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XXIV SEMINÁRIO NACIONAL DE GRANDES BARRAGENS

DESMONTES COM EXPLOSIVOS SEM ULTRALANÇAMENTO PERMITEM ESCAVAÇÕES SEGURAS NA 2ª ETAPA DA U.H.E. TUCURUI

Trabalho apresentado em 2003

Nieble, C.M.* Cintra, B.H.* Aquino, A. **

* Consultores, Matra Engenharia e Consultoria S/C Ltda. ** Engenheiro, Camargo Corrêa Construções e Comércio S.A.

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Resumo A ampliação e obras complementares de usinas já existentes impõem restrições severas às detonações com explosivos. Toda uma tecnologia foi desenvolvida para o controle de detonações seguras nas vizinhanças de estruturas de concreto existentes, turbinas em operação, relés de controle, etc, e tem sido implantadas em diversas obras (Cachoeira Dourada, Mascarenhas de Morais, etc.). Em particular, além dos aspectos acima, a escavação do septo de jusante do Canal de Fuga da U.H.E. Tucuruí, para implantação da 2ª etapa, em execução pela Camargo Corrêa Construções e Comércio para a Eletronorte, exigiu técnicas de desmonte especiais para minimizar a probabilidade de ultralançamento de fragmentos às três linhas de 500 KV, que passam a 30m acima das escavações, e de cuja segurança depende a transmissão de energia do sistema interligado. Este trabalho apresenta os aspectos de técnicas de desmonte e controle implantados, pioneiros na minimização de riscos nos trabalhos de escavação na ampliação de usinas hidrelétricas. Summary Blasting for the ampliation of large hydroeletric dams impose huge limitations. Special technologies have been developed considering the safe control of blasting near existing concrete structures, power plants in operation, etc, and were applied at many sites such as Cachoeira Dourada and Mascarenhas de Moraes. Besides those aspects, the excavation of the downstream rock dike left for protection of works for the second phase of Tucurui Hydro Power Plant is performed by the application of special blasting techniques in order to minimize the probability of flying rock that could damage the three 500kV transmission lines 30m above excavation. This article presents the most important procedures stablished for blasting and its control based on modern technologies for minimizing risks associated with the ampliation of existing power plants. 1. Introdução Na técnica convencional de desmonte de rochas, como concebida originalmente por Langefors e outros, é comum o espetáculo visual de ultralançamento de fragmentos. Com o advento das perfuratrizes de grande diâmetro e de explosivos bombeados, principalmente em minerações, tornou-se comum o ultralançamento de pequenos fragmentos e ainda o relato de muitos casos de

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lançamento de fragmentos de volumes razoáveis a grandes distâncias, causando graves acidentes, inclusive fatais. Tal prática não é certamente a forma mais adequada de executar a cominuição (fragmentação) da rocha, pois muita energia é desperdiçada e se provoca grandes danos ao meio ambiente e instalações. O desmonte em pedreiras em zonas urbanas, utilizando-se perfuratrizes de 3 ½” e 4” e explosivos tipo ANFO ou Emulsão, e ainda os desmontes em grandes minerações de ferro com utilização de diâmetros até 9 7/8”, realizados muitas vezes nas imediações de instalações industriais, escritórios, etc, levou ao desenvolvimento de uma nova tecnologia de desmonte não agressivo. Essa tecnologia, desenvolvida pelos autores para minerações, foi adaptada e aplicada para o desmonte de rocha da 2ª etapa de implantação da U.H.E. de Tucuruí, onde, além do problema de ultralançamento às linhas de transmissão, os aspectos de vibração, fragmentação e impacto de ar foram equacionados adequadamente. A técnica se baseia principalmente em evitar a ejeção prematura do tampão e o lançamento de blocos da face resultante de afastamento inadequado na primeira carreira, reduzindo praticamente a zero o ultralançamento e trazendo ótimos resultados de fragmentação e pilha menos compacta (ver figura 1).

Figura 1 Ela se apóia basicamente num redimensionamento de todo o plano de fogo, e num sistema de controle do processo de implantação. Assim, os seguintes parâmetros são adotados: Básicos:

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a) afastamento na primeira carreira, proporcional a energia do explosivo, por metro de furo. b) tampão de alta resistência dinâmica, que mantenha confinados os gases da detonação, de maneira que a energia do explosivo possa romper a rocha antes que o material do tampão seja ejetado para fora do furo. c) escalonamento a ar (airdeck) abaixo do tampão, que permite com que a energia potencial do explosivo seja transferida ao meio rochoso, triturando e quebrando a rocha antes que haja a ejeção do tampão e por tempo mais longo. Complementares: e) marcação e emboque cuidadoso dos furos; d) utilização de explosivos adequados às características de resposta dinâmica do maciço rochoso; e) utilização de acessórios de detonação que minimizam falhas e garantam a seqüência adequada do fogo, sem que haja inversão na seqüência de detonação; f) Utilização de reforçadores (boosters) que garantam a iniciação da coluna de detonação no fundo do furo. A carga de explosivo funciona como se fosse tampão adicional (figura 2);

Figura 2

g) tornando a forma do desmonte sem que haja grandes engastes na geometria do fogo a detonar (figura 3).

