UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

Instituto de Geocincias e Cincias Exatas

Campus de Rio Claro

ANLISE DAS VIBRAES RESULTANTES DO DESMONTE DE

ROCHA EM MINERAO DE CALCRIO E ARGILITO

POSICIONADA JUNTO REA URBANA DE LIMEIRA (SP) E SUA

APLICAO PARA A MINIMIZAO DE IMPACTOS AMBIENTAIS

Caetano Dallora Neto

Orientadora: Profa. Dra. Gilda Carneiro Ferreira

Dissertao de Mestrado elaborada junto ao

Programa de Ps-Graduao em Geocincias rea

de Concentrao em Geocincias e Meio Ambiente,

para obteno do ttulo de Mestre em Geocincias.

Rio Claro (SP)

2004

550 Dallora Neto, Caetano D148a Anlise das vibraes resultantes do desmonte de rocha em

minerao de calcrio e argilito posicionada junto rea urbana de Limeira (SP) / Caetano Dallora Neto. Rio Claro : [s.n.], 2004

82 f. : il., grfs., tabs. Dissertao (mestrado) Universidade Estadual Paulista, Instituto de Geocincias e Cincias Exatas Orientador: Gilda Carneiro Ferreira 1. Geologia Aspectos ambientais. 2. Tempo de retardo. I.

Titulo.

Ficha Catalogrfica elaborada pela STATI Biblioteca da UNESP Campus de Rio Claro/SP

Comisso Examinadora

Profa. Dra. Gilda Carneiro Ferreira (orientadora)

Prof. Dr. Elias Carneiro Daitx

Prof. Dr. Valdir Costa e Silva

Caetano Dallora Neto

- aluno -

Rio Claro, 26 de novembro de 2004

Resultado:

Maria

e s nossas crianas.

Sempre sero.

AGRADECIMENTOS

A realizao deste trabalho foi possvel a partir da colaborao direta de:

Alan de Oliveira, IGCE, UNESP.

Ana Carolina Salles Scarpari, IGCE, UNESP.

Antoninho Pedro, Ablio Pedro Ind. e Com. Ltda., Limeira, SP.

Carlos de Almeida Nbrega, IGCE, UNESP.

Antonio Cezrio Porta Junior, IGCE, UNESP.

Eline Brigatto, IGCE, UNESP.

Elias Carneiro Daitx, IGCE, UNESP.

Francisco Manuel Garcia Barrera, IGCE, UNESP.

Gilberto M. de Souza Rodriguez, Master Demolies e Comrcio Ltda., Jardinpolis, SP.

Joo Carlos Dourado, IGCE, UNESP.

Rubens Csar dos Santos, Constroeste Ind. e Comrcio Ltda., Guar. SP.

Srgio Barbosa de Couto, Ablio Pedro Ind. e Com. Ltda., Limeira, SP.

A quem manifesto o reconhecimento pela sua contribuio.

Deve ser debitada a responsabilidade por este cometimento Profa. Dra. Gilda Carneiro

Ferreira, amiga e orientadora.

S U M R I O

ndice............................................................................................................................................ i

ndice de Tabelas..........................................................................................................................iii

ndice de Figuras ..........................................................................................................................iv

Resumo ........................................................................................................................................vi

Abstract ......................................................................................................................................vii

1 Generalidades......................................................................................................................... 1

2 Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos .................................. 5

3 Vibraes no terreno decorrentes de desmontes de rochas com explosivos............................ 10

4 Impactos ambientais das vibraes propagadas pelo terreno e formas de mitigao................ 33

5 rea de estudo..................................................................................................................... 42

6 Anlise e interpretao dos dados ......................................................................................... 52

7 Determinao dos tempos de retardo ....................................................................................61

8 Concluses........................................................................................................................... 75

9 Referncias Bibliogrficas...................................................................................................... 79

Anexos

indice

1 Generalidades........................................................................................................................ 1

1.1 Introduo ................................................................................................................... 1

1.2 Objetivos ..................................................................................................................... 2

1.3 - Localizao da rea de estudo ..................................................................................... 2

1.4 Materiais e mtodos .................................................................................................... 3

2 - Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos ............................. 5

2.1 - Poeiras e gases txicos................................................................................................. 5

2.2 Ultralanamentos ........................................................................................................ 6

2.3 - Danos ao macio remanescente................................................................................... 6

2.4 - Rudo e sobrepresso atmosfrica ............................................................................... 6

2.5 - Vibraes propagadas pelo terreno.............................................................................. 8

3 Vibraes no terreno decorrentes de desmontes de rocha com explosivos ........................ 10

3.1 Conceitos bsicos utilizados no estudo de vibraes................................................ 10

3.1.1 Elasticidade................................................................................................... 10

3.1.2 - Propagao de ondas elsticas ...................................................................... 13

3.1.3 - Partio de energia em uma interface ........................................................... 16

3.1.4 Mecanismos de atenuao ........................................................................... 19

3.1.5 Vibraes...................................................................................................... 21

3.2 - Desmonte de rochas com explosivos......................................................................... 22

3.2.1 - Plano de fogo................................................................................................. 23

3.2.2 - Explosivos e acessrios de detonao........................................................... 26

a Explosivos............................................................................................... 26

b - Acessrios de detonao ......................................................................... 27

3.2.3 - Mecanismos de fragmentao ....................................................................... 28

3.2.4 - Rendimento energtico.................................................................................. 31

4 Impactos ambientais das vibraes propagadas pelo terreno e formas de mitigao ......... 33

4.1 Danos associados a vibraes.......................................................................... 33

4.2 - Reaes humanas s vibraes ......................................................................... 35

4.3 - Reduo das vibraes que se propagam pelo terreno ..................................... 36

4.4 - Obteno de equao de atenuao.................................................................. 38

ii

5 - rea de estudo ..................................................................................................................... 42

5.1 - Atividades de lavra e beneficiamento........................................................................ 42

5.2 Monitoramento sismogrfico .................................................................................... 44

5.2.1. Equipamentos utilizados .................................................................................. 44

5.2.2. Dados obtidos................................................................................................... 45

5.2.2.1. Dados obtidos na primeira etapa de monitoramento............................ 45

5.2.2.2. Dados obtidos na segunda etapa de monitoramento ........................... 49

6 - Anlise e interpretao dos dados........................................................................................ 52

7 - Determinao dos tempos de retardo....................................................................................61

8 Concluses .......................................................................................................................... 75

9 - Referncias bibliogrficas ................................................................................................... 79

Anexo I Mapa de Localizao das Detonaes e Pontos de Monitoramento Sismogrfico

Anexo II Planos de Fogo

Anexo III Sismogramas - Planos de fogo

Anexo IV Sismogramas - Tempos de retardo

iii

ndice de Tabelas

Tabela 4.1.1 Critrio para avaliao do risco de danos e edificaes proposto porLangefors e Kihlstrm (1978)................................................................................33

Tabela 4.1.2 Critrio para a avaliao de danos e edificaes proposto por Siskind et al. (1980) .............................................................................................34

Tabela 5.2.2.1.1 Planos de fogo monitorados no perodo de 17/12/99 a 08/12/00............................47

Tabela 5.2.2.1.2 Registros obtidos no perodo 17/12/99 a 08/12/00 ...............................................48

Tabela 5.2.2.2.1 Planos de fogo monitorados no perodo de 24/04 a 25/11/03 ................................50

Tabela 5.2.2.2.2 Registros obtidos no perodo 24/04 a 25/11/03 ....................................................51

Tabela 7.1 Tempos de retardo - solo (janeiro de 2004).......................................................................64

Tabela 7.2 Tempos de retardo - basalto (junho de 2004)....................................................................69

iv

ndice de Figuras

Figura 6.1 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos e equaes deatenuao e de mxima energia........................................................................ 53

Figura 6.2 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos................................... 54

Figura 6.3 - Registros obtidos em residncia situada na rua 16 n. 35, na primeira esegunda etapas de monitoramento.................................................................... 54

Figura 6.4 - Registros obtidos no escritrio da empresa na primeira e segunda etapas de monitoramento............................................................................................ 55

Figura 6.5 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupados segundo caractersticas dos planos de fogo...................................................... 57

Figura 6.6 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos, agrupadossegundo caractersticas dos planos de fogo, em escala bilogartmica............... 57

Figura 6.7 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupadossegundo caractersticas dos planos de fogo....................................................... 58

Figura 6.8 - Registros obtidos na primeira etapa de monitoramentos, agrupadossegundo caractersticas dos planos de fogo, em escala bilogartmica............... 58

Figura 6.9 - Registros obtidos na segunda etapa de monitoramentos e equao demxima energia desenvolvida a partir dos registros provenientes daprimeira............................................................................................................. 59

Figura 6.10 - Registros das duas etapas de monitoramento e equaes 6.2 e 6.4.................. 60

Figura 7.1 Esquema de montagem do experimento........................................................... 62

Figura 7.2- Esquema de montagem dos conjuntos espoleta/estopim e no eltrico deretardo............................................................................................................... 63

Figura 7.3.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e deretardo de 25 ms................................................................................................ 65

Figura 7.3.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjunto composto por espoleta simples e deretardo de 25 ms................................................................................................

65

Figura 7.3.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de conjuntos compostos por espoleta simples e de retardode 25 ms............................................................................................................ 65

Figura 7.4.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de espoleta simples 8............................................................. 66

vFigura 7.4.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em 22/01/04 a partir de espoleta simples n. 8....................................................... 66

Figura 7.4.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 a partir de espoleta simples n. 8........................................................ 66

Figura 7.5.a - Registros obtidos na componente transversal; eventos monitorados em22/01/04 e representao do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67

Figura 7.5.b - Registros obtidos na componente vertical; eventos monitorados em22/01/04 e representao do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67

Figura 7.5.c - Registros obtidos na componente longitudinal; eventos monitorados em22/01/04 e representao do sinal "ter 25 ms" deconvoluido do sinal"espoleta 2"....................................................................................................... 67

Figura 7.6.a - Comparativo entre os registros 17:31, de 08/06 e 17:05, de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 17 ms.Os valores observados foram de 16,8 ms.......................................................... 71

Figura 7.6.b - Comparativo entre os registros 17:05 e 17:12, de 19/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 17 ms. Os valoresobservados foram de 16,8 ms e 13,2 ms, respectivamente............................... 71

Figura 7.7.a - Comparativo entre os registros 17:20 e 17:24, de 19/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Os valoresobservados foram de 25,4 ms............................................................................ 72

Figura 7.7.b - Comparativo entre os registros 17:36 e 18:13, de 08/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 25 ms. Os valoresobservados foram de 22,9 ms e 29,3 ms, respectivamente............................... 72

Figura 7.8.a - Comparativo entre os registros 17:41 e 18:21, de 08/06/04, na componentevertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms. Os valoresobservados foram de 251,4 ms e 250,9 ms, respectivamente........................... 73

Figura 7.8.b - Detalhe da figura 7.8.a...................................................................................... 73

Figura 7.8.c - Detalhe da figura 7.8.a...................................................................................... 73

Figura 7.9.a - Comparativo entre os registros 18:04, 18:17 e 18:22, de 19/06/04, nacomponente vertical, a partir de retardos com tempos nominais de 250 ms.Os valores observados foram de 260,3 ms, 241,7 ms e 250,5 ms,respectivamente................................................................................................. 74

Figura 7.9.b - Detalhe da figura 7.9.a...................................................................................... 74

Figura 7.9 .c - Detalhe da figura 7.9.a...................................................................................... 74

Figura 8.1 - baco distncia versus carga mxima por espera................................. 78

vi

RESUMO

Neste estudo foi realizado o monitoramento das vibraes geradas por explosivos

em uma lavra de calcrio e argilito localizada no municpio de Limeira (SP), com o

objetivo de desenvolver equao probabilstica de atenuao de vibrao e verificao da

existncia de variao nos nveis de vibrao gerados pelo desmonte em diferentes nveis

litolgicos e estratigrficos. Os registros da velocidade de vibrao de partcula e sua

freqncia foram medidos utilizando-se sismgrafos de engenharia, concentrando-se em

rea localizada a 300 metros a sudoeste do empreendimento mineiro, no Bairro Belinha

Ometto. Os trabalhos foram realizados em duas etapas, na primeira foi gerada uma equao

probabilstica que foi utilizada pela empresa e reduziu os incmodos causados populao

pelas operaes de detonao. Os valores obtidos na etapa seguinte indicam ser o principal

fator na disperso das velocidades de partcula os desvios nos tempos nominais de retardo

dos acessrios de detonao utilizados, tendo como imprpria a elaborao de planos de

fogo que contemplem intervalos de tempo nominais entre a detonao de minas ou grupo

de minas menores que 25 milisegundos quando da utilizao de acessrios de iniciao da

coluna de explosivos dotados de tempo de retardo superior a 200 milisegundos.

Palavras-chave: desmonte de rochas; vibraes; tempo de retardo.

vii

ABSTRACT

This study performs a ground vibrations monitoring generated by blasting in a

calcareous and clay quarry at Limeira city (SP). The main objective is develop a ground

vibration attenuation probabilistic equation and verify the existence of vibration levels

variation due to the blasting in different lithological and stratigraphical quarry levels.

Peak particle registrations and frequency were mesured through engineering

seismographs in an area named Bairro Belinha Ometto located 300 meters southwest

from the mining site. The data acquisition had been carried through two stages, the first

a probabilistic equation used for the company was applied and it reduced the local

population disturbs caused by the blasting procedures operations. In the next stage, the

obtained values indicate that the deviation in the nominal time delay derived from

blasting accessories are the main factor in the dispersion of the resultant particle being

therefore improper blasting plans applied in a quarry or a group of them projected with

nominal intervals lesser than 25 miliseconds by using in the initiation an explosives

column accessories endowed with a delay time superior than 200 miliseconds.

Keywords: blasting, ground vibration, ms delay.

1 Generalidades

1.1 - Introduo

A coexistncia entre empreendimentos produtivos e ncleos habitacionais prximos a eles

nem sempre se d de forma pacfica. Fruto, na maioria das vezes, de fundadas razes decorrentes

de aes poluidoras originadas em tais empreendimentos, a animosidade entre a comunidade e o

empreendimento decorre, em outras vezes, de restries dos moradores sua existncia na

proximidade de suas residncias - sndrome de NIMBY.

Com as atividades minerrias a situao no se d de forma diferente. Instalando-se

prximas a ncleos urbanos existentes, ou atuando como plo de atrao de novos ncleos que se

formam em seu entorno, valendo-se da infra-estrutura viria e energtica criada pela sua

implantao, criam-se condies mnimas necessrias para o confronto. Agravadas pela sua rigidez

locacional, a continuidade de suas atividades sujeita-se ao cumprimento de normas que foram e vm

sendo criadas, estabelecendo condies de conforto e segurana para habitantes e edificaes

existentes em suas vizinhanas.

Empregam-se operaes de desmonte de rocha com utilizao de explosivos em

mineraes e obras civis, quando outros mtodos de escavao so impraticveis ou

antieconmicos. Envolvendo riscos considerveis, por vezes com conseqncias fatais, associados

ao lanamento de fragmentos, tais operaes geram vibraes, transmitidas pelo terreno ou atravs

da atmosfera, causando incmodos e, em alguns casos, danos a edificaes.

No presente estudo sero enfocadas questes relacionadas a vibraes transmitidas pelo

terreno, provocadas pelo desmonte de rochas com uso de explosivos em minerao produtora de

calcrio e argilito situada no municpio de Limeira, SP, e a seus efeitos sobre os habitantes e

edificaes existentes em conjunto habitacional situado em sua proximidade, adotando-se como

referncia limites estabelecidos em norma tcnica ou adotados como recomendao.

A partir de consideraes tericas bsicas necessrias compreenso do fenmeno, que

envolvem conceitos de elasticidade, propagao de ondas, desmonte de rochas, mecanismos de

detonao, impactos ambientais associados e variveis que atuam na atenuao das vibraes

geradas, descreve-se o mtodo de obteno de uma equao probabilstica de atenuao para o

local.

2Obtida a partir de dados constantes em registros sismogrficos e dos parmetros dos

planos de fogo a eles vinculados, tal equao correlaciona nveis de vibrao, por meio da grandeza

velocidade de partcula, com a carga de explosivos e distncia entre o local da detonao e o ponto

de interesse.

Ao possibilitar a previso dos nveis de vibrao a serem atingidos nos pontos considerados

sensveis a partir da carga mxima de explosivos a ser detonada instantaneamente em determinado

local da rea de lavra, permite adequaes ao plano de fogo, dentro de critrios tcnicos e

econmicos, de modo a serem respeitadas as normas vigentes. Essa equao servir, portanto,

como referencial adoo de medidas preventivas tanto no que se refere manuteno da

integridade fsica das edificaes existentes em conjunto habitacional prximo como reduo dos

incmodos causados populao por tais operaes.

1.2 - Objetivos

Os objetivos deste estudo podem ser sintetizados em:

- desenvolvimento de equao probabilstica de atenuao de vibrao a partir de registros

provenientes de monitoramentos sismogrficos de eventos de desmonte de rocha realizados no

local, no perodo de 17 de dezembro de 1999 a 08 de dezembro de 2000.

- verificao da efetividade de tal equao de atenuao, por meio de novos monitoramentos

sismogrficos, realizados no perodo de 24 de abril a 25 de novembro de 2003, considerando os

limites impostos pelo rgo ambiental estadual - Cia. de Tecnologia de Saneamento Ambiental.

- verificao da existncia de variaes nos nveis de vibrao gerados pelo desmonte em diferentes

nveis litolgicos e estratigrficos.

1.3 - Localizao da rea de estudo

A rea de estudo abrange uma minerao de calcrio e argilito denominada Calcrio

Cruzeiro, de propriedade de Ablio Pedro Indstria e Comrcio Ltda., localizada na estrada

municipal Limeira 040, quilmetro 03, e o bairro Belinha Ometto, situado a aproximadamente 300

m a sudoeste do empreendimento, no municpio de Limeira (SP).

31.4 Materiais e mtodos

a) Reviso bibliogrfica

Essa etapa norteou as etapas subseqentes da pesquisa, propiciando acesso s bases

tericas que versam sobre o tema e a estudos similares desenvolvidos.

b) Representao grfica da rea de estudo

Resultou na elaborao de planta com representao planialtimtrica do local da pesquisa,

englobando a rea de lavra e aquela onde est situado o conjunto habitacional, o que possibilitou o

posicionamento dos locais onde foram realizadas as detonaes e dos pontos onde foram obtidos

os registros dos monitoramentos sismogrficos.

c) Caracterizao geolgica

Nessa etapa procedeu-se descrio dos aspectos geolgicos locais, englobando

litologias existentes, visando anlise de possvel interferncia de fatores geolgicos na propagao

das perturbaes decorrentes das detonaes.

d) Monitoramento sismogrfico

Os registros das vibraes geradas nas operaes de desmonte de rochas com a utilizao

de explosivos desenvolvidas no empreendimento foram obtidos com a utilizao de sismgrafos de

engenharia fabricados pela empresa canadense Instantel Inc., modelos BlastMate Series III e

MiniMate Plus, de propriedade do Departamento de Geologia Aplicada do IGCE/UNESP.

Provenientes de monitoramentos sismogrficos realizados em dois perodos distintos, os

registros obtidos no primeiro deram-se, na rea habitada, a partir de locais de onde provinham mais

insistentes reclamaes, complementados por outros em rea de propriedade da empresa, com a

obteno de dados que possibilitassem o desenvolvimento de equaes probablisticas de

atenuao.

Na segundo, com o objetivo de reduzir o nmero de variveis envolvidas, foram fixados

trs pontos para monitoramento, em locais considerados mais crticos, sendo um o escritrio da

empresa, e dois outros na regio limtrofe entre o bairro Belinha Ometto e a rea da minerao,

tambm em locais de onde provinham as mais freqentes reclamaes por parte de habitantes do

conjunto habitacional.

4e) Anlise e interpretao dos dados obtidos

Nessa etapa os dados obtidos atravs dos registros sismogrficos foram agrupados com

aqueles constantes dos planos de fogo praticados nos eventos que os originaram (carga por espera,

retardos, forma de ligao, etc...) e com as distncias entre as frentes detonadas e os pontos de

monitoramento.

A partir da encaminhou-se a anlise em relao a outros pares ordenados de dados

(velocidade de partcula e distncia escalonada) e em relao equao probabilstica de atenuao

obtida com os dados de monitoramentos anteriores.

52 - Impactos ambientais associados a desmontes de rochas com explosivos

Os principais impactos ambientais decorrentes de desmontes de rochas com

explosivos esto associados dissipao da frao de energia liberada pelo explosivo na detonao

que no transformada em trabalho til. Tal frao de energia dissipa-se, em sua maior parte,

atravs do macio circundante sob a forma de vibraes, e da atmosfera sob a forma de

sobrepresso atmosfrica. Gera, complementarmente, poeira, podendo ainda ocasionar danos ao

macio remanescente e ultralanamentos. Outro efeito indesejvel na detonao a gerao de

gases txicos. Eston (1998) cita ainda como efeitos deletrios relacionados aos desmontes de rocha

a possibilidade de contaminao de guas subterrneas pelo escoamento de produtos qumicos

contidos nos furos e incmodos visual e psicolgico decorrentes da no familiaridade do cidado

comum com a atividade.

2.1 - Poeiras e gases txicos

Poeira, ou material particulado em suspenso, gerada em operaes de desmonte

de rochas durante a perfurao do macio pela ao das ferramentas de corte, aliado limpeza do

furo com o uso de ar comprimido, e durante a detonao com a ejeo de material constituinte do

tampo e de fragmentos gerados. Equipamentos de perfurao dotados de coletores de p ou a

realizao de perfurao a mido so medidas de conteno. Detonaes em condies

atmosfricas que facilitem a disperso da poeira minimizam seus efeitos sobre a populao.

Em condies ideais os gases gerados na detonao de explosivos constituiriam-se

de vapor d'gua, gs carbnico e nitrognio, conforme mostrado pela reao de detonao de

mistura de nitrato de amnio e leo combustvel - ANFO (Gregory, 1973).

3NH4NO3 + CH2 7H2O + CO2 + 3 N2

Formulaes inadequadas dessa mistura provocam a gerao de gases sob a forma

de NOx e CO, considerados txicos. Dias (2001) cita ainda a possibilidade de ocorrncia de gases

sob a forma de SOx decorrente da utilizao de leo combustvel contendo enxofre em sua

composio. A gerao de fuligem est associada ao excesso de leo combustvel.

62.2 Ultralanamento

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas, em sua norma NBR 9653, define

ultralanamento como o arremesso de fragmentos de rocha de dimetro superior a 1000 mm alm

da rea de operao decorrentes do desmonte de rocha com uso de explosivos (ABNT, 1986) .

Dele decorrem os maiores riscos pessoais e materiais passveis de ocorrer em um

desmonte de rochas com explosivos. Sua preveno d-se na elaborao de um bom plano de

fogo, no sendo, entretanto, suficiente para evit-los.

Silva et al (2000) citam as seguintes causas de ultralanamentos:

- afastamento insuficiente ou excessivo

- imprprio alinhamento dos furos

- iniciao instantnea de furos em filas consecutivas

- ocorrncia de anomalias geolgicas

- tampo inadequado

- ultraquebras ou fragilizao da face livre, decorrentes de detonaes anteriores

2.3 - Danos ao macio remanescente

A ao do explosivo sobre o macio remanescente ao desmonte pode ocasionar a

fragmentao e/ou deslocamento de material alm da ltima linha de perfuraes, podendo acarretar

a ocorrncia de ultralanamentos em desmontes subseqentes.

Pode ser causa tambm de instabilidade de taludes (Cerelo et al, 1987).

2.4 - Rudo e sobrepresso atmosfrica

Definindo sobrepresso atmosfrica como toda propagao de uma onda elstica

pelo ar, Eston (1998) considera rudo como a sobrepresso situada na faixa de freqncias entre 20

Hz e 20.000 Hz e considerada desagradvel segundo algum critrio humano. s sobrepresses com

freqncias inferiores a 20 Hz denomina-se infra-sons; quelas com freqncias superiores a 20.000

Hz, ultra-sons. Considera ainda conceitualmente equivocada a utilizao do termo 'sopro de ar' por

avaliar que tal terminologia implica em deslocamento de matria.

7Sanches (1995), por sua vez, define "sobrepresso atmosfrica ou sopro de ar

como um termo que se refere propagao pelo ar de ondas de choque provenientes da detonao

de cargas explosivas".

Ambos consideram, entretanto, que as principais fontes de sobrepresso - uma vez

que definem rudo como uma sobrepresso em faixa de freqncia audvel - em um desmonte de

rochas com explosivos esto relacionadas a:

- liberao de gases atravs de fraturas e da parte superior da coluna de explosivos, com ejeo

do tampo;

- detonao de explosivos no confinados;

- deslocamento da frao do macio rochoso sujeita ao desmonte;

- refrao das ondas ssmicas atravs da atmosfera.

Suas condies de disperso dependem das condies atmosfricas existentes no

local no momento do desmonte, como direo e intensidade do vento, presena de inverses

trmicas, nebulosidade, temperatura e presso.

Seus efeitos vo de incmodos populao vizinha a danos em edificaes.

Segundo Silva et al (2000) as aes mitigadoras possveis do-se por meio de:

- verificao das condies meteorolgicas existentes, evitando a detonao em situaes

desfavorveis;

- execuo de malhas de perfurao perfeitamente demarcadas e perfuradas;

- no direcionamento da frente de detonao para o local a ser preservado;

- detonaes em horrio de maior rudo;

- implantao de obstculos entre a fonte e o local a ser preservado;

- adoo do maior tampo possvel e material adequado;

- recobrimento de acessrios de detonao explosivos;

- colocao de tampo intermedirio em fraturas;

- reduo da carga mxima de explosivo a ser detonada instantaneamente;

- adequao do tempo de retardo, fazendo t = 2.s/v, onde t - tempo de retardo, s o afastamento

em metros e v a velocidade de propagao do som em metros por segundo;

- iniciao do fogo na extremidade mais prxima do local a ser preservado;

- reduo da freqncia de detonaes por perodo produtivo atravs de acrscimo no nmero

de furos por detonao.

8O limite de presso acstica admitido pela ABNT de 134 dB(L) pico no ambiente

externo rea de operao da mina, assim entendida como aquela sujeita a concesso,

licenciamento ou rea de propriedade da empresa. A CETESB - Companhia de Tecnologia de

Saneamento Ambiental - recomenda, com base no projeto de norma D7.013: Minerao por

Explosivos, de 1992, limite mximo de 128 dBL linear- pico de sobrepresso do ar, medido fora

dos limites da propriedade da minerao ou da rea por ela ocupada sob qualquer forma, como

posse, arrendamento, servido, concesso, etc.

2.5 Vibraes propagadas pelo terreno

A frao da energia liberada pela detonao de cargas explosivas, transmitida ao

macio e no absorvida na fragmentao e lanamento de sua parcela sujeita ao desmonte provoca

perturbaes que se manifestam pela movimentao de suas partculas constituintes em torno de

sua posio de equilbrio, que ser to acentuada quanto maior for a intensidade da perturbao,

dentro dos limites elsticos do meio. Essa movimentao de partculas transmitida quelas situadas

em seu entorno, e assim sucessivamente, causando a propagao da onda atravs do macio

(princpio de Huygens).

Manifesta-se inicialmente como ondas compressivas, s quais se seguem ondas

secundrias ou cisalhantes; sua interao em interfaces com o ar gera ondas de superfcie Rayleight

e Love, denominadas genericamente ondas ssmicas.

A propagao dessas ondas ssmicas afetada, em sua intensidade, pela energia

liberada na fonte, distncia percorrida, caractersticas do meio, tipo de onda, freqncia, ngulo de

incidncia com interfaces entre meios distintos e descontinuidades existentes no meio.

Vibraes so, portanto, decorrentes da resposta do macio a tais perturbaes, e

so quantificadas atravs das grandezas deslocamento, acelerao e velocidade de partcula, assim

denominada para diferenci-la da velocidade de propagao da onda. Dadas as caractersticas da

fonte, essas vibraes so classificadas como transientes.

So, provavelmente, a principal causa de conflitos envolvendo empreendimentos que

empregam em sua atividade produtiva o desmonte de rochas com a utilizao de explosivos e sua

vizinhana.

9Langefors e Kihlstrm (1978) sustentam que tambm deveriam ser feitas

consideraes sobre como tais vibraes so entendidas, j que parte considervel desta

animosidade decorre de um falso conceito de risco de danos por parte de leigos, os quais

consideram, ainda, que o empreendimento no disponibiliza informaes quando ocorre algo

desagradvel.

Neste sentido, Stagg et al. (1984; in Sanches, 1995) estudaram a origem e o

processo de fissurao em residncias e chegaram concluso de que a atividade humana e as

variaes de temperatura e umidade provocam deformaes em paredes equivalentes a movimentos

vibratrios de elevada amplitude.

Desde a dcada de 30 estudos vm sendo realizados no sentido de estabelecer

critrios de danos e desconforto a pessoas, decorrentes de vibraes ocasionados em desmontes de

rochas por explosivos. Ainda segundo Sanches (1995), desde aquela poca trabalha-se em busca

de uma relao emprica entre alguma medida de energia da vibrao e a possibilidade de danos

residncia e outras estruturas existentes na cercania; de uma relao emprica entre a carga

detonada e a energia de vibrao, em funo da distncia; limites mximos admissveis de vibrao e

de medidas economicamente viveis a serem tomadas para evitar que as vibraes ultrapassem

esses limites mximos, alm de equipamentos capazes de captar as vibraes de maneira precisa,

confivel e reproduzvel.

10

3 Vibraes no terreno decorrentes de desmontes de rochas com explosivos

3.1 Conceitos bsicos aplicados no estudo de vibraes

3.1.1 - Elasticidade

Segundo Timoshenko e Goodier (1980), se as foras externas que produzem

deformao em um corpo homogneo e isotrpico no excederem um certo limite, a deformao

desaparece quando tais foras deixarem de atuar. A propriedade de um corpo em resistir a esta

deformao e sua capacidade para retornar forma original ir definir sua elasticidade particular

que ser expressa por suas constantes elsticas.

A Lei de Hooke estabelece relaes lineares entre as componentes de tenso e as

componentes de deformao. Imaginando-se um paraleleppedo retngulo elementar com as faces

paralelas aos eixos coordenados triortogonais, submetido ao da tenso normal sx,

uniformemente distribuda sobre duas faces opostas, o elongamento unitrio do elemento, at o

limite de proporcionalidade, dado por:

ex = sx / E ........ (eq. 3.1.1.1)

onde E o mdulo de elasticidade longitudinal na trao ou mdulo de Young.

Esse elongamento do elemento na direo x acompanhado por componentes

laterais de deformao (contraes):

ey = - n.sx / E .......... (eq. 3.1.1.2)

ez = - n.sx / E ........... (eq. 3.1.1.3)

em que n uma constante chamada coeficiente de Poisson. O mdulo de elasticidade

longitudinal e o coeficiente de Poisson na compresso so os mesmos que ocorrem na trao.

Se o elemento acima estiver submetido simultaneamente ao de tenses

normais sx, sy e sz, uniformemente distribudas sobre as faces, as componentes de deformao

11

resultantes podem ser obtidas das equaes acima. Se forem superpostas as componentes de

deformao produzidas por cada uma das trs tenses obtm-se:

ex = [sx - n(sy + sz)] / E ............... (eq 3.1.1.4)

ey = [sy - n(sx + sz)] / E ............... (eq 3.1.1.5)

ez = [sz - n(sx + sy)] / E ............... (eq. 3.1.1.6)

Se tenses cisalhantes atuam sobre todas as faces de elemento cbico com faces

paralelas aos eixos coordenados, a distoro do ngulo entre duas faces quaisquer que se

interceptem depende da correspondente componente da tenso cisalhante. A relao entre a

deformao angular e a tenses cisalhantes aplicadas a um corpo definida por:

gxy = txy / G .......................... (eq 3.1..1.7)

gyz = tyz / G .......................... (eq. 3.1.1.8)

gzx = tzx / G .......................... (eq. 3.1.1.9)

com

G = E / 2.(1 + n) .......... (eq. 3.1.1.10)

Sendo a constante G denominada mdulo de elasticidade transversal, mdulo de rigidez ou mdulo

de elasticidade ao cisalhamento.

As letras subscritas para a tenso cisalhante t indicam, a primeira, a direo da

normal ao plano em considerao, e a segunda, a direo da componente de tenso. Assim, se

forem consideradas as faces perpendiculares ao eixo x, a componente de tenso na direo y

designada por txy. A notao subscrita para a deformao angular aquela associada tenso

cisalhante que a provocou.

Somando as equaes 3.1.1.4, 3.1.1.5 e 3.1.1.6 e fazendo

q = sx + sy + sz

e = ex + ey + ez (a)

12

obtm-se a seguinte relao entre a expanso volumtrica ou dilatao volumtrica unitria e e a

soma das tenses normais:

e = (1 - 2n).q/E ..................... (eq. 3.1.1.11)

No caso de uma presso hidrosttica uniforme de valor p temos:

sx = sy = sz = -p

E a equao 3.1.1.11 fornece:

e = -p.[3.(1-2n) /E] ................. (eq. 3.1.1.12)

que representa a relao entre a expanso volumtrica unitria e e a presso hidrosttica p.

A relao E / 3.(1-2n) denominada mdulo de expanso volumtrico ou mdulo de elasticidade

volumtrico ou mdulo de compressibilidade e representada por K.

Usando as notaes (a) e resolvendo as equaes 3.1.1.5, 3.1.1.6 e 3.1.1.7, vem:

sx = [e.n.E / (1 + n)(1-2n)] + ex. E /(1 + n) ........... (eq. 3.1.1.13)

sy = [e.n.E / (1 + n)(1-2n)] + ey. E /(1 + n) ........... (eq. 3.1.1.14)

sz = [e.n.E / (1 + n)(1-2n)] + ez. E /(1 + n) ........... (eq. 3.1.1.15)

Fazendo l = n.E / (1 + n)(1-2n):

sx = l.e + 2.G.ex .......... (eq. 3.1.1.16)

sy = l.e + 2.G.ey .......... (eq. 3.1.1.17)

sz = l.e + 2.G.ez .......... (eq. 3.1.1.18)

sendo l denominado constante de Lam.

13

3.1.2 - Propagao de ondas elsticas

A ao de uma fora aplicada a um corpo no transmitida instantaneamente a

todas as suas partes, sendo irradiada a partir da regio carregada com velocidades finitas de

propagao. Essa perturbao em propagao constitui uma onda. Como no caso da propagao

do som no ar, no existe perturbao em um ponto at que a onda tenha tempo de alcan-lo. No

caso de slidos elsticos, entretanto, existem mais de uma onda e mais de uma velocidade

caracterstica de onda.

Se uma perturbao produzida em um ponto de um meio elstico, irradiam-se

ondas deste ponto em todas as direes. A uma grande distncia em relao ao centro de

perturbao tais ondas podem ser consideradas como ondas planas, e pode-se supor que todas as

partculas movem-se paralelamente direo de propagao da onda - ondas longitudinais -, ou

perpendicularmente a esta direo - ondas transversais -.

Para as ondas longitudinais, ou compressionais, ou primrias, sua velocidade de

propagao obtida a partir das seguintes relaes (Timoshenko e Goodier, 1980):

vL = [(l + 2G)/r]1/2 ....................................... (eq. 3.1.2.1)

vL = {[E.(1 - n)]/[(1 + n).(1 - 2 n).r]}1/2 ........ (eq. 3.1.2.2)

vL = [(K + 4/3.G)/r]1/2 .................................. (eq. 3.1.2.3)

onde:

l - constante de Lam

G - mdulo de rigidez

r - densidade do meio

E - mdulo de Young

n - coeficiente de Poisson

K - mdulo de compressibilidade

Considerando-se o eixo x de um sistema de eixos coordenados triortogonais

coincidente com a direo de propagao de uma onda longitudinal, tem-se:

sx = - r. vL. v ......................... (eq. 3.1.2.4)

14

onde:

sx - tenso no sentido da propagao

r - densidade do meio

vL - velocidade de propagao das ondas longitudinais.

v - velocidade de partcula; velocidade adquirida pelas partculas na zona submetida perturbao.

Ao produto da velocidade de propagao pela densidade do meio denomina-se

impedncia acstica.

Para as ondas transversais, cisalhantes ou secundrias, sua velocidade de

propagao obtida a partir das seguintes relaes:

vT = (G/ r) 1/2 .................................. (eq. 3.1.2.5)

vT = {E/[( 2.r.(1 + n)]}1/2 ................ (eq. 3.1.2.6)

onde:

G - mdulo de rigidez

r - densidade do meio

E - mdulo de Young

n - coeficiente de Poisson

K - mdulo de compressibilidade

As ondas longitudinais e transversais so denominadas ondas de corpo. A relao

entre suas velocidades de propagao pode ser obtida atravs de:

vT = vL.[ (1 - 2n)/2.(1 - n)]1/2 ............... (eq. 3.1.2.7)

Para um material com coeficiente de Poisson igual a 0,25 tem-se: vT = vL / 31/2.

A propagao de perturbaes em meio homogneo istropo obedecendo Lei de

Hooke foi representada como uma superposio de ondas longitudinais de velocidade vL e ondas

transversais de velocidade vT. Mesmo quando existem descontinuidades na velocidade das

15

partculas e nas tenses nas frentes de onda, vL e vT so as nicas velocidades de onda possveis

no meio infinito quando a perturbao inicial confinada a uma regio interna finita.

Quando existem contornos livres (ou interfaces entre dois meios) so possveis

outras velocidades de propagao. As "ondas de superfcie" podem aparecer, envolvendo

movimento essencialmente em uma fina camada superficial. Foi Lord Rayleigh quem pela primeira

vez chamou a ateno para sua existncia, assinalando que:

"No improvvel que as ondas de superfcie aqui estudadas exeram papel importante em

terremotos e colises de corpos elsticos. Propagando-se somente em duas dimenses, estas ondas

devem adquirir, a grandes distncias da fonte, uma importncia continuamente crescente."

(Timoshenko e Goodier, 1980).

As ondas Rayleigh caracterizam-se por um movimento elptico e retrgrado das

partculas num plano vertical ao sentido de propagao. Para n = 0,25 sua velocidade de

propagao, vR, dada por:

vR = 0,9194 (G/r)1/2 ............... (eq. 3.1.2.8)

onde:

G - mdulo de rigidez

r - densidade do meio

As ondas Love desenvolvem-se na prpria superfcie, provocando deformaes

ortogonais direo de propagao.

Uma vez conhecidas as velocidades de propagao das ondas longitudinais e

transversais podem ser determinados os parmetros elsticos do material a partir das seguintes

relaes (Dourado, 1984):

Das equaes 3.1.2.2 e 3.1.2.6 vem:

n = [(vL / vT )2 - 2]/ [2.(vL / vT )2 - 2] ....... (eq. 3.1.2.9)

com n representando o coeficiente de Poisson dinmico.

16

Da equao 3.1.2.2 obtm-se o mdulo de Young dinmico:

E = [vL2 . r. (1-2n)(1-n)]/(1-n) .................... (eq. 3.1.2.10)

Da equao 3.1.2.5 obtm-se o mdulo de cisalhamento dinmico:

G = r. vT2 ...................................................... (eq. 3.1.2.11)

Das equaes 2.2.3 e 2.2.5 obtm-se o mdulo de compressibilidade dinmico:

K = (r.vL2) - [(4. r. vT2 )/3] ........................ (eq. 3.1.2.12)

A terminologia dinmico utilizada nos parmetros elsticos determinados por meio

das velocidades de propagao de ondas longitudinais e transversais e tm o objetivo de diferenci-

los dos parmetros obtidos por intermdio de ensaios estticos.

3.1.3 - Partio de energia em uma interface

Uma onda mecnica ao incidir sobre uma superfcie de separao entre dois meios

com caractersticas elsticas distintas ter parte de sua energia transferida atravs daquela interface e

parte ser refletida. Essa partio de energia depende principalmente do ngulo de incidncia entre a

onda e a interface e do contraste de impedncia acstica entre os dois meios. Para incidncia normal

de uma onda longitudinal numa interface, separando meios com velocidades de propagao v1 e v2

e densidades r1 e r2, respectivamente, e considerando que no exista perda de energia na interface,

a relao entre as amplitudes, retratadas aqui atravs das velocidades de partcula das ondas

refletida e incidente, expressa por (Dourado, 2001; Badley, 1985; Fernandes, 1984):

k = vrl/vi = (v2. r2 - v1. r1)/ (v2. r2 + v1. r1) .......... (eq. 3.1.3.1)

17

Com:

vrl - velocidade de partcula da onda refletida e

vi - velocidade de partcula da onda incidente.

sendo k denominado coeficiente de reflexo.

Segundo Fernandes (1984), na mesma interface e para o mesmo sentido de

propagao, chamando de:

Ei = vi2. v1. r1 o fluxo de energia incidente .......... (eq. 3.1.3.2)

Erl = vrl2. v1. r1 o fluxo de energia refletida e ........ (eq. 3.1.3.3)

Err = vrr2. v2. r2 o fluxo de energia refratada, ou transmitida. .......(eq. 3.1.3.4),

sendo:

vrr - velocidade de partcula da onda refratada.

Uma vez que os fluxos de energia vibratria - ou intensidade acstica - (energia por

unidade de tempo e por unidade de rea de seo transversal ao sentido de propagao) so

proporcionais ao quadrado das respectivas amplitudes e s impedncias acsticas dos meios, tem-

se:

Ei = Erl + Err ............................. (eq. 3.1.3.5)

Ou

vi2. v1. r1 = vrl2. v1. r1 + vrr2. v2. r2 ............. (eq. 3.1.3.6)

Erl/ Ei = (vrl/vi)2 = k2 ................................... (eq. 3.1.3.7),

sendo k denominado coeficiente de reflexo.

e

Err/ Ei = 1 - k2 ............................................ (eq. 3.1.3.8)

18

ou

(vrr2. v 2. r2) / (vi2. v 1. r1) = 1 - k2 ............... (eq. 3.1.3.9)

(vrr/ vi)2 = (1 - k2 ). (v 1. r1/ v 2. r2) ............. (eq. 3.1.3.10)

Chamando a impedncia acstica de z, e fazendo:

z1 = v 1. r1 .................................................(eq. 3.1.3.11)

z2 = v 2. r2 .................................................(eq. 3.1.3.12)

vem:

(vrr/ vi)2 = 1 - (z2 - z1/ z2 + z1)2 (z1/ z2) ...... (eq. 3.1.3.14)

vrr/ vi = 2. z1/ (z2 + z1) = F ............................ (eq. 3.1.3.15),

denominando-se F coeficiente de transmisso.

Pode-se concluir que k + F = 1, ou vi = vrl + vrr

e a relao entre a energia transmitida Err e a incidente Ei expressa por:

Err/ Ei = 4.z1. z2/( z2 + z1)2 ........................ (eq. 3.1.3.16)

Das definies de k e F, percebe-se que se a impedncia acstica do meio 2 for

maior que a do meio 1, tanto a onda refletida como a refratada mantm a fase da onda incidente,

com amplitudes atenuadas pelos fatores k e F, respectivamente. No caso em que a impedncia

acstica do meio 2 menor que a do meio 1, mantido o sentido original de propagao, a onda

refletida possui sinal invertido em relao incidente de modo atenuado, enquanto que a refratada

repete a fase da onda incidente de modo amplificado, mantida a condio Ei = Erl + Err.

19

Para k = 0 (F = 1), significa que toda a energia incidente transmitida, indicando a

inexistncia de contraste de impedncias entre dois meios, o que no significa, necessariamente, a

inexistncia de interface separando materiais diferentes.

3.1.4 Mecanismos de atenuao

A partir de sua fonte e enquanto se deslocam atravs de um meio, as ondas

mecnicas tm sua energia reduzida devido expanso geomtrica da frente de onda e absoro

pelo meio.

Considerando a liberao instantnea de energia em uma fonte pontual imersa em

um meio infinito, homogneo e isotrpico, o lugar geomtrico dos pontos submetidos perturbao

dela decorrente em um instante t descreve uma frente de onda esfrica de raio r e superfcie de rea

S. O incremento da rea desta esfera durante a propagao da frente de onda proporcional ao

quadrado de seu raio. Assim, considerando inexistentes outras perdas, a energia por ela transmitida

por unidade de rea varia inversamente com o quadrado da distncia da fonte. Tendo em vista que

sua amplitude proporcional raiz quadrada da energia por unidade de rea, tem-se que a sua

amplitude varia com o inverso da distncia da fonte.

Segundo Dourado (2001), chamando de A0 a amplitude de onda junto fonte e A a

amplitude em um ponto a uma distncia r, temos:

A = A0 / r ............... (eq. 3.1.4.1)

A componente da atenuao devido absoro refere-se perda de energia atravs

de descontinuidades, atrito interno e desvios em seu comportamento elstico em relao quele

considerado ideal, segundo Dourado (2001), expressa atravs de:

A = A0 e -a.r ........... (eq. 3.1.4.2)

Onde:

a - coeficiente de atenuao inelstica

A - amplitude a uma distncia r da fonte

A0 - amplitude inicial

20

A combinao dos efeitos da atenuao referentes expanso geomtrica da frente

de onda e da inelasticidade do meio fornece (Dourado, 2001):

A = (A0 e -a.r)/r .......... (eq. 3.1.4.3)

De acordo com Dinis da Gama (2001), em rochas, o fator de transmissibilidade Q

utilizado como indicador de seu desvio em relao ao comportamento considerado ideal.

Normalmente rochas ss, consolidadas, no fraturadas, possuem valores de Q elevados e exibem

excelentes caractersticas de propagao de ondas. Rochas fraturadas, pouco consolidadas e

porosas apresentam baixos valores de Q. Define-se Q atravs da relao:

Q = 2. p .(W / DW) ...... (eq. 3.1.4.4)

onde W representa a energia fornecida rocha atravs de um ciclo dinmico e DW a frao de

energia dissipada neste ciclo.

O fator de transmissibilidade Q correlaciona-se com o coeficiente de atenuao

atravs de (Jaeger & Cook in Diniz da Gama, 2001):

Q = p .f / v.a ou a = p .f / v.Q ......... (eq. 3.1.4.5)

onde;

f - freqncia dominante da vibrao

v - velocidade de propagao da onda no meio

Assim, em um determinado meio de propagao o coeficiente de atenuao ser

tanto maior quanto o for a freqncia dominante da perturbao.

21

3.1.5 - Vibraes

Thomson (1978) estabelece que o estudo das vibraes diz respeito aos

movimentos oscilatrios de corpos e s foras que lhes esto associadas.

As vibraes podem ser divididas em duas classes gerais, as livres e as foradas.

Vibrao livre acontece quando um sistema oscila sob a ao de foras que lhe so inerentes e na

ausncia da ao de qualquer fora externa. Neste caso o sistema pode vibrar com uma ou mais das

suas freqncias naturais, que so peculiares ao sistema dinmico estabelecido pela distribuio de

sua massa e rigidez.

Denomina-se vibrao forada quando ela ocorre sob a excitao de foras

externas. Quando a excitao oscilatria, o sistema obrigado a vibrar na freqncia da

excitao. Se essa freqncia coincide com uma das freqncias naturais do sistema forma-se um

estado de ressonncia, podendo resultar em amplas e perigosas oscilaes.

Os sistemas de vibrao so todos eles sujeitos a um certo grau de amortecimento,

em face da absoro de energia pelo atrito e outras resistncias.

O movimento oscilatrio pode repetir-se regularmente ou apresentar irregularidade

considervel, como em terremotos. Quando o movimento repete-se a intervalos iguais de tempo

denominado movimento peridico. O tempo de repetio denominado perodo da oscilao e sua

recproca denominada freqncia.

A forma mais simples de movimento peridico o movimento harmnico,

representado atravs de:

s = A0 sen 2.p .t/ T ........... (eq. 3.1.5.1)

Onde:

A0 - amplitude de oscilao, medida a partir da posio de equilbrio;

T - perodo de oscilao;

s - deslocamento da massa no instante t.

22

Considerando-se um ponto que se move em uma circunferncia a velocidade

constante e designando-se por w a velocidade angular, em radianos por segundo, a representao

da projeo do deslocamento s em uma linha reta expresso por:

s = A0.sen w.t .................... (eq. 3.1.5.2)

Uma vez que o movimento repete-se a cada 2. p radianos, tem-se a relao:

w = 2.p/T = 2.p .f

onde T e f so o perodo e a freqncia do movimento harmnico, medidos em segundos e ciclos

por segundo, ou Hertz, respectivamente.

A velocidade do movimento harmnico pode ser determinada pela diferenciao da

equao 2.4.2, enquanto a acelerao pode ser obtida pela diferenciao da equao da

velocidade.

v = w.A0.cos w.t = w.A0.sen (w.t + p/2) ............ (eq. 3.1.5.3)

a = -w2.A0.sen w.t = w2.A0.sen (w.t + p) ........... (eq. 3.1.5.4)

Movimentos irregulares, que aparentam no possuir perodo definido, podem ser

considerados como a soma de um nmero muito grande de movimentos regulares de freqncias

variadas e suas propriedades podem ser definidas estatisticamente.

3.2 - Desmonte de rochas com explosivos

Uma vez que o objetivo do presente estudo restringe-se a desmontes executados no

processo produtivo de minerao a cu aberto, considera-se desnecessria a abordagem de

tcnicas especiais de desmonte, como desmonte escultural e detonao amortecida, bem como

aquelas que dizem respeito a aberturas subterrneas.

As operaes de desmonte de rocha por meio de mtodos convencionais do-se

atravs de processos cclicos que compreendem a perfurao do macio rochoso em dimetro e

23

distncias predeterminadas, da introduo de explosivos nos furos, da detonao desse explosivo e

da remoo da rocha assim fragmentada.

Procura-se conferir ao macio, ao longo da realizao daqueles processos, uma

configurao que fornea o maior nmero possvel de faces livres de modo a possibilitar a

realizao simultnea de operaes distintas do ciclo, de forma que as atividades desenvolvam-se

sem interrupes. Tal configurao permite, acessoriamente, mas no com menor importancia, que o

explosivo empregado possa atingir sua mxima intensidade e efeito, agindo em direo a tais faces

livres. Com esse objetivo so desenvolvidas "bancadas", blocos cujas superfcies so delimitadas

por dois planos horizontalizados, denominados "praa", o de cota inferior e "topo", onde se

desenvolvem os trabalhos, e uma vertical ou verticalizada, denominada "face livre".

Os parmetros necessrios realizao das operaes de desmonte de rocha so

estabelecidos atravs dos "planos de fogo" e dele constam os tipos, quantidades e disposio de

explosivos e acessrios de detonao a serem utilizados, o dimetro com que as perfuraes devem

ser realizadas, seu posicionamento, inclinao e profundidade.

A destinao do produto do desmonte fator fundamental na elaborao de um

plano de fogo. Assim, tratamentos distintos so dados a materiais que se destinam a engenho de

beneficiamento ou a pilhas de material estril. Os fatores limitantes do material destinado a engenho

de beneficiamento so as dimenses mximas dos blocos admissveis pelo equipamento de britagem

primria. No segundo caso, a fragmentao est vinculada capacidade do equipamento de

carregamento.

Outros fatores que devem ser considerados na elaborao de um plano de fogo so

a conformao da pilha de material desmontado, sua compatibilidade com o equipamento de

carregamento utilizado na sua remoo e a preservao, tanto quanto possvel, da integridade do

macio remanescente.

3.2.1 - Plano de fogo

Muitos estudos tericos, apoiados em experincias de campo, foram desenvolvidos

para se determinarem valores aos elementos componentes do plano de fogo. A aplicao prtica

desses estudos requer informaes muitas vezes de difcil obteno e que demandam um tempo

relativamente prolongado. Por outro lado, a experincia de muitos desmontes de rocha gerou regras

24

prticas que permitem estabelecer valores para aqueles elementos com margem de xito razovel. A

partir dos resultados obtidos procede-se ao seu ajuste at a obteno de condio de desmonte

considerada tima.

Os elementos que compem o plano de fogo para um determinado macio rochoso

so:

a) Dimetro dos furos

De uma maneira genrica pode-se dizer que o dimetro dos furos correlaciona-se

com:

- produo necessria

- equipamento de perfurao

- altura da bancada

- capacidade de caamba do equipamento de carregamento

- equipamento de britagem primria

b) Altura da bancada

Diferena de cotas entre o topo e a praa da bancada.

c) Afastamento

Definido como a distncia entre a face da bancada e a primeira linha de furos, ou

entre duas linhas sucessivas de furos.

d) Espaamento

Corresponde distncia entre furos consecutivos de uma mesma linha de furos.

e) Tampo

Tampo ou ataque so os nomes que se d ao material inerte usado para

preencher o colar (parte vazia do furo, acima do explosivo) aps colocao da carga explosiva.

Tem a finalidade de confinar a carga explosiva para obter melhor eficincia na detonao, confinar

os gases da detonao de forma a que se obtenha um melhor aproveitamento da energia do

explosivo e proteger a carga explosiva de uma eventual detonao provocada por agente externo.

25

f) Subperfurao

Corresponde ao valor em metros de que deve ser aumentada a profundidade do

furo, alm do piso da bancada, a fim de assegurar o arranque da regio do macio que apresenta

maior engastamento.

g) Inclinao dos furos

Representa o ngulo segundo a vertical com que so realizados os furos.

Normalmente varia de zero a at 15. So comumente empregadas inclinaes maiores em rochas

que tendem a apresentar reps aps as detonaes. Propiciam tambm maiores lanamentos.

h) Explosivos e acessrios utilizados

A escolha de explosivos adequados um dos principais fatores para o sucesso do

desmonte. Deve-se levar em considerao as propriedades dos explosivos, principalmente

velocidade e densidade, correlacionando-as ao tipo de rocha a ser desmontada. Resistncia gua

outro dos fatores a ser analisado caso o furo apresente gua. Normalmente em um furo so

utilizados explosivos dispostos em duas cargas:

- Carga de fundo: onde so empregados explosivos de maior energia. Colocada no fundo do

furo atua na regio onde o macio apresenta maior engastamento.

- Carga de coluna: onde so empregados explosivos de menores energia e custo.

No dimensionamento dos parmetros geomtricos que compem um plano de fogo

que se correlacionam intimamente, de modo a atingir os objetivos propostos, so consideradas,

ainda, as peculiaridades geolgicas locais, como caractersticas de planos de aleitamento,

fraturamento, presena de gua, etc.

26

3.2.2 - Explosivos e acessrios de detonao

a - Explosivos

Conceituam-se explosivos como aquelas substncias que, quando submetidas a

estmulo adequado, sofrem reao extremamente rpida e fortemente exotrmica, com liberao de

grande volume de gases.

Explosivos podem ser deflagrantes ou detonantes. Um explosivo detonante aquele

em que sua reao de decomposio d-se a velocidade superior velocidade snica. Caracteriza-

se detonao como a descrio do processo de propagao de uma onda de choque atravs de um

explosivo, acompanhada por uma reao qumica que fornece energia suficiente para manter tal

reao de forma estvel. Plvora negra uma boa ilustrao de explosivos deflagrantes, enquanto

explosivos comerciais so representativos de explosivos detonantes (Gregory, 1973).

Na seleo do(s) explosivo(s) a ser(em) utilizado(s) em um desmonte de rochas uma

anlise criteriosa deve ser feita de forma a se obter condies de segurana, confiabilidade e

economicidade para que sejam atingidos os resultados desejados.

As principais caractersticas a serem observadas na seleo dos explosivos

utilizados em um desmonte de rochas so:

- fora (ou potncia): designao pouco apropriada que se d quantidade de energia liberada

pelo explosivo na detonao. Calculada atravs de tcnicas que utilizam princpios da qumica e

da termodinmica pode ser expressa tanto em peso quanto em volume de explosivo e indicam

as "foras absolutas" em peso ou volume -Absolute Weight Strenght e Absolute Bulk Strenght-.

Tambm pode ser obtida atravs de comparao com outro explosivo e expressa atravs das

"foras relativas" em peso ou volume - Relative Weight Strenght ou Relative Bulk Strenght -.

- velocidade de detonao: velocidade com que a onda de choque desloca-se atravs do

explosivo. Constante para um determinado explosivo, nele varia com o grau de confinamento a

que est submetido e com seu dimetro.

- massa especfica: relao entre a massa e o volume do explosivo.

- presso de detonao: a presso na regio de reao que sucede onda de choque.

- resistncia gua: capacidade do explosivo em manter suas caractersticas aps sua exposio

gua.

27

- sensibilidade: propriedade dos explosivos de detonarem por simpatia quando prximos de uma

carga detonada. Refere-se distncia mxima de propagao da detonao atravs do ar, em

condio no confinada, entre dois cartuchos de um determinado explosivo, sendo um iniciado

propositadamente.

- iniciador mnimo requerido: quantidade mnima de explosivo iniciador para sua detonao.

- resistncia ao choque: capacidade do explosivo em resistir s solicitaes mecnicas a que est

sujeito nas operaes de transporte e manuseio.

- resistncia ao armazenamento: tempo que o explosivo pode ficar armazenado sem perder suas

caractersticas.

- gases txicos gerados: volume de gases CO, NOx e SO2 gerados na detonao. So

classificados em classes 1, 2 e 3, de acordo com o volume crescente de gases txicos gerados.

b - Acessrios de detonao

So assim denominados aqueles componentes utilizados na iniciao dos explosivos.

Os acessrios de detonao de emprego usual so:

- estopim: filamento de plvora revestido por algodo e materiais impermeabilizantes. Sua

principal caracterstica a queima a velocidade constante e conhecida. Utilizado na iniciao da

espoleta simples.

- espoleta simples: cpsula de alumnio contendo uma carga primria sensvel iniciao trmica

(comumente azida de chumbo) e uma secundria de PETN (tetranitrato de pentaeritritol).

- espoleta eltrica simples: semelhante espoleta simples, utiliza a energia eltrica como fonte de

energia para sua iniciao. Em seu interior a energia eltrica convertida, atravs de uma

resistncia eltrica, em calor que inicia a carga primria.

- espoleta eltrica de retardo: difere da anterior pela interposio entre a carga primria e a

resistncia eltrica de um dispositivo pirotcnico de queima que provoca um intervalo de tempo

determinado entre sua iniciao e a da carga primria.

28

- cordel detonante: composto por um filamento de PETN revestido por vrias camadas txteis e

impermeabilizantes. Sensvel iniciao pelas espoletas simples e eltrica, sua velocidade de

detonao de aproximadamente 7.000 m/s.

- elementos de retardo para cordel detonante: disponveis em vrias configuraes, possuem em

suas extremidades duas cargas de PETN que so intercaladas por substncia pirotcnica de

queima com tempo controlado. Os tempos dos elementos de retardo empregados em atividades

a cu aberto variam de 5 ms a 250 ms.

- sistema no eltrico: composto por um tubo plstico flexvel contendo material reativo que

transmite energia trmica, aps iniciado, a velocidade constante, espoleta simples ou de

retardo situada em sua extremidade. sensvel espoleta simples e ao cordel detonante.

Recentemente e ainda em carter experimental tem sido utilizado no pas o

detonador eletrnico. Semelhante a uma espoleta eltrica de retardo, dela difere por conter um

sistema eletrnico de retardo em lugar do dispositivo pirotcnico de queima. De concepo

sofisticada, proporciona grande preciso nos tempos de retardo.

Tais elementos de retardo permitem que se divida a carga total de explosivo a ser

detonada em vrias cargas menores que so iniciadas em uma seqncia predeterminada em

intervalos de tempo especficos. Sua utilizao permite o incremento do grau de fragmentao do

macio rochoso e o direcionamento de seu movimento, proporcionando a configurao da pilha de

material desmontado s necessidades existentes. Possibilitam tambm a adequao do desmonte a

condicionantes geolgicos locais, o controle de vibraes e a reduo no ultralanamento de

fragmentos.

3.2.3 - Mecanismos de fragmentao

Em que pese a grande quantidade de pesquisas sobre o tema conduzidas nas ltimas

dcadas, no foi desenvolvida uma teoria que explicasse adequadamente o mecanismo primrio de

29

fragmentao em todas as condies de desmonte e tipos de rochas. Ainda que exista consenso

entre diversos autores sobre a sucesso de eventos que ocorrem no processo de fragmentao do

macio rochoso, h divergncia em relao ao mecanismo preponderante, ou primrio, de

fragmentao. Assim, as diversas teorias existentes procuram explicar tal mecanismo atribuindo peso

maior ou menor a determinado evento ou combinao deles no processo de fragmentao.

So basicamente quatro os eventos que ocorrem durante e aps a completa detonao de

uma carga explosiva confinada, ao longo dos quais d-se a fragmentao e deslocamento da parcela

do macