica, com granulometria variando de fina a
grossa. É caracterizado pela abundância de megacristais de microclina-micropertítica poiquilítica,
com granulometria média de 3 cm. A composição média em percentual de volume pode ser
expressa por : microclina - 31 %, plagioclásio- 26 %, oligloclásio- 8 %, quartzo- 24 %, biotita- 8%
e outros- 3%. Assim, segundo Campo 3B de Streckeisen, 1976, o granitóide pode ser classificado
como Monzogranito (Rubem Porto Jr. & Sergio de Castro Valente, 1988).
ra
Ob
ra
pa
ns
Co
Foto 1 - Assembléia mineral do Granito Pedra Branca, sob luz polarizada.
O outro corpo granítico observado possui caraterísticas muito distintas do Granito Pedra Branca e
são intrusões tabulares, discordantes com a foliação gnáissica, e que também cortam o Granito
Pedra Branca e os veios aplíticos e pegmatíticos a ele relacionados, sendo, portanto um granito
mais jovem, tendo sido denominado de Granito Favela (Pires et alli, op. cit.). Trata-se de uma
biotita granito debilmente foliado, leucocrático, com textura inequigranular hipidiomórfica. Sua
(Rubem Porto Jr. & Sergio de Castro Valente, 1988).
ul
mineralogia básica é formada por microclina, ortoclásio, plagioclásio, quartzo, biotita e acessórios
ta
O Granito Favela, ao contrário do Granito Pedra Branca, não possui, fase aplítica desenvolvida e
estruturalmente encontra-se uma orientação linear, preferencialmente planar, de megacristais de
microclina que, volumetricamente são bem mais restritos do que aqueles encontrados no outro
granitóide (Foto 2).
30
ra
Ob
pa
Foto 2 - Assembléia mineral do Granito Favela, sob luz polarizada. Observa-se a textura
granoblástica, mais grosseira do que o Granito Pedra Branca.
7.2 – Geologia Local.
ra
Como decorrência dos trabalhos geológicos, na escala, 1:1.000, obteve-se a definição das
unidades litológicas que compõem o Maciço do Sandá, onde está localizada a pedreira Bangu.
Para tal definição foram levados em consideração o conteúdo mineralógico de cada unidade,
ns
Co
idades relativas, trama principal, orientação e geometria das estruturas. A integração das
informações obtidas em campo e laboratório (lâminas petrográficas), permitiram então a definição
de duas unidades litológicas, sendo estas as rochas encaixantes e as rochas intrusivas.
7.2.1 – Rochas Encaixantes.
ul
Esta unidade representa quase que a totalidade da reserva da jazida e é composta por
ortognaisses migmatíticos que formam a série inferior do município do Rio de Janeiro (Hembold et
ali, 1965). Trata-se de uma rocha essencialmente gnaissica, um Biotita Gnaisse, de granulação
melanocrático secundariamente.
ta
variável de média a grosseira, preferencialmente mesocráticas, podendo ocorrer porções
Nota-se ainda que esta rocha apresenta um bandamento composicional descontínuo com
espessura variando de centimétrico a métrico,
gerando uma alternância irregular de níveis
félsicos e máficos. Nas porções mais migmatíticas, a rocha apresenta estruturas planares menos
marcantes, mostrando áreas de fusão parcial, formando manchas irregulares e veios aplíticos de
31
quartzo e feldspato (neossoma) apagando elementos da trama. Estas regiões mais fundidas são
bordejadas por orlas escuras ricas em biotita (melanossoma). Estes restitos máficos, apresentam
sua orientação principal bem marcada. Sob luz polarizada, observa-se que esta rocha possui
comumente
uma
textura
inequigranular
granoblástica
nas
porções
mais
félsicas
e
granolepidoblásticas nas porções mais máficas. A assembléia mineral é dominada microclina,
plagioclásio, quartzo e biotita. Apatita, zircão e opacos são acessórios comuns. Os minerais
secundários são clorita, sericita, muscovita, carbonato e epidoto.
Ob
A microclina é micropertítica e poiquilítica, apresenta-se xenomórfica ou subhédrica, e geralmente
apresenta a típica geminação in tartan. O plagioclásio é do tipo oligoclásio-andesina e ocorre sob
a forma de cristais tabulares, assim como também cristais xenomórficos, mostrando geminação
ra
polissintética. A alteração mais observada nesses cristais de feldspato são a sericitização, a
epidotização, e o aparecimento de carbonatos e muscovita.
pa
O quartzo ocorre comumente xenomórfico, exibindo efeitos deformacionais variáveis; podem
apresentar tanto extinção ondulante como também podem apresentar-se límpidos, de coloração
cinza ou amarelada. O quartzo ocorre comumente xenomórfico, exibindo efeitos deformacionais
variáveis; podem apresentar tanto extinção ondulante como também podem apresentar-se
ra
límpidos, de coloração cinza ou amarelada.
