COMPARAÇÃO DO IMPACTO GERADO PELO DESMONTE DE … · Pedreira 1,190 475,8 237,2 15,49 37,3 17,73....

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

Sumário

• Objetivos

• Localização

• Metodologia

• Resultados

• Conclusões

• Agradecimentos

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;

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.

Localização

A – Mina de Carvão

B – Pedreira de Basalto

Estrutura

Monitorada

Butiá

Porto Alegre

Estrutura

Monitorada

Ivoti

Estância Velha

Novo

Hamburgo

Porto Alegre

Pedreira de Basalto

Mina de Carvão

Estruturas

Mina de Carvão Pedreira

Medindo a Movimentação de

uma Estrutura

R

V

TExterior

AC

outlet

S1 S2 Master

R

V

T

RV

T

upper corner (S2)

lower corner (S1)

mid-wallmid-wall

radial wall

R

V

TExterior

AC

outlet

S1 S2 Master

R

V

T

RV

T

upper corner (S2)

lower corner (S1)

mid-wallmid-wall

R

V

TExterior

AC

outlet

S1 S2 Master

R

V

T

RV

T

upper corner (S2)

lower corner (S1)

mid-wallmid-wall

radial wall

(MW)(MW)

Exterior (GV)

Canto Inferior (S1)

Canto Superior (S2)

Meio da Parede (MW) Meio da Parede (MW)

Mestre Fonte de

Energia

Direção Geral

Das Detonações

S2

S1

MW SulMW Leste

Rachadura

Externa

GV

R VT

S2S1

R V

T

Cálculo de Deformações

• Deformações são medidas adimensionais

• mm/mm (micro-strains)

S2

S1

L

S2

S1

LH

𝛾𝑚𝑎𝑥 = 𝛿𝑚𝑎𝑥𝐻

y

x

L

Ly

x

L

L

휀𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝛾𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝜃 (cos𝜃)

H

S1

S2

SMW

S = Deslocamento

d = ½ Espessura da Parede휀 = 6𝑑 𝑆𝑀𝑊 −

𝑆2 + 𝑆1

2

𝐻2

Cisalhamento Tração no Plano Flexão

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)

Sensor

“Nulo”Sensor

Rachadura

Carvão Pedreira

Sensor

RachaduraSensor

“Nulo”

Resultados

• Duração dos estudos de caso:

– Carvão:

• Agosto 2012 a Fevereiro 2013

• 148 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 2014

• 14 detonações

• Distâncias de 86 a 300 m

Área de Detonação

32 m

12.6 m

Estrutura

Rachaduras

No Terreno

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/m3

– Comprimento de furos de 2,6 e 9,1 m, em média de 5,9 m

– Malha de perfuração:

• 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)

• Pedreira:

– Rocha dura – resistência a compressão entre 109 e 185 Mpa

– Razões de carga mais elevadas – 200 a 350 g/m3

– Bancadas de 12 m de altura

– Malha de perfuração = 2,5 x 4,5 m (ϕ 63,5 mm)

LocalRazão de

Carga (g/m3)

CME

(kg)

Distância

(m)

VPP

(mm/s)

Freq. Pico

(Hz)

FFT

(Hz)

Ruído

(dB)

Carvão 90 – 240 18,2 – 245,9 57 – 660 1,27 – 36,57 15,1 12,6 100 – 148

Pedreira 178 – 332 24,0 – 120,7 86 – 290 3,56 – 20,83 20,2 21,3 120 - 144

CarvãoVPP = 329,9 DE-1,37

R² = 0,78

PedreiraVPP = 256,5 DE-1,12

R² = 0,81

0,1

1

10

100

1000

1 10 100 1000

VE

LO

CID

AD

E D

E P

AR

TÍC

UL

A D

E P

ICO

, V

PP

(m

m/s

)

DISTÂNCIA ESCALONADA (m/kg1/2)

Carvão

Pedreira

1

10

100

1 10 100

VE

LO

CID

AD

E D

E P

AR

TÍC

UL

A D

E P

ICO

, V

PP

(m

m/s

)

FREQUENCIA (Hz)

ABNT NBR 9653

NBR 9653

Carvão

Pedreira

ABNT NBR 9653Gráfico de Atenuação

de Onda Sísmica

Resultados

S1 (R) = 0,91 GVR² = 0,97

S1 (T) = 0,90 GVR² = 0,97

S1 (R) = 0,94 GVR² = 0,87

S1 (T) = 0,96 GVR² = 0,88

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

VE

LO

CID

AD

E D

E P

AR

TÍC

UL

A

CA

NT

O IN

FE

RIO

R, S

1 (

mm

/s)

VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)

S2 (R) = 1,40 GVR² = 0,90

S2 (T) = 1,20 GVR² = 0,92

S2 (R) = 3,40 GVR² = 0,82

S2 (T) = 1,63 GVR² = 0,78

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

VE

LO

CID

AD

E D

E P

AR

TÍC

UL

A

CA

NT

O S

UP

ER

IOR

, S2

(m

m/s

)


MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629

MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667

MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81

MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50

DE

SL

OC

AM

EN

TO

ME

IO D

A P

AR

ED

E, M

W (

mm

)


Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T)

MW (R) = 0,96 GVR² = 0,84

MW (T) = 1,34 GVR² = 0,88

MW (R) = 2,60 GVR² = 0,82

MW (T) = 2,54 GVR² = 0,80

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

VE

LO

CID

AD

E D

E P

AR

TÍC

UL

A

ME

IO D

A P

AR

ED

E, M

W (

mm

/s)


Comparação entre a

Movimentação das Estruturas

Carvão

Pedreira

S2 (R) = 0,0064 PAR² = 0,46

S2 (T) = 0,0056 PAR² = 0,53

S2 (R) = 0,0053 PAR² = -0,23

S2 (T) = 0,0017 PAR² = 0,42

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0 25 50 75 100 125 150 175 200

DE

SL

OC

AM

EN

TO

CA

NT

O S

UP

ER

IOR

, S2

(m

m)

PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa)

MW (R) = 0,008 PAR² = 0,51

MW (T) = 0,008 PAR² = -0,03

MW (R) = 0,0017 PAR² = 0,78

MW (T) = 0,0026 PAR² = 0,60

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 25 50 75 100 125 150 175 200

DE

SL

OC

AM

EN

TO

ME

IO D

A P

AR

ED

E, M

W (

mm

)

PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa)

MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629

MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667

MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81

MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50

DE

SL

OC

AM

EN

TO

ME

IO D

A P

AR

ED

E, M

W (

mm

)



Deformações

Induzidas nas Paredes

εLmax (R) = 1,16 GVR² = 0,93

εLmax (T) = 1,11 GVR² = 0,85

εLmax (R) = 13,17 GVR² = 0,77

εLmax (T) = 3,14 GVR² = 0,87

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50

DE

FO

RM

AÇ

ÃO

DE

TR

AÇ

ÃO

NO

PL

AN

O, ε

Lm

ax


MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629

MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667

MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81

MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50

DE

SL

OC

AM

EN

TO

ME

IO D

A P

AR

ED

E, M

W (

mm

)



ε (R) = 0,56 GVR² = 0,61

ε (T) = 1,15 GVR² = 0,74

ε (R) = 1,70 GVR² = 0,86

ε (T) = 2,29 GVR² = 0,88

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

DE

FO

RM

AÇ

ÃO

DE

FL

EX

ÃO

, ε


Máximas Deformações

• 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

LocalDiferença de

Deslocamento

Deformação de

Cisalhamento

Deformação de

Tração no Plano

VPP

(mm/s)

Deformação

de Flexão

VPP

(mm/s)

Carvão 0,331 132,2 39,2 28,19 33,40 14,99

Pedreira 1,190 475,8 237,2 15,49 37,3 17,73

Variações na Abertura das Rachaduras

Variações na

Abertura das Rachaduras

ΔC = 0,0014 ΔUR² = 0,84

ΔC = 0,012 ΔUR² = 0,53

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100

Ab

ert

ura

da

Ra

ch

aru

a , Δ

C (m

m)

Umidade Relativa do Ar, ΔU (%)

Carvão

Pedreira

ΔC = -0,0043 ΔT R² = 0,79

ΔC = -0,028 ΔTR² = 0,69

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

-40 -20 0 20 40

Ab

ert

ura

da

Ra

ch

ad

ura

, ΔC

(mm

)

Temperatura, ΔT ( C)

Carvão

Pedreira

Variações na

Abertura das Rachaduras

AR = 0,013 GV (R)R² = 0,82

AR = 0,014 GV (T)R² = 0,84

AR = 0,0065 GV (R)R² = 0,89

AR = 0,0065 GV (T)R² = 0,92

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 10 20 30 40

AB

ER

TU

RA

DA

RA

CH

AD

UR

A, A

R (

mm

)


CarvãoAR = 0,0025 PA

R² = 0,81

Descobertura CarvãoAR = 0,006 PA

R² = 0,66

PedreiraAR = 0,0008 PA

R² = 0,76

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 25 50 75 100 125 150 175 200

AB

ER

TU

RA

DA

RA

CH

AD

UR

A, A

R (

mm

)

PRESSÃO ACÚSTICA (Pa)

Carvão

Pedreira

Abertura da Rachadura (mm)

Abertura da Rachadura (mm)

Abertura Global da Rachadura = 0,785 (mm)

Abertura Global da Rachadura = 0,457 (mm)

Abertura = 0,132 (mm)

Abertura = 0,309 (mm)

Tempo (h)

Tempo (h)

Mina de Carvão

Variações climáticas

2,5 vezes maior

Influência do Desmonte

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

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;

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;

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;

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.

Agradecimentos

INCOPELBrita e Areia

[email protected]

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