COMPARAÇÃO DO IMPACTO GERADO PELO DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS EM ROCHA DURA E ROCHA BRANDA NA MOVIMENTAÇÃO DE ESTRUTURAS

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1 COMPARAÇÃO DO IMPACTO GERADO PELO DESMONTE DE ROCHAS COM EXPLOSIVOS EM ROCHA DURA E ROCHA BRANDA NA MOVIMENTAÇÃO DE ESTRUTURAS Vitor Luconi Rosenhaim Jair Carlos Koppe Universidade Federal do Rio Grande do Sul

2 Sumário Objetivos Localização Metodologia Resultados Conclusões Agradecimentos

3 Objetivos Quantificar o impacto causado pelos níveis de vibração no solo e ruído (pressão acústica) na atmosfera em estruturas; Propor um novo método de avaliação dos efeitos resultantes do emprego de explosivos no desmonte de rochas; Avaliar a influência de outras fontes sobre os materiais constituintes das estruturas;

4 Objetivos Provar para o publico em geral, principalmente órgãos regulamentadores, que as técnicas atuais aplicadas pela industria não podem resultar em danos as estruturas; Este estudo beneficiará a industria de mineração e construção civil, principalmente em processos relacionados a danos causados a estruturas associados as atividades de desmonte de rochas com emprego de explosivos.

5 Localização A Mina de Carvão B Pedreira de Basalto

6 Butiá Estrutura Monitorada Mina de Carvão Porto Alegre Ivoti Pedreira de Basalto Estrutura Monitorada Novo Hamburgo Estância Velha Porto Alegre

7

8 Estruturas Mina de Carvão Pedreira

9 Medindo a Movimentação de uma Estrutura upper Canto corner Superior (S2) (S2) V R radial wall Meio mid-wall da Parede (MW) (MW) T T V R mid-wall Meio da (MW) Parede (MW) lower Canto corner Inferior (S1) (S1) Fonte ACde Energia outlet S1 S2 Mestre Master T V Exterior (GV) R Exterior Direção Geral Das Detonações

10 Rachadura Externa S2 MW Leste MW Sul S1 GV S1 S2 R V T T R V

11 Cálculo de Deformações Deformações são medidas adimensionais mm/mm (micro-strains) S2 L HL L S1 y L x H S 1 S 2 S MW γ max = δ max H ε Lmax = γ max sin θ (cos θ) ε = 6d S MW S 2 + S 1 2 H 2 Cisalhamento Tração no Plano Flexão S = Deslocamento d = ½ Espessura da Parede

12 Medindo Variações na Abertura de uma Rachadura Sensores de deslocamento de correntes Eddy Registradas influências: Dinâmicas detonações Estáticas variação climáticas (a cada hora) Mudanças climáticas apresentam grande influência sobre os materiais constituintes das paredes das estruturas Estas forças começam a exercer sua influência desde o momento da construção e atuam durante toda a vida da estrutura (Oriard, 1999)

13 Carvão Pedreira Sensor Nulo Sensor Rachadura Sensor Rachadura Sensor Nulo

14 Estrutura Resultados 12.6 m Área de Detonação Duração dos estudos de caso: Carvão: Agosto 2012 a Fevereiro detonações Distâncias de 57 a 810 m Eventos com vibração < 0,51 mm/s não foram registradas 115 eventos registrados 104 detonações avaliadas Pedreira Março 2013 a Abril detonações 32 m Distâncias de 86 a 300 m Rachaduras No Terreno

15 Caracteristicas do Desmonte de Rochas Carvão: Rochas brandas resistência a compressão entre 25 e 50 Mpa Emprego de baixas razões de carga 140 a 210 g/m 3 Comprimento de furos de 2,6 e 9,1 m, em média de 5,9 m Malha de perfuração: Pedreira: Carvão = 3 x 4 m a 3,5 x 4 m (ϕ 76 mm) Siltito = 4 x 5 m a 4,5 x 5 m (ϕ 76 mm) 4,5 x 6,5 m (ϕ 89 mm) Rocha dura resistência a compressão entre 109 e 185 Mpa Razões de carga mais elevadas 200 a 350 g/m 3 Bancadas de 12 m de altura Malha de perfuração = 2,5 x 4,5 m (ϕ 63,5 mm)