A biotita apresenta uma orientação preferencial de suas lamelas tabulares e mostram um
ns
Co
pleocroísmo acentuado que varia de amarelo pálido a marrom escuro, exibindo por vezes, uma
parcial alteração para clorita. Observa-se ainda neste mineral as inclusões de apatita e zircão.
ul
ta
Foto 3 - Afloramento do Biotita Gnaisse, onde se observa bandamento composicional e
boudinagem de foliação
32
ra
Ob
pa
Foto 4 - Assembléia mineral do Biotita Gnaisse, sob luz polarizada, composta por biotita,
plagioclásio, quartzo, apatita e zircão.
ra
ul
ns
Co
ta
Foto 5 - Assembléia mineral do Biotita Gnaisse, sob luz polarizada, onde se observa a
alteração de biotita para clorita e saussaritização de microclina.
33
ra
Ob
pa
Foto 6 - Assembléia mineral do Biotita Gnaisse, sob luz polarizada, onde se observa
microclina micropertítica e germinação in Tartan.
7.2.2 – Rochas Intrusivas.
ra
As rochas intrusivas observadas se tratam de diabásios e ocorrem sob a forma de diques
tabulares verticalizados com espessuras que variam de centimétricas a métricas.
ul
ns
Co
ta
Foto 7 - Dique de Diabásio.
34
ra
Ob
Foto 8 - Textura ofititica no Diabásio, observada sob luz polarizada.
pa
7.3 – Aspectos Pedológicos.
A Região é composta por Litossolos que aparecem nas porções mais elevadas do maciço bem
ra
como na sua encosta, são rasos pouco desenvolvidos de fertilidade variável e sustentam a
cobertura de resquícios de floresta tropical.
Junto ao sopé dos morros observam-se Cambissolos, mais desenvolvidos, com maior
ns
Co
profundidade, apresentando os horizontes A e B, apresentando no horizonte B, relevante
acumulação de argila (fração 0,002mm), possivelmente translocada por iluviação, apresentando
coloração bruno/amarelo/alaranjado.
O horizonte B mostra ainda um aparente desenvolvimento de uma seção subsuperficial
relativamente compacta, que se apresenta adensada e aparentemente cimentada quando seca,
ul
constituída predominantemente por quartzo e argila. As planícies próximas apresentam latossolos
vermelho/alaranjados e solos podzólicos. São bem drenados e apresentam textura média a
argilosa.
ta
35
Na região abrangente da pesquisa, o perfil estratigráfico é apresentado a seguir :
Horizonte A – 0,20 m
Ob
Horizonte B – 1,30m- sub-solo amarelo ocre ,
arenoso pouco intemperizado
Horizonte A – 0,20 m
ra
Figura 9 - Perfil pedológico da área de estudo.
pa
7.4 – Fraturas.
Na área da cava foram constatados três tipos de fraturas, as naturais, de alívio e fraturas
ra
formadas pelas detonações. Segundo Bacci, 2000 as fraturas subhorizontais (de alívio) apresenta
pouca significância no estudo das vibrações, pois a onda sísmica caminhando paralelamente ao
plano de mergulho subhorizontal, não sofre atenuação devido à este sistema, sendo assim não
influenciando nas vibração, já as fraturas provocadas pela detonação só tem influencia local, não
ns
Co
tendo um valor significativo para intensificação da vibração. Portanto as fraturas de alívio e as
formadas por detonações não foram utilizadas nas analises.
As fraturas analisadas foram separadas em duas famílias, a primeira denominada de FB1
apresenta direção nordeste-sudoeste, com mergulho acentuado e segunda denominada de FB2
apresenta direção noroeste-sudeste, com o mergulho também acentuado (Tabela 1).
FB1 -
ul
Família
Direção
Mergulho
Espaçamento (m)
245
80°
5 (o espaçamento aumenta com a
ta
profundidade)
FB2 -
175
82°
5 (o espaçamento aumenta com a
profundidade)
Tabela 1 - Famílias de fraturas e suas características.
36
7.5 – Caracterização Geomecânica do Maciço Rochoso
A seguir será apresentado a classificação geomecanica do maciço rochoso, através do sistema Q
de Barton et ali (1994) e do critério do RMR – Rock Mass Rating, proposto por Bieniawiski, Z.T
(1989).
Ob
7.5.1 – SISTEMA Q
Segundo Barton et ali (1994), os parâmetros geomecânicos observados no campo para a
classificação do maciço são os seguintes (tabela 2):
ra
Jv: número de juntas por m³
Jn: índice de diáclases
Jr: índice de rugosidade
pa
Ja: índice de alteração
Jw: coeficiente redutor pela presença de água
SRF: coeficiente redutor devido às tensões
ra
RQD: qualidade do maciço rochoso
RQD = 115 – 3,3 Jv (RQD = 100 para Jv < 4,5)
Q = RQD x Jr x Jw
ns
Co
Jn
Ja
SRF
Os parâmetros Jv, Jn e SRF foram observados no paredão de rocha exposta na atual frente de
lavra a céu aberto, o que facilitou muito a observação do tamanho de blocos que as fraturas
geram, o número de famílias de fraturas e a avaliação do maciço segundo o zoneamento das
fraturas (se há uma ou mais regiões de fraqueza com presença de argila), respectivamente.
ul
Os parâmetros Jr (a situação do contato entre as faces da descontinuidade), Ja (a alteração do
material de contato da descontinuidade) e Jw (a presença de água nas fraturas) puderam ser
ta
observados nas fraturas acessíveis do maciço já lavrado, nas partes mais elevadas e mais
rebaixadas da pedreira.
No caso da área em estudo, os valores dos parâmetros foram os seguintes: RQD = 100 (pois Jv <
4,5); Jn = 3,0; Jr = 2,0; Ja = 1,0; Jw = 1,0 e SRF = 2,5 (tabela 2).
Q = 100 x 4,0 x 1,0 = 10,0 (bom)
4,0
4,0
2,5
37
ra
Ob
ra
pa
ul
ns
Co
ta
Tabela 2 - Parâmetros Geomecânicos para Classificação de Maciços Rochosos. Fonte:
Barton et al., 1994.
38
7.5.2 – RMR
Segundo o critério do RMR – Rock Mass Rating, proposto por Bieniawski, Z.T. (1989) os
parâmetros geomecânicos observados no campo e nos resultados dos ensaios para a
classificação do maciço são os seguintes:
Ob
σc: valores de tensão
RQD: valores de RQD nos testemunhos de sondagem
S: valores de espaçamento das juntas
J: valores de condições das juntas
ra
W: valores para água subterrânea
RMR = σc + RQD + S + Jcondition + Water
Valor (kg/cm²)
pa
RMR – Resistência à compressão simples da rocha intacta
> 2500 1000-2500
500-
250-500
50-250
10-50
<10
4
2
1
0
1000
15
12
7
ra
Ponderação
RMR RQD e separação de fraturas
0
1
2
10 11 12
13
14 15
Ponderação
40 34 31 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20
19
18 17
Juntas por metro
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
28
29 30
Ponderação
17 16 15 14 14 13 13 12 12 11 11 10
10
9
Juntas por metro
31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42
43
44 45
Ponderação
9
4
4
8
3
8
4
7
5
6
7
8
9
ns
Co
Juntas por metro
7
7
6
6
6
5
5
5
9
4
RMR estado das fraturas
1–3m
3 – 10 m
10 – 20 m
20 m
Ponderação
6
4
2
1
0
Abertura
0
<0.1 mm
0.1 – 1 mm
1 – 5 mm
5 mm
Ponderação
6
5
4
1
0
Rugosidade
Muito
Rugoso
Ligeirament
Liso
rugoso
Ponderação
Preenchimento
Ponderação
e rugoso
Espelho de
ta
<1
ul
Resistência
falha
6
5
3
1
Não há
Duro com
Duro com
Brando com
Brando com
espessura
espessura
espessura
espessura
< 5 mm
> 5 mm
< 5 mm
> 5 mm
5
4
1
0
6
0
39
Alteração
Não afetado
Ligeiro
Moderado
Alto
Decomposto
6
5
3
2
0
Ponderação
RMR efeito da água
Estado
Seco
Lig. úmido
Úmido
Pingando
Escoamento
15
10
7
4
0
Ponderação
Direção perpendicular ao eixo de escavação
Ob
Direção paralela ao eixo
Mergu-
da escavação
lho de
0°-20°
qualquer
direção
Escavação contra o
mergulho
mergulho
ra
Escavação a favor do
Mergulho
Mergulho
Mergulho
Mergulho
Mergulho
45° - 90°
20° - 45°
45° - 90°
20° - 45°
45° - 90°
20° - 45°
Muito favorável
Favorável
Média
Desfavorá
Muito
Média
Média
-vel
desfavoráve
-5
-5
-2
-5
l
-10
ra
0
pa
Mergulho
-12
Tabela 3 - Parâmetros de qualificação do maciço rochoso. Fonte: Bieniawski, 1989.
RMR
Categoria
Estado da
ns
Co
rocha
81-100
I
Muito boa
61-80
II
41-60
III
Média
21-40
IV
Ruim
< 20
V
Muito ruim
Boa
Tabela 4 - Categorias do maciço rochoso segundo o índice RMR. Fonte: Bieniawski, 1989.
ul
Como não dispomos do testemunho de sondagem para o cálculo do RQD, utilizaremos o valor da
ta
classificação de Barton (RQD = 100).
O valor da resistência a compressão uniaxial simples, fornecido pela empresa foi de 2585,7
kgf/cm², que na ponderação corresponde ao valor 12. O RQD adotado a partir dos parâmetros de
Barton corresponde ao valor 1, cuja ponderação corresponde ao número 34. A influência da água
no maciço foi avaliada como pingando, correspondendo ao número 4 na ponderação.
40
As condições das fraturas corresponderam aos seguintes valores: espaçamento de 1-3 m;
abertura de 1 a 5 mm; ligeiramente rugosas; sem preenchimento, com, alteração ligeira. O
somatório das ponderações corresponde aos seguintes valores respectivamente: 4 + 1 + 3 + 6 + 5
= 19 (S + Jcondition)
O resultado para o maciço em estudo é de:
Ob
RMR = 15 + 29 + 19 + 10 = 73 (Categoria II – Boa)
Os valores encontrados são característicos de rochas competentes, consideradas boas em termos
de estabilidade.
ra
ra
pa
ul
ns
Co
ta
41
8 - Principais Normas e Aplicações ao Desmonte de Rocha com Uso de
Explosivos.
Todas as atividades mineradoras ou ate mesmo de construção civil que se utiliza de explosivos,
são controladas por normas técnicas, que determinam não só o valor limite de vibração e ruídos
das sobpressões, mas também os danos estruturais a edificações vizinhas.
Ob
Segundo Bacci, algumas normas existentes foram elaboradas com base em dados experimentais,
analisando parâmetros como o tipo de construção e o material utilizado, outras se basearam
apenas em valores empíricos, mas todas elas apresentam valores conservativos.
ra
A seguir serão apresentadas às compilações de três normas importantes apresentadas no
trabalho de Bacci, 2003, e são elas: a Alemã, por ser considerada a mais completa e por ter sido
referencia para elaboração de outras normas, a Americana, porque é utilizada em quase todo
pa
continente americano e também devido ela ser base para os valores registrados pelos aparelhos
sismográficos usado neste trabalho e por fim, a Brasileira que é usada no território nacional.
ra
8.1 – A Norma Alemã (DIN 4150).
Antes dos anos 80, vigoravam duas normas distintas na Alemanha, até então dividida. Na
Alemanha Oriental, a recomendação vigente considerava dois parâmetros: a tipologia estrutural
ns
Co
do edifício submetido aos efeitos da vibração, subdividido em quatro classes distintas, e a
freqüência característica do fenômeno vibratório, enquanto que, na Alemanha Ocidental,
admitiam-se diferentes freqüências em função da tipologia estrutural do edifício, tomando como
referência apenas a componente vertical da velocidade de vibração da partícula (Vp).
Com o decorrer dos anos, e após a unificação das duas Alemanhas em 1989, a Norma DIN 4150
(1986) foi adotada como norma-padrão e tem sido atualizada desde então. Ela fornece os valores
ul
limites de velocidade de vibração de partícula em mm/s, considerando o tipo de estrutura civil e o
intervalo de freqüência em Hz, os quais demonstram estarem os edifícios fora de risco de danos.
As três classes de edifício definidas pela norma são:
b) Habitações.
c) Monumentos e construções delicadas.
ta
a) Edifícios estruturais.
As freqüências são analisadas em três intervalos, ou seja, valores menores que 10Hz, valores
entre 10-50Hz e valores entre 50-100Hz. A norma prevê que, para freqüências acima de 100Hz, a
estrutura suporta níveis altos de vibração. Os valores de velocidade de vibração de partícula
42
definidos variam de 3mm/s, no caso de monumentos e construções delicadas com freqüência
inferior à 10Hz, até 50mm/s, no caso de estruturas industriais com freqüência entre 50 -100Hz.
Na avaliação dos danos estruturais causados pelas vibrações do terreno, os valores-limites de Vp
admitidos para diversos tipos de construções, em função da freqüência, são apresentados na
Tabela 5. Valores de freqüências acima de 100Hz podem ser aceitos nas partes mais altas dos
edifícios. Outros valores, medidos abaixo dos limites especificados anteriormente, são
considerados não danosos à estrutura civil.