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Figura 3

h) garantindo que a relação afastamento x altura de bancada x diâmetro de perfuração, conhecida como razão de flexibilidade, seja compatível. i) executando-se um controle adequado do desvio de furação através de aparelhos tipo bore track, e perfilagem à laser da face da bancada, para adaptar o carregamento da 1ª fileira de furos (figura 4).

Figura 4

j) não inclinando os furos com mais de 10 graus. Esta prática minimiza os desvios de furação. k) dimensionando as cargas por espera e intervalos de retardo adequados para que os danos no entorno sejam mínimos e não produzam, pelas altas vibrações, blocos pré-formados para serem ultralançados. O resultado, além de minimizar o ultralançamento, garante melhor fragmentação para o fogo seguinte. l) utilizando câmaras de vídeo para analisar os fogos detalhadamente.

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A foto a seguir ilustra a execução de um desmonte não agressivo em pedreira, sem nenhuma ejeção de tampão e conseqüentemente menor probabilidade de ultralançamento: 2. Testes Iniciais Foi elaborada uma bateria de testes iniciais com a implantação da tecnologia indicada para furos de 76 mm (3”) de diâmetro, e que constituiu basicamente de:

para eliminar o ultralançamento vertical:

- utilizar tampão de 2,0m de comprimento. O comprimento é função do diâmetro da carga, tipo de explosivo, rocha e do fator de segurança desejado;

- utilizar brita 1 como material de tamponamento (tampão de alta resistência dinâmica). A dimensão média dos fragmentos é função do diâmetro da carga;

- coluna de ar (airdeck) de 2,0m entre o topo da carga e a base do tampão. Parte do ar serve para substituir uma porção do tampão para que não sejam produzidos blocos de grandes dimensões;

- coluna de ar maior na carreira da frente por causa do desbeiçamento da parte superior da bancada;

- redução do numero de carreiras. Maior número de carreiras tendem a aumentar a probabilidade de ultralançamento (ver figura 5).

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Figura 5

para eliminar o ultralançamento inclinado e melhorar a geometria da pilha:

- afastamento da primeira carreira proporcional à razão linear de carregamento do explosivo. O afastamento médio na primeira carreira foi da ordem de 2,9m;

- perfuração com o mínimo desvio possível na primeira carreira, ou seja, adotando-se haste guia, bit retrátil e meio avanço para reduzir erros de perfuração;

- carregamento da 1ª carreira após o escaneamento da face, proporcional ao afastamento real;

- escalonamento a ar (airdeck) entre o topo da carga e a base do tampão (2,0m na primeira fileira e 1,5m na 2ª fileira);

- razão de carregamento da ordem de 300gr/m3 sólido, resultando em afastamento de 2,2m na segunda fileira.

Retardos e ligação em zig zag longo (ver figura 6).

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Figura 6 Os testes mostraram claramente que o ultralançamento vertical era praticamente zero, e o ultralançamento horizontal limitado a alguns metros da face, formando-se uma pilha adequada ao equipamento de carga. Os desvios de furação foram reduzidos praticamente zero, e o ultralançamento horizontal limitado a alguns metros da face. Os desvios de furação foram reduzidos praticamente a zero com a adoção de hastes guias, bit retrateis e meio avanço. O escaneamento da face e superfície das bancadas mostrou que não há reentrâncias ou saliências na face, mas um “desbeiçamento” na região da crista, devidos a fogos anteriores e estruturas geológicas adversas (ver figura

7).

Figura 7

Como esta região é a que favorece os maiores ultralançamentos nos planos de fogos convencionais, dimensionou-se o comprimento do tampão dinâmico e da coluna de ar em função da geometria analisada. 3. O Planejamento de Demolição do Septo A figura 8 mostra, em planta o septo a ser desmontado, e a posição das linhas de alta tensão.

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Figura 8

A figura 9 mostra o planejamento final de demolição do septo de jusante que, além da proximidade das torres de alta tensão, apresentava as seguintes condicionantes:

Figura 9

a) o balanceamento de rocha, de maneira a permitir que a própria escavação de rocha do septo permitisse um fluxo de escavação que atendesse às

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necessidades de construção da 2ª etapa da Usina, sem a exploração de rocha de pedreira. b) as condicionantes de segurança, de maneira a garantir que a escavação fosse executada com proteção contra as cheias, mantendo-se o dique de terra em cota adequada para o período de retorno de cheias consideradas. c) com planos de fogos que, além de minimizar os ultralançamentos à linha de transmissão, garantissem a segurança do dique de terra e de outras estruturas (base das torres, por exemplo) e de equipamentos sensíveis da subestação. Assim, todo sistema de aproximação foi dimensionado dentro das técnicas aqui apresentadas. Apenas para se ter uma idéia, prevê-se nos fogos junto ao dique de terra, visando preserva-lo até a etapa final de retirada do septo, que as malhas sejam substancialmente reduzidas no seu espaçamento, em bancadas de 15m de altura, e que o tampão dinâmico e a coluna de ar cheguem a somar 8m, utilizando-se apenas 7m de coluna explosiva no fundo, o que permitirá aproximar o desmonte a 5m do dique de terra. Assim, na última etapa de remoção do dique, 400.000 m3 serão desmontados em duas frentes, por montante e jusante, em 5 meses, na época de seca, o que fornecerá aproximadamente 40.000m3/frente. Em todo o processo de implantação desta nova tecnologia, extremo cuidado foi atribuído à proteção das linhas de transmissão. Temendo que variabilidades na implantação, no campo, pudessem levar a uma pequena probabilidade de ultralançamento de fragmentos às linhas de transmissão, a Eletronorte e Camargo Correa C.C. decidiram colocar 0,70m a 1,0m de areia no topo da bancada (o previsto inicialmente era 2,0m). Além disso, dispositivo tipo “girafa” (ver figura 10), constituída por uma manta geotêxtil e tela sintética costurada, suspensas sobre a bancada a serem detonadas, evitariam qualquer fragmento originado por ultralançamento

inclinado.

Figura 10

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À medida que o processo seja implantado, inclusive com maiores comprimentos de tampão dinâmico e coluna de ar, além do treinamento da equipe, tais proteções poderiam ser abandonadas. 4. Conclusões A construção e ampliação de usinas hidrelétricas irão exigir cada vez mais a aplicação de tecnologias modernas que permitam executar escavações com explosivos com maior rapidez, menores custos e com segurança. Assim, a tendência se apoiará na utilização de maiores diâmetros de perfuração (3 ½ “ a 5 ½ ”,por exemplo), maiores alturas de bancadas e na aplicação de técnicas de desmonte não agressivo,como o apresentado neste trabalho. Este tipo de desmonte, além de apresentar vantagens de menor probabilidade de ultralançamento, oferece as seguintes vantagens se comparado com outros tipos de fogos:

- Boa fragmentação. - Parede mais regular devido a menores espaçamentos. - Eliminação perfeita de repé. Menor produção de poeira,

principalmente devida a não ejeção do tampão. - Menor vibração, devido principalmente a coluna de ar, que não

deixa o explosivo liberar toda sua energia sísmica, o que aconteceria se estivesse em contato com a rocha.

- Menor impacto de ar. O impacto de ar gerado pela ejeção do tampão é muito pequeno e o impacto de ar criado pela movimentação mais lenta da face é de amplitude menor.

- Quando o ultrançamento for crítico, não deveremos adotar mais de duas carreiras e em nenhuma condição deveremos adotar mais de seis carreiras de furos.

- Reduz sensivelmente a necessidade de cobertura dos fogos próximos a instalações, edifícios de escritórios e principalmente em zonas urbanas.

- A técnica apresenta potencial para aplicações tais como a obtenção de blocos para enrocamento sem danos, aproximação de áreas críticas e desmonte escultural.

O “Plano de fogo não agressivo” deverá em breve, se tornar técnica obrigatória em escavações de hidroelétricas, pois, além de garantir ótimos resultados, minimiza os riscos ao meio ambiente. 5. Bibliografia Langefors , U. e Kihlstrom.B. “The modern Technique of Rock Blasting” , John Wiley and Sons, New York, 1973. Gustafsson, R. “Swedish Blasting Technique”, SPI, Gothenburg, Sweden, 1973. Nieble, C. M. “Escavação em rocha para fundações de barragens” Simpósio Sobre a Geotecnia da Bacia do Alto Paraná, São Paulo, ABGE, ABMS, CBMR, 1983.

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