16 Local Razão de Carga (g/m 3 ) CME (kg) Distância (m) VPP (mm/s) Freq. Pico (Hz) FFT (Hz) Ruído (db) Carvão ,2 245, ,27 36,57 15,1 12, Pedreira ,0 120, ,56 20,83 20,2 21,

17 VELOCIDADE DE PARTÍCULA DE PICO, VPP (mm/s) VELOCIDADE DE PARTÍCULA DE PICO, VPP (mm/s) 100 NBR 9653 Carvão Pedreira ABNT NBR 9653 ABNT NBR Gráfico de Atenuação de Onda Sísmica Carvão Pedreira 100 Pedreira VPP = 256,5 DE -1,12 R² = 0, Carvão VPP = 329,9 DE -1,37 R² = 0, FREQUENCIA (Hz) 0, DISTÂNCIA ESCALONADA (m/kg 1/2 )

18 VELOCIDADE DE PARTÍCULA CANTO INFERIOR, S1 (mm/s) VELOCIDADE DE PARTÍCULA MEIO DA PAREDE, MW (mm/s) VELOCIDADE DE PARTÍCULA CANTO SUPERIOR, S2 (mm/s) Resultados S1 (T) = 0,96 GV MW (R) R² = 0,88 2,60 GV R² = 0,82 S1 (R) 0,94 GV MW (T) R² = 0,87 2,54 GV R² = 0,80 S1 (R) 0,91 GV MW (T) = 1,34 GV R² 0,97 R² = 0,88 MW S1 (T) (R) = 0,90 0,96 GV R² = 0,84 0, VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s) Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T) S2 (R) = 3,40 GV R² = 0,82 S2 (T) = 1,63 GV R² = 0,78 S2 (R) = 1,40 GV R² = 0,90 S2 (T) = 1,20 GV R² = 0, VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)

19 Carvão Comparação entre a Movimentação das Estruturas Pedreira

20 DESLOCAMENTO CANTO SUPERIOR, S2 (mm) 1 DESLOCAMENTO MEIO DA PAREDE, MW (mm) 1,3 0,8 1,2 1,1 S2 (R) = 0,0064 PA R² = 0,46 0,7 MW (R) = 0,008 PA R² = 0,51 MW (T) = 0,008 PA R² = -0,03 1 0,9 0,8 S2 (R) = 0,0053 PA R² = -0,23 0,6 0,5 MW (T) = 0,0026 PA R² = 0,60 0,7 0,6 S2 (T) = 0,0056 PA R² = 0,53 0,4 0,5 0,3 0,4 0,3 0,2 0,2 0,1 0 S2 (T) = 0,0017 PA R² = 0, PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa) Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T) 0,1 0 MW (R) = 0,0017 PA R² = 0, PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa)

21 Deformações Induzidas nas Paredes DEFORMAÇÃO DE TRAÇÃO NO PLANO, ε Lmax ε Lmax (R) = 13,17 GV R² = 0,77 ε Lmax (T) = 3,14 GV R² = 0,87 ε Lmax (R) = 1,16 GV R² = 0,93 ε Lmax (T) = 1,11 GV R² = 0, VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s) DEFORMAÇÃO DE FLEXÃO, ε Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T) ε (T) = 2,29 GV R² = 0,88 ε (R) = 1,70 GV R² = 0,86 ε (T) = 1,15 GV R² = 0,74 ε (R) = 0,56 GV R² = 0, VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)

22 Máximas Deformações Local Diferença de Deslocamento Deformação de Cisalhamento Deformação de Tração no Plano VPP (mm/s) Deformação de Flexão VPP (mm/s) Carvão 0, ,2 39,2 28,19 33,40 14,99 Pedreira 1, ,8 237,2 15,49 37,3 17,73 Limite de ruptura por Tração no Plano da argamassa entre 150 e 250 Fator de Segurança contra fissuramento: Carvão = 3,8 a 6,3 Pedreira = 0,6 a 1,05

23 Variações na Abertura das Rachaduras

24 Abertura da Rachadura, ΔC (mm) Abertura da Racharua, ΔC (mm) Variações na Abertura das Rachaduras 0,30 0,30 0,20 0,10 ΔC = -0,028 ΔT R² = 0,69 0,20 0,10 ΔC = 0,012 ΔU R² = 0,53 0,00 0,00-0,10 ΔC = -0,0043 ΔT R² = 0,79-0,20 Carvão Pedreira -0, Temperatura, ΔT ( C) -0,10 ΔC = 0,0014 ΔU R² = 0,84-0,20 Carvão Pedreira -0, Umidade Relativa do Ar, ΔU (%)

25 ABERTURA DA RACHADURA, AR (mm) ABERTURA DA RACHADURA, AR (mm) Variações na Abertura das Rachaduras 0,4 0,3 AR = 0,014 GV (T) R² = 0,84 AR = 0,013 GV (R) R² = 0,82 0,4 0,3 Descobertura Carvão AR = 0,006 PA R² = 0,66 Carvão AR = 0,0025 PA R² = 0,81 0,2 0,2 0,1 AR = 0,0065 GV (T) R² = 0,92 AR = 0,0065 GV (R) R² = 0,89 0,1 Pedreira AR = 0,0008 PA R² = 0, VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s) PRESSÃO ACÚSTICA (Pa)

26 Carvão Abertura da Rachadura (mm) Abertura Global da Rachadura = 0,785 (mm) Pedreira Tempo (h) Abertura = 0,309 (mm) Abertura da Rachadura (mm) Mina de Carvão Variações climáticas 2,5 vezes maior Influência do Desmonte Abertura Global da Rachadura = 0,457 (mm) Tempo (h) Abertura = 0,132 (mm) Pedreira Variações climáticas 3,5 vezes maior Influência do Desmonte Variação na dilatação do material por influências climáticas é de 326 a 755 vezes maior que o desmonte

27 Conclusões Foi apresentada uma forma alternativa e inovadora de quantificar o impacto do desmonte de rochas nas estruturas vizinhas aos empreendimentos de mineração; Com o emprego correto e cuidadoso de explosivos, os níveis de deformação induzidos nas paredes de estruturas são inferiores aos limites de ruptura por deformação do material mais frágil utilizado na construção civil; Os níveis de deformação induzidos por desmonte em rocha dura são superiores aos resultantes de detonações em rocha branda, para os mesmos níveis de vibração gerados;

28 Conclusões Esta diferença pode ser justificada pelo emprego de maiores razões de carga e a quantidade de energia liberada durante a detonação e pelas características da geologia local; Influência das variações climáticas sobre os materiais, ao longo do tempo, é muito mais expressiva do que o efeito pontual, de curta duração, provocado pelas ondas sísmicas e acústicas;

29 Conclusões Por fim, concluiu-se que, o desmonte de rochas não pode ser considerado com a causa de danos às estruturas, visto que, as variações diárias de temperatura e umidade exercem maior influência sobre os materiais utilizados na construção civil; Tanto as deformações calculadas, quanto as variações na abertura das rachaduras e dilatação dos materiais durante eventos de detonação não superaram, de maneira significativa, os limites de fadiga dos materiais;

30 Conclusões Novos estudos estão sendo realizados para validação dos dados apresentados neste trabalho; É recomendada a reavaliação dos limites de vibração propostos pela Norma Brasileira ABNT NBR 9653 (2005), com base nos limites de deformação induzidos pelas vibrações em diferentes litologias e nos limites de fadiga dos materiais utilizados atualmente na construção civil nacional.

31 Agradecimentos INCOPEL Brita e Areia vitor@copelmi.com.br