Ob
Essa norma é aceita em toda comunidade européia como norma-padrão. Muitos países europeus
desenvolveram suas próprias normas, baseando-as na DIN 4150 ou relacionando-as a ela.
ra
ra
pa
ns
Co
Tabela 5 - Valores admitidos pela norma alemã DIN 4150 para danos em edifícios. Fonte:
Bacci, 2000, adaptado de Berta, 1985.
ul
8.2 – Norma Norte-Americana - USBM (RI 8507) e OSMRE.
ta
O Bureau of Mines americano sempre se destacou como pioneiro nos estudos das vibrações,
tendo como preocupação o estabelecimento de um limite de segurança que não causasse danos
estruturais em construções civis.
A maioria dos seus trabalhos correlaciona os parâmetros deslocamento, freqüência, velocidade
máxima de partícula e distância segura com a energia liberada na detonação.
43
Duvall e Fogelson (1962) concluíram que danos em residências são propocionais à velocidade
de vibração de partícula e que danos maiores (queda de reboco ou rachaduras) podem ser
esperados a partir de Vp de 190mm/s (7,6pol/s). Já danos menores (trincas no reboco, abertura
de rachaduras preexistentes) podem ser esperados a partir de Vp de 140mm/s (5,6pol/s) e que
50mm/s (2,0pol/s) representa um valor razoável de separação entre zona de segurança e uma
zona de prováveis danos.
Ob
O Boletim 656, publicado pelo Bureau of Mines em 1971, intitulado "Blasting Vibrations and Their
Effects of Structures", propôs uma velocidade máxima de partícula de 50mm/s (2,0pol/s) como o
nível de segurança para as construções civis. A probabilidade de danos a uma estrutura
residencial varia conforme aumenta ou diminui, em proporção, o nível de vibração acima ou
ra
abaixo de 50mm/s.
O critério atual de danos desenvolvido pelo United States Bureau of Mines (USBM) baseia-se nas
pesquisas realizadas em minerações a céu aberto e publicadas em 1980 no Report of
pa
Investigation RI 8507, intitulado "Structure Response & Damage Produced by Ground Vibration
from Surface Mine Blasting" (Siskind et al., 1980). Nesse trabalho, foi constatado que existe um
sério problema com a ressonância estrutural, originada em resposta à vibração de baixa
ra
freqüência propagada no terreno, apresentando como resultado aumentos em deslocamentos e
deformações, o que veio reforçar a idéia de que danos podem ser ocasionados pela freqüência.
Os limites de danos adotados no RI 8507 foram definidos para "danos domésticos do tipo mais
ns
Co
superficial", ou seja, fissuras internas que se desenvolvem em todas as residências,
independentemente das vibrações geradas pela detonação de explosivos.
Os níveis de vibração de partícula seguros foram definidos como "níveis com improbabilidade de
produzir fissuras no interior de residências ou quaisquer outros danos". Esses níveis são
apresentados na Tabela 6 e são definidos como limites conservativos. Os valores foram muito
criticados pela indústria das pedreiras por serem considerados desfavoráveis à produção.
ul
ta
44
Ob
ra
Tabela 6 - Níveis seguros de velocidades de vibração da partícula para estruturas civis.
Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Siskind et al., 1980.
O United States Bureau of Mines (USBM) e o Office for Surface Mining Reclamation
pa
(OSRME) estabeleceram dois critérios para o controle dos danos provocados pelas
vibrações no terreno. Os dois critérios, mostrados na Figura 10, constituem uma
referência de velocidade máxima de vibração de partícula (Vp) em função da
freqüência.
ra
ul
ns
Co
ta
Figura 10 - Diagrama representando os limites de Vp e de deslocamento, sugeridos pelo USBM e
OSMRE, medidos em mm/s e mm, respectivamente, em função da freqüência, em Hz. A linha
tracejada, em baixo, refere-se aos valores propostos pelo USBM para paredes rebocadas. Fonte:
Bacci, 2000, modificado de Berta, 1985.
45
8.3. Norma Brasileira (NBR 9653) - Associação Brasileira de Normas
Técnicas (ABNT)
Publicada inicialmente em 1986, a norma brasileira NBR 9653, foi concebida pela Associação
Brasileira de Normas Técnicas a partir do monitoramento da vibração produzida pelos desmontes
de rocha com uso de explosivos em pedreiras operando junto à periferia das grandes
concentrações urbanas, sendo coletados dados para estudo desde a década de 70. Todos os
dados foram tratados estatisticamente com os seguintes objetivos:
Caracterizar as operações médias de operação das pedreiras, que correspondam às
condições econômicas favoráveis, já que não houve nenhum condicionamento contrário a
economicidade, por ocasião das medidas realizadas.
