REDUÇÃO DE VIBRAÇÕES EM ÁREA DE BAIXAS...

15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

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REDUÇÃO DE VIBRAÇÕES EM ÁREA DE BAIXAS FREQUÊNCIAS NA PEDREIRA E.V. – ESTÂNCIA VELHA - RS

João Paulo Zanette Oppermann 1; Rudolf G. Schaarschmidt 2; Cristiano da Silva Mendonça 3;

Djhoni Carlos Valdemeri 4; Enrique Munaretti 5

Resumo – Esse estudo de caso foi conduzido em uma empresa produtora de basalto para uso como agregado de construção civil, localizada em Estância Velha – RS, Brasil. O trabalho utilizou como base os resultados dos monitoramentos sismográficos, principalmente vibração em termos de PPV (peak particle velocity) e frequências. Modificações no design dos desmontes foram executadas para adequar os limites determinados pela norma brasileira NBR 9653:2005. Através do entendimento da atenuação da onda sísmica local, alterações no Plano de Fogo foram testadas para adequar os limites de vibrações, como redução da carga máxima por espera, direcionamento da iniciação e por último a substituição dos acessórios do tipo: “tubo de choque” pelo sistema de iniciação eletrônico. Os resultados são mostrados a seguir.

Abstract – This case study was conducted in an aggregate company, located in Estância Velha - RS, Brazil. The study was based on the results of vibration monitoring mainly in terms of PPV (peak particle velocity) and frequencies. Changes in the blasting design were performed to adjust the limits determined by the Brazilian standard NBR 9653:2005. Understanding the seismic wave attenuation for the site, changes in the Blasting Design were tested to fit the limits of vibration, such as reduction of the maximum charge per delay, reduction in bench height, initiation orientation and sequencing and finally the replacement of accessories like "shock tube" by electronic initiation system. The results are shown below.

Palavras-Chave – Plano de fogo; Acessório de detonação eletrônico; Redução da vibração; Atenuação da onda sísmica.

1 Eng. de Minas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre - RS, (51) 8423-7054, [email protected] 2 Eng. de Minas, Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre - RS, (51) 9920-0081, [email protected] 3 Eng. de Minas, Pedra Branca Escavações: Curitiba – PR, (51) 9706-3826, [email protected] 4 Graduando Eng. de Minas, UFRGS: Porto Alegre - RS, (51) 9615-0974, [email protected] 5 Eng. de Minas, PhD, Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre - RS, (51) 3308-9484, [email protected]


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1. INTRODUÇÃO

A necessidade de redução da vibração perdida para o meio atualmente se faz necessária em virtude da expansão desordenada e não planejada das cidades, o que tem permitido o avanço de zonas residenciais em direção às áreas de lavra. Áreas que deveriam ser estratégicas para a mineração e para suprir de material a tão deficitária infraestrutura Brasileira acabam por ser engolfadas por essas comunidades que sofrem com vibração e ruído. Dessa forma um controle rígido da atividade de desmonte se faz cada vez mais necessário de modo a garantir níveis baixos.

Os limites de vibração, em primeira instância, são determinados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) através da NBR 9653:2005, onde constam os limites de velocidade de partícula de pico ou peak particle velocity (PPV) em função da frequência correspondente (Figura 1). Para frequências de pico de 4 a 15, a PPV vai de 15 a 20 mm/s; Para frequências de pico de 15 a 40 Hz, a PPV limite vai de 20 a 50 mm/s; Para frequências acima de 50 Hz o limite de PPV é constante de 50 mm/s.

Figura 1. Representação dos limites de velocidade de vibração de partícula de pico por faixas de frequência (ABNT 9653:2005).

A vibração e o ruído gerados pela atividade de detonação são problemas comuns na indústria da mineração e construção civil, comumente ocasionando reclamações da vizinhança sobre supostos danos nas casas e ruídos elevados. O monitoramento sismográfico e análise dos resultados também se faz necessário para ajudar a entender a propagação da vibração e definir uma maneira de reduzi-la através de equações matemáticas como Regressão Linear, já que a vibração diminui com distância e com redução da Carga Máxima por Espera (Qme).

Esse trabalho analisou as atividades de desmonte medindo a vibração e ruído numa casa próxima às detonações da Pedreira EV localizada em Estancia Velha, RS. Os primeiros resultados indicaram baixa frequência associada à PPV, muito provavelmente em consequência da geologia local que indicava área de aterro antigo. A cava está localizada numa sequência de derrames basálticos e abaixo desse derrame, encontra-se uma formação de arenito mais antiga, chamada Arenito Botucatu. Em um ponto próximo de um limite dos derrames basálticos, sobre esse mesmo arenito existe solo argiloso, onde estão localizadas as casas dos moradores. O arenito Botucatu normalmente contem um grande aquífero, chamado Aquífero Guarani. Comumente, o arenito da base do derrame permanece saturado com água, transformando-se num corpo único do ponto de vista das descontinuidades e propagação da vibração. Entretanto, como a geologia não pode ser


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alterada, faz-se necessárias alterações no Plano de Fogo para adequar as vibrações às normas vigentes sem reduzir a produtividade da empresa.

2. LOCALIZAÇÃO

A Pedreira EV da Construtora Sultepa S.A. está localizada no município de Estância Velha, Rio Grande do Sul. O acesso ao local a partir da capital Porto Alegre é feito pela rodovia BR 116, no Km 231 a aproximadamente 45 km (Figura 2).

Figura 2. Mapa de localização da empresa no Município de Estância Velha.

A pedreira possui como principal atividade a produção de agregados para construção civil a partir de rocha ígnea, mais especificamente, desmonte de basalto por explosivos em operação tradicional de caminhões off-road e escavadeiras em lavra descendente de encosta por bancadas.

3. METODOLOGIA

Foi feito registro de vibração e ruído de diversas detonações ao longo das estações de chuva e seca, sempre com os mesmos sismógrafos White Seis Mini Seis® (Figura 3). O sensor de vibração foi fixado no solo (geofone) a uma profundidade de 15 cm de acordo com a Norma Brasileira NBR 9653:2005. O geofone capta velocidades de vibração de partícula nas três direções perpendiculares, longitudinal, vertical e transversal conforme solicitado pela norma. Um microfone é instalado em uma haste, fixa no solo com 1 m de altura para medir sobre pressão acústica.


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Figura 3. Instalação do sismógrafo Mini Seis.

Os dados registrados foram armazenados na memória interna do equipamento, sendo posteriormente analisados no software Seismograph Data Analisys V 11.

Após definido o sistema de coleta de dados, a necessidade de adequar o Plano de Fogo surgiu em virtude dos resultados analisados por Regressão Linear (Equação de Atenuação) terem grande chance de brevemente extrapolar os limites da norma. Isso ocorreria se continuasse sendo adotado o tradicional Plano de Fogo da empresa. Testes foram feitos em distâncias próximas das detonações para confrontar a Equação de Atenuação obtida, o que confirmou a suspeita, ou seja, mesmo que nessa etapa a empresa não estivesse gerando vibrações acima do permitido para a comunidade, isso inevitavelmente aconteceria se nenhuma ação fosse tomada ao se aproximar da mesma. A Tabela 1 e a Figura 4 mostram os dados coletados em cinco detonações para confirmar a Equação de Atenuação que teoricamente extrapolariam a norma se estivessem próximas às casas (geologia local idêntica a da comunidade).

Tabela 1. Dados sismográficos para corroborar Equação de Atenuação.

T V L

08/15/2012 4,83 3,35 4,62 39,00 28,00 32,00 139,00 22,92 119 Tubo de choque Sim


10/04/2012 14,35 11,30 41,15 26,90 28,40 28,40 128,89 68,20 130 Tubo de choque Não



Sistema de

Iniciação

Carga Máxima

por Espera [kg]

Limite

ABNTData

VT

(mm/s)

VV

(mm/s)

VL

(mm/s)

Frequência (Hz) Distância

[m]

Ruído

[dB]


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Figura 4. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653.

Conforme visualizado na Tabela 1 e seu respectivo gráfico, algumas detonações ultrapassaram o limite permitido nos testes, dessa forma, foram definidos os passos para tentar adequar os desmontes na seguinte forma:

Alteração dos parâmetros geométricos do desmonte; de modo a iniciar no sentido contrário a comunidade;

Redução da Carga máxima por espera;

Alteração do sistema de iniciação para eletrônico.

Os testes continuaram onde as vibrações foram registradas em um ponto ainda dentro da área da empresa, distante da comunidade de modo a identificar quais ações teriam resultado real sem gerar vibrações e frequências fora dos limites da NBR9653. Posteriormente o ponto de monitoramento seria relocado para dentro da comunidade de modo a conformar as previsões. A geologia do local de testes era a mesma da encontrada sob a comunidade.

4. RESULTADOS OBTIDOS E ANALISE DOS DADOS

4.1. Alteração da geometria do desmonte

A primeira ação consistiu em direcionar a iniciação no sentido contrário à comunidade (valores mostrados à Tabela 2), ou seja, o primeiro furo a detonar seria o mais próximo da comunidade e o ultimo o mais distante. Essa ação infelizmente não foi suficiente para adequar as vibrações a NBR (Figura 5).

Tabela 2. Resultados obtidos com a mudança no sentido da lavra.

T V L




Sistema de

Iniciação

Carga Máxima

por Espera [kg]

Limite

ABNTData

VT

(mm/s)

VV

(mm/s)

VL

(mm/s)


[m]

Ruído

[dB]


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Figura 5. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes à detonação com mudança no sentido da lavra.

4.2. Redução da carga máxima por espera

Na segunda etapa a carga máxima por espera (Qme) foi reduzida para apenas um furo por retardo, ou seja, a Qme seria apenas um furo. Os resultados obtidos nesse estágio estão demonstrados na Tabela 3 e seu respectivo gráfico na Figura 6.

Tabela 3. Resultados obtidos com a redução da Qme.

T V L





Sistema de

Iniciação

Carga Máxima

por Espera [kg]

Limite

ABNTData

VT

(mm/s)

VV

(mm/s)

VL

(mm/s)


[m]

Ruído

[dB]


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Figura 6. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes à detonação com carga máxima por espera (Qme) reduzida apenas um furo por tempo.

Com essa alteração, alguns resultados positivos foram produzidos, entretanto, mesmo com a carga máxima por espera menor, o evento de 03/11/2013 ultrapassou o limite possível e o evento de 01/07/2013 ficou no limiar permitido, obrigando a adoção de outros recursos, a seguir.

4.3. Alteração da iniciação para eletrônica

Prosseguindo com a sistemática definida no início dos trabalhos, a iniciação por tubo de choque foi substituída por eletrônica (Dinatron Irium), separando furo a furo com 10ms de retardo. A Tabela 4 e seu gráfico na Figura 7 demonstram os resultados obtidos. É possível visualizar que todos os desmontes atenderam os limites impostos pela norma, devido ao aumento nas frequências das vibrações induzidas no maciço. Esse aumento de frequências é desejável, visto que altas frequências normalmente estão longe das de ressonância de estruturas como paredes, cantos e pisos.

Tabela 4. Resultados obtidos com acessórios eletrônicos.

T V L

04/11/2013 8,38 6,10 10,11 17,00 19,00 23,20 257,86 33,79 118 Eletrônico Sim

04/25/2013 8,89 7,62 9,14 23,30 21,30 19,60 253,65 36,87 116 Eletrônico Sim

05/13/2013 6,10 5,33 6,86 11,10 19,70 25,60 257,11 30,98 117 Eletrônico Sim

05/27/2013 5,08 4,318 6,858 32 17,7 25,6 262,41 30,93 121 Eletrônico Sim

06/12/2013 5,59 2,79 3,05 22,30 22,30 10,20 276,8 37,1 119 Eletrônico Sim

07/15/2013 6,35 3,556 4,826 7,5 13,5 8,5 278,79 34,56 122 Eletrônico Sim

07/25/2013 F1 12,7 5,588 7,62 6,8 10,4 6,7 264,47 19,04 126 Eletrônico Sim

07/25/2013 F2 14,478 5,842 7,112 21,3 13,4 9,3 202,43 28,5 116 Eletrônico Sim

Sistema de

Iniciação

Carga Máxima

por Espera [kg]

Limite

ABNTData

VT

(mm/s)

VV

(mm/s)

VL

(mm/s)


[m]

Ruído

[dB]


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Figura 7. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes à detonação com uso do acessório de detonação eletrônico.

Os resultados demostraram que nesse caso, mesmo adotando todos os procedimentos tradicionais para redução de vibração a geologia local não permitia uma melhoria. A redução efetiva da vibração ocorreu somente ao se adotar o sistema eletrônico, mesmo para as distâncias mais baixas como o evento do dia 25/07/2013 a 202 metros do ponto monitorado.

A Figura 8 exibe o comparativo entre os resultados antes e após a utilização dos detonadores eletrônicos. Note que mesmo com a redução da frequência, os valores de vibração também foram reduzidos consideravelmente atendendo aos limites estabelecidos.

Figura 8. Comparativo dos valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes à detonação para pirotécnico (tubo de choque) e eletrônico.


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O monitoramento sísmico em outro ponto próximo a comunidade vem obtendo leituras inferiores aos limites da NBR9653 o que corrobora o procedimento de atenuação adotado e o que foi previsto neste trabalho. Os autores planejam agora mostrar detalhadamente em um trabalho futuro a definição dos tempos de retardo ideais para diminuir a vibração no local. Por enquanto acredita-se que os resultados obtidos podem ser atribuídos a maior precisão dos detonadores eletrônicos sobre os acessórios pirotécnicos e também a possibilidade de retardos curtos gerarem frequências mais altas.

5. CONCLUSÕES

A partir de testes e entendimento da atenuação da onda sísmica para uma determinada direção (pit – comunidade) foram tomadas diversas ações a fim de evitar vibrações além dos limites da NBR 9653.

Depois de redução de carga máxima por espera, aplicação da direção de iniciação oposta à comunidade e finalmente, adoção de sistema eletrônico de iniciação, os resultados de vibração obtidos foram inferiores aos limites da norma NBR9653. Notaram-se frequências mais elevadas, o que teoricamente reduz o risco de ressonância nas construções vizinhas.

Os autores planejam um trabalho futuro capaz de definir tempos de retardos entre furos mais adequados buscando reduzir ainda mais os valores atuais de vibração e elevar a frequência da vibração induzida no solo.

REFERÊNCIAS

AIMONE-MARTIN, C.T., M.A. Martell, L.M. McKenna, D.E. Siskind, and C.H. Dowding, 2003, “Comparative Study of Structure Response to Coal Mine Blasting”, prepared for the Office of Surface Mining Reclamation and Enforcement, Pittsburgh, USA.

DOWDING, C. H., 1985, "Blast Vibration Monitoring and Control", Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, USA.

KONIAa, C.J., 1995, “Blasting Design”. Intercontinental Development Corporation, Montville, Ohio, USA.

NBR 9653:2005, “Guia para avaliação dos efeitos provocados pelo uso de explosivos nas minerações em áreas urbanas”, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro, RJ.

PERSON, P., Holmberg, R. & Lee, J., 1994, “Rock Blasting and Explosives Engineering”, CRC Press, London, England.

ROSENHAIM, V.L., Munaretti, E., Feijó, J.F., Koppe, J.C., “Blast Optimization and Vibration Control at a Multi-Seam Coal Mine, Brazil” Proceedings of the 38th Annual Conference on Explosives & Blasting Technique, Nashville, TN, January 12 to 15, 2012, International Society of Explosives Engineers, Cleveland, Ohio.

SISKIND, D. E., 2000, “Vibrations from Blasting”, International Society of Explosives Engineers, Cleveland, OH.

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