SISMOGRAFIA E MONITORAMENTO SISMOGRÁFICO DE DETONAÇÕES
Nesta abordagem analisamos dois fenômenos que acompanham a detonação e que são a causa das ações no meio ambiente. Esses fenômenos podem levar a danos a edifícios, incômodos à população ou acidentes de trabalho. A sismografia e monitoramento sismográfico de detonações, vem a ser uma ferramenta fundamental no dimensionamento adequado do projeto de detonação.
Em muitas ocasiões, a detonação ocorre em áreas próximas a núcleos habitados, estradas ou áreas industriais. Quando os efeitos da detonação afetam a população de alguma forma, conflitos indesejáveis podem surgir devido a queixas da população.
A detonação de rochas pode, por vezes, pode representar uma ameaça real para a integridade dos edifícios e estruturas próximos. Consequência ocorrerão, se as medidas preventivas necessárias não forem tomadas. A sismografia permitirá o correto dimensionamento da detonação.
Esses fenômenos são, por outro lado, manifestações da liberação da energia do explosivo de forma inadequada, sem realizar o trabalho útil de fragmentação e remoção da rocha e, portanto, constituem uma energia perdida.
Por conseguinte, a detonação de rochas deve ser concebida com foco nos objetivos principais que é a fragmentação da rocha e ou sua remoção, mas sem com isto afetar a vida de comunidades vizinhas e estruturas. Medidas necessárias devem ser tomadas para que não representem um risco para a vizinhança e para o pessoal que trabalha no local ou na operação.
Como forma de coibir excessos e orientar os processos de detonação, quanto à emissão de ondas de choque e vibrações, essa atividade foi normatizada no Brasil, onde temos a NBR 9653/2018. Vários países tem suas normas próprias, sendo que alguns são mais exigentes.
Os efeitos produzidos pela detonação de rochas são:
1. Vibrações no solo
2. Pressão acústica de ar
3. Arremesso excessivo de fragmentos de rocha (fly-rock)
4. Deslocamento de volume pré-determinado de rocha
5. Fragmentação da rocha em tamanhos definidos no projeto
6. Projeção da rocha fragmentada a uma certa distância de sua posição original
7. Quebra excessiva de parte da rocha detonada
8. Fraturas e deformações permanentes na rocha atrás ou ao lado da detonação (backbreak ou overbreak)
Dos efeitos acima mostrados, alguns são considerados desejáveis e alguns podem ser indesejáveis. A magnitude desses efeitos indesejáveis corresponderão ao projeto de detonação utilizado e à quantidade de energia utilizada na produção desses efeitos. A magnitude dos eventos, é reduzida por um fator de impedância da rocha e um fator de acoplamento dos explosivos no furo.
1 – Vibrações no Solo – Sismografia e monitoramento sismográfico de detonações
A transferência de energia de detonação para a rocha é uma função das características dos explosivos utilizados e das características dos estratos terrestres.
Fatores a serem considerados na geração de vibrações no solo:
1.1 – Acoplamento da carga de explosivos no furo
Um furo com fator de acoplamento 1, corresponde à situação que o diâmetro do explosivo seja o mesmo do furo, ou seja, tal qual aquele carregado com emulsões bombeadas. Quando a carga e o diâmetro do furo são quase semelhantes (o acoplamento é próximo de 1), a pressão de choque entregue à rocha é máxima.
Para uma carga desacoplada (ou seja, o diâmetro da carga é menor que o diâmetro do furo), a pressão de choque no lado do furo diminui exponencialmente com a diferença nos diâmetros. Este princípio de desacoplamento da carga explosiva é muito importante ao projetar a detonação para o desmonte controlado, a fim de reduzir o excesso de ruptura na rocha circundante. A carga desacoplada é o meio mais eficaz de reduzir a pressão no furo e, consequentemente, o nível de tensão de pico dentro da massa rochosa. Assim, a adoção de decks de ar (de preferência usando airbags) em furos com fracionamento da carga, diminuem em muito a geração de vibração e rupturas em excesso na rocha circundante.
1.2 – Confinamento da carga de explosivos
Quando os furos da detonação estão sob ou sobrecarregados, frente ao volume de rochas a ser detonado e na ausência de face livre adequada, uma grande quantidade de energia liberada poderá ser desperdiçada e convertida em vibração no solo e barulho com (impacto de ar),
Essas vibrações indesejáveis, o barulho e o (impacto de ar) da detonação criam incômodo nas operações de mineração e vizinhança. Outro aspecto negativo da detonação é o Fly-rock; que é, uma vez mais, o resultado de uma concepção inadequada de detonações e da seleção de explosivos.
2 – Onda de choque (Vibração de detonação) gerada
A onda de choque / vibração induzida por detonação mal projetada, é responsável por uma grande degradação do ambiente circundante à detonação. Isto vem a criar incômodos em minas a céu aberto, atividades de construção e tuneis das seguintes formas:
a) Vibração induzida por detonação, é diretamente responsável por danos em estruturas públicas e propriedades pertencentes aos habitantes adjacentes aos locais de detonação a céu aberto. Isto vem a criar sérios problemas de relações públicas.
b) A onda de choque de alta intensidade gerada pela detonação é responsável pela deterioração da condição de fragmentação das rochas na mineração a céu aberto, por meio de side-break ou back-break na bancada detonada.
c) A vibração induzida pela detonação é responsável pela deterioração da estabilidade dos taludes rochosos em minas e pedreiras a céu aberto, afetando assim, a segurança no trabalho.
d) A onda de choque de alta intensidade gerada pela detonação de rochas é responsável pela deterioração das rochas de teto e parede de minas subterrâneas, tuneis e trabalhos de construção, etc. Isto afetando a segurança do trabalho e oneração de custos.
e) Devido à quebra lateral em caso de túneis, fica difícil manter a dimensão e geometrias de projeto desejadas, afetando também a integridade das rochas encaixantes. Afetando também os custos com proteção, contenção e segurança do teto e das aberturas.
f) Em caso de escavação de fundação, devido à onda de choque de alta intensidade gerada pela detonação, é difícil preservar a condição das rochas hospedeiras; afetando os custos da construção.
g) No caso de minerações subterrâneas, as chances de diluição do minério são maiores por causa da quebra excessiva (over breaks) de rochas encaixantes. Custo adicional também envolvido na manutenção e suporte das aberturas.
h) As ondas de choque de alta intensidade geradas pelas detonações são responsáveis pela deterioração da condição de estabilidade dos aterros e barragens de rejeitos em operações de mineração a céu aberto e subterrâneas, afetando a segurança das estruturas. A sismografia e monitoramento sismográfico de detonações, possibilita a mensuração dos eventos de vibração;
3 – Detonação no ar pressão acústica ou ruído
O barulho gerado no ar e ou sobrepressão acústica, é o resultado de um impulso transitório de pressão do ar gerado pela detonação de explosivos. A magnitude desse evento pode ser medida pela sismografia e monitoramento sismografico da detonação de explosivos.
Um dos principais problemas de relações públicas enfrentados por usuários de explosivos, se deve à indução e geração do barulho e da sobrepressão acústica no ar. Isto corre devido ao projeto inadequado da detonação.
A especificação e utilização adequada dos acessórios de detonação, tais como iniciadores não elétricos e eletrônicos, minimizam a geração desses efeitos.
O problema do barulho e sobrepressão acústica de ar, são maiores quando se faz uso do cordel detonante nas detonações a céu aberto, (ou seja, quando a propagação da onda da detonação entra diretamente em contato com o ar); portanto, o uso de cordel detonante deve ser evitado para restringir os problemas de barulho e impacto de ar. A sismografia e monitoramento de detonações possibilitam a mensuração dos eventos de impacto de ar.
4 – Detonações e Vibrações
O aumento súbito da pressão no furo induz tensões dinâmicas na rocha circundante. Isto criando uma onda de tensão que se propaga concentricamente com o furo detonado. A intensidade desta onda diminui com a distância, uma vez que a energia transmitida para a rocha será distribuída por uma área crescente da superfície. A intensidade das tensões diminui com o aumento da distância do alvo considerado. A sismografia e monitoramento sismográfico de detonações, vem a auxiliar no dimensionamento do projeto de detonação.
Essa onda provoca um movimento vibracional do solo, o que pode causar danos aos edifícios e outras estruturas, também o desconforto humano.
As vibrações causadas pela detonação de rochas, devem estar previstas no projeto de detonação, registradas e controladas, a fim de se otimizar a aplicação dos explosivos em cada serviço.
5 – Geração de ondas sísmicas pela detonação
Como visto, a detonação de uma certa quantidade de explosivo confinado dentro de um furo no seio rochoso, gera ondas de choque, ocasionadas por um aumento súbito de pressão, que atua nas paredes do furo e é transmitida à rocha circundante, inicialmente como uma onda de choque, e a uma certa distância do furo como uma onda de compressão.
Essa onda de compressão pode ser compreendida como esférica e passível de medições tri ortogonalmente ao furo.
A compressão sofrida pelo meio material circundante será, portanto, uma função inversa ao quadrado da distância que ele se encontra da detonação.
Considerando o furo detonando, identifica-se três zonas em função da magnitude da pressão da onda de choque:
• A zona mais imediata ao furo onde a onda de choque é maior do que a resistência à compressão da rocha, causando sua pulverização. Isto produz o consequente amortecimento da onda de choque devido ao alto consumo de energia. A extensão desta área é muito limitada, da ordem de alguns diâmetros ao redor do furo e há um forte amortecimento da onda de choque.
• A zona de deformação plástica, na qual a pressão da onda de choque não excede a resistência à compressão da rocha, mas o limite elástico, produzindo basicamente deformações permanentes (plásticas). Nessa área também se apresentam rachaduras radiais, muito intensas nas proximidades do furo, devido ao efeito da tensão e à tração tangencial. Essa zona estende-se por vários diâmetros em relação à zona anterior.
• A zona elástica, que se estende indefinidamente da anterior. Nesta área, as forças não excedem o limite elástico de compressão dos materiais, o que faz com que ele tenha um comportamento elástico, embora também existem algumas fraturas radiais como resultado de forças de tração. O consumo de energia é praticamente nulo e o amortecimento da onda se deve, praticamente, ao aumento da área de superfície em que atua.
6 – Sismografia e Monitoramento Sismográfico de detonações
A magnitude das ondas de vibração são passíveis de medição, assim como o barulho e ou Pressão acústica do ar na região circundante à detonação. Para isto utiliza-se de sismógrafos de engenharia para a sismografia e monitoramento sismográfico das detonações.
A unidade de medida de vibração (Velocidade de Partícula, VP), nos tres eixos (Longitudinal, Transversal e Vertical) é (mm/s).
A unidade de medida da Pressão Acústica de ar é o decibel (d BL).
O sismógrafo apresentará leitura continua do evento de detonação, pelo tempo a ser definido pelo usuário, sendo que ele apresenta também o resultado final das leituras (leitura de pico), ocorridas no evento.
7 – Sismógrafo de engenharia
Sismógrafo de engenharia – Sismografia e monitoramento sismográfico de detonações
8 – Edição do registro sismográfico
Sismograma
9 – Registro sismográfico – Sismograma
Sismograma emitido pelo sismógrafo de engenharia
No sismograma acima, observa-se a curva limite estabelecida pela NBR 9653/2005 e as leituras do evento de detonação lançadas sobre ela. A resultante da vibração, Pico, foi de 4,65 mm/s e o Pico de pressão acústica foi de 118,95 dBL.
Observa-se também que os resultados de VP (Velocidade de Partícula) e da Pressão Acústica gerados no evento de detonação, estiveram abaixo daquilo previsto na norma NBR 9653/2005.
BIBLIOGRAFIA
United States. Bureau of Mines
Structure response and damage produced by ground vibration from surface mine blasting.
(Report of investigacions • Bureau of Mines ; 8507)
Techniques of Controlled Blasting for mines, tunnels and construction
workings – To mitigate various blast induced adverse effects.
Partha Das Sharma (B.Tech-Hons. In Mining Engg.)
BRITO, L. A. Avaliação das principais fontes de vibração no meio urbano. Ambiente Construído, Porto Alegre, v. 14, n. 4, p. 233-249, out./dez. 2014. ISSN 1678-8621 Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído.