Caracterizar o nível de vibrações correspondentes àquelas condições econômicas de
operação.
ra
Ob
Observando-se as correlações existentes entre as variáveis envolvidas no fenômeno: Carga
máxima por espera (Q) e Distância (D), variáveis independentes, com a variável dependente
Velocidade da partícula (Vp), observada ou medida nos trabalhos realizados, obteve-se:
-
ra
pa
No caso geral (227 medições) para todos os tipos de rochas estudados (gnaisse, granito,
calcário e basalto), não foram observados valores de vibração da partícula (Vp) superiores a
15mm/s, a partir de 200 metros das detonações;
Para faixas de valores de (D) inferiores a 200 metros, sugeriu-se limites de uso de carga
máxima por espera (Q), de modo a não exceder os valores de velocidade de vibração da
partícula em 15mm/s, ou seja:
para 140< D <200 , (Q) <100 Kg/espera
para 40< D <140, (Q) <30 Kg/espera
ns
Co
Com base nos estudos realizados a CE-18.205.02 redigiu e aprovou a norma NBR 9653,
estabelecendo, como limite máximo de vibração admissível nos arredores das áreas de pedreiras
a (Vp) de 15 mm/s. Esta norma estabelece ainda que não devem ocorrer de forma alguma, ultralançamentos de fragmentos e sobrepressões atmosféricas excessivas.
A velocidade resultante da partícula deve ser calculada com base na seguinte fórmula:
Vr = [ (VL)2 + (VT)2 + (VV)2 ]1/2
Onde:
ul
VR = Velocidade resultante de vibração da partícula, em mm/s
VL = Velocidade de vibração na direção longitudinal, em mm/s
VT = Velocidade de vibração na direção transversal, em mm/s
VV = Velocidade de vibração na direção vertical, em mm/s
ta
Sendo as velocidades medidas de zero até o pico, e as três direções definidas em relação à reta
que passa pelo ponto da detonação e pelo ponto da medição, não devendo ultrapassar 15 mm/s.
A norma também define o nível de pressão acústica, medido além da área de operação, não
devendo ultrapassar o valor de 134 dBL pico.
Em sua primeira edição (1986), a norma brasileira não tratava da frequência dos fenômenos
vibratórios, nem determinava os tipos de edificações afetadas pelas vibrações. No entanto, a partir
de 31 de outubro de 2005, uma nova edição, revisada e atualizada, substituiu a primeira.
46
A principal alteração é que a nova versão avalia os riscos de ocorrência de danos induzidos por
vibrações do terreno levando-se em consideração a magnitude e a freqüência de vibração de
partícula. Os limites para velocidade de vibração de partícula pico acima dos quais podem
ocorrer danos induzidos por vibrações do terreno são apresentados numericamente na tabela 7 e
graficamente na Figura 11.
Faixa de freqüência
Limite de velocidade de vibração de partícula de pico
4 Hz a 15 Hz
Iniciando em 15 mm/s, aumenta linearmente até 20 mm/s
15 Hz a 40 Hz
Acima de 20 mm/s, aumenta linearmente até 50 mm/s
Ob
Acima de 40 Hz
50 mm/s
Nota: Para valores de freqüência abaixo de 4 Hz, deve ser utilizado como limite o
critério de deslocamento de partícula de pico de no máximo 0,6 mm (de zero a pico).
Tabela 7: Limites de velocidade de vibração de partícula de pico por faixas de freqüência
(valores de referência válidos a partir de 31 de outubro de 2005).
ra
ra
pa
ns
Co
Figura 11: Representação gráfica dos limites de velocidade de vibração de partícula de pico
por faixas de freqüência (válidos a partir de 31 de outubro de 2005).
ul
ta
47
9 - Obtenções e Tratamento de Dados
As medições das vibrações e sobrepressões atmosféricas geradas pelo desmonte de rocha nas
minerações e em construções civis, principalmente em áreas urbanas, tem como objetivo
monitorar e controlar o efeito das vibrações nas estruturas, o grau de perturbação nas pessoas e a
variação das ondas de choque em relação à localização dos pontos de medição.
Ob
Atualmente existem vários tipos de sismógrafos no mercado, uns são usados para pesquisas e
coletas de dados das estruturas geológicas e outros para controlar os efeitos das vibrações no
desmonte da rocha.
Para tipo de pesquisa como o deste trabalho o instrumento de medição mais utilizado é o
ra
sismógrafo de engenharia, que tem por objetivo registra os valores produzidos pelas vibrações no
terreno e à sobrepressão atmosférica.
9. 1 - Sismógrafo Utilizado neste estudo
pa
O sismógrafo de engenharia recebeu essa denominação para diferenciá-lo dos sismograficos
utilizada na sismologia para medições da sismocidade natural ou induzida (Bacci, 2000). Esse
equipamento registra eventos gerados pelas detonações nas rochas realizada nas minerações,
ra
bem como as medições das vibrações nas estruturas civis, sobrepressões atmosférica produzidas
pela detonação de explosivos e as perturbações causadas nos seres humanos.
Neste estudo foi utilizado um mini-sismógrafo, modelo MineMate Plus (Foto 9) fabricado pela
ns
Co
empresa canadense Instantel, que foi escolhido devido ao seu fácil manuseio e praticidade para o
seu deslocamento de um ponto para outro. Este aparelho registra velocidade, freqüência e
sobrepressão atmosférica e calcula a aceleração e o deslocamento da partícula.
ul
ta
Foto 9 – Sismógrafo de engenharia – MineMate Plus
48
O MineMate Plus é um equipamento composto de um corpo receptor de dimensão 81 mm x 91
mm x 160 mm e peso de 1,4 Kg, 1 Geofone externo com canais de registro sísmico dispostos
ortogonalmente e um 1 microfone (canal de ar), também externo para registrar a sobrepressão
atmosférica, captando e processando os sinais recebidos.
Abaixo são apresentadas as características do sismógrafo citado:
Ob
- velocidade: limites de 0, 127 mm/s a 254 mm/s;
- aceleração e deslocamento: calculados usando o sismograma e não os valores de pico;
- disparo: a parti de 0, 127 mm/s de 0,01 em 0,01 mm até 254 mm/s;
ra
- tipos de registro: velocidade, aceleração, deslocamento, freqüência e sobrepressão;
- registros por segundo: 1.024 vezes por canal;
- canais: 3 sísmicos e 1 de ar;
- tempo de registro: automático (até o final do evento) ou manual (até 10 segundos);
pa
- capacidade de memória RAM: 1mega (300 eventos);
- reposta de freqüência: 2 a 300 HZ
- 6 módulos de registro: tiro simples, contínuo, histograma, manual, programado e
- calibração: anual;
ra
automático;
- bateria: até 10 dias contínuos;
- microfone linear: limites de 88 – 148 dB (550Pa) e resolução de 0,1dB (0,25 Pa) acima
ns
Co
de 120 dB; disparo: de 100-148dB de 1 em 1 dB.
O sismógrafo só calcula a freqüência abaixo de 100 Hz, devido ao alto nível de erro para
medições de 1.024 vezes por minuto. Quando ocorre a freqüência acima de 100 Hz, o aparelho
fornece a mensagem “No Aplicavel”.
Este instrumento registra os dados imediatamente, dando o valor calculado como, a velocidade de
ul
vibração da partícula (Vp), freqüência e aceleração, captadas pelo geofone e a sobrepressão
atmosférica pelo microfone. Já no laboratório os registros do evento são mais completos, onde
Waveforms, Frequency Spectrum e Event Report.
ta
incluí analise de espectro de freqüência, ilustrados através dos Event Summary Sheet, Event
No laboratório são analisados os registros na memória do sismógrafo, parti do computador que
utiliza o programa Instantel DS-577 Analizer, onde apresenta:
49
- vista completa ou expandida dos espectros;
- observação total de amplitude em função temporal;
- sumário da detonação;
- conjunto de parâmetros para arquivo;
- análise de freqüência
- controle remoto total das funções sismografias; e
- gráficos da velocidade de partícula versus freqüência, segundo critério USBM RI8507/OSMRE
Ob
(para danos em construções civis).
9.2 - Componentes do Sismógrafo
ra
9.2.1 - Sensores (geofones)
pa
O MineMate Plus possui um sensor de velocidade e quatro canais e registro, sendo o sensor um
geofone do tipo triaxial e o microfone (canal de ar) é linear. O geofone e o microfone são peças
externas do aparelho.
ra
O geofone é composto por uma aspiral de ferro suspenso em torno de uma bobina magnética.
Este bobina é livre para mover-se dentro do campo magnético (Bacci, 2000). Na detonação a
bobina se movimenta devido à onda de choque, porque o gefone fica diretamente em contato com
terreno através de três pinos enterrado no solo ou fixado por gesso quando no caso é colocado
ns
Co
numa estrutura de concreto. Na detonação a bobina se movimenta e o espiral não, devido à
inércia do espiral se forma um campo magnético que induz uma força eletromotriz proporcional à
velocidade de vibração da partícula, onde gerará um dado (Figura 12).
ul
ta
Figura 12 - Geofone. Fonte : Manual da Instantel
50
9.2.2 - Cabos de Transmissão
O cabo de transmissão conectar o geofone e o microfone ao corpo do sismógrafo, onde envia os
dados para ser processados.
9.2.3 – Receptor
Ob
É o corpo do sismógrafo que tem a função de receber, processar e registrar as informações
enviadas pelo sensor.
ra
9.2.4 - Coleta de dados e monitoramento
As coletas das informações foram feitas nos monitoramentos sismograficos dos desmontes de
rochas com uso de explosivos realizado na Pedreira Bangu.
pa
Foram realizados no ano de 2009, oito monitoramentos que procuraram cobrir todas as áreas
importantes nas frentes de lavras detonadas deste ano. Os pontos de coletas foram determinados
pelo Blaster responsável e o estudante realizado desta pesquisa, tendo como base os pontos que
ra
apresentavam maiores reclamação por parte da população vizinha e das áreas com uma geologia
favorável para sismos de intensidade elevada.
ul
ns
Co
ta
51
10 – Apresentações dos dados obtidos.
Foram realizados oito monitoramentos durante esse trabalho, sendo escolhido como ponto de
monitoramento, locais dentro da própria pedreira e ruas vizinhas (Figura 13) tendo como objetivo
obter valores sobre velocidade de partícula e sua freqüência associada.
ra
Ob
ra
pa
ns
Co
Figura 13 – Pontos de monitoramentos e da detonação
O levantamento das fraturas na área I (retângulo vermelho), área II (retângulo azul) e área III
(retângulo amarelo) visto na figura 13 foi realizada com o auxilio de uma bússola tipo CLAR para
medir a direção e mergulho das fraturas, tendo como objetivo principal correlacionar suas direções
preferenciais de ocorrência, nas três áreas mencionadas acima, com as velocidades de vibração
padrão de fraturamento local.
ul
da partícula a fim de estabelecer uma relação entre propagação e atenuação das vibrações e o
ta
A direção preferencial das fraturas foi determinada com o uso de diagramas de contagens,
confeccionados paras três áreas de desmonte realizado no ano de 2009.
Os diagramas estão representados na Figura 14, 15 e 16
52
Ob
Figura 14 - Diagrama de contagem representando as famílias da Área I
ra
ra
pa
Figura 15 - Diagrama de contagem representando as famílias da Área II
ul
ns
Co
ta
Figura 16 - Diagrama de contagem representando as famílias da Área III
53
Duas famílias de fraturas podem ser interpretadas pelo diagrama, a primeira denominada de FB1
com direção preferências nordeste – sudoeste se apresenta em grande quantidade na área I, II e
com menor quantidade na área III, já a segunda família com direção preferência noroeste –
sudeste pode ser observada nas três áreas, mas com uma quantidade menor em relação a
primeira família.
A parti destas analise foi elaborado a tabela 8 que mostra as relações das detonações com as
Ob
direções preferenciais das fraturas, envolvendo a direção média de propagação, relação espaciais
com o fraturamento, distancia da bancada com o fraturamento, velocidade de pico e a freqüência
associada.
ra
Direção
Média de
Propagação
I
Norte
Relações
espaciais com
o fraturamento
pa
Detonação
Distancia da
Bancada com
ponto de
monitoramento
(m)
347
Vp pico
(mm/s)
Freqüência
(Hz)
ra
Oblíqua à FB1
1,25
51
e Perpendicular
FB2
II
Noroeste
Perpendicular à
140
16,03
85
FB1 e Paralela
à FB2
III
Leste
Oblíqua à FB1
305
2.22
8.1
e Perpendicular
à FB2
IV
Nordeste
Paralela à FB1
398
1,36
47
e Perpendicular
FB2
V
Noroeste
Perpendicular à
383
3,52
61
FB1 e Oblíqua
à FB2
VI
Nordeste
Paralela à FB1
398
1,46
47
e Perpendicular
FB2
VII
Nordeste
Paralela à FB1
290
1,02
34
e Perpendicular
FB2
VIII
Nordeste
Paralela à FB1
182
4.06
57
e Perpendicular
FB2
Tabela 8 – relações das detonações com as direções preferenciais das fraturas
ul
ns
Co
ta
54
11 – Conclusões
A tabela 8 mostra que quando a propagação da onda é perpendicular à família de fratura FB1, a
velocidade da partícula do terreno aumenta muito em relação de quando a propagação da onda é
paralela a essa família.
Ob
Já a família de fratura FB2, independente da direção de propagação, influencia muito pouco na
velocidade da partícula no terreno podendo ser associada a sua menor quantidade em relação à
família de fratura FB1.
ra
Portanto se conclui que a grande quantidade de fraturas com direção perpendicular a propagação
da onde de choque, influência significativamente no aumento da vibração que consequentemente
gerará maior incomodo a moradores vizinhos ao empreendimento.
ra
pa
ul
ns
Co
ta
55
12 – Bibliografias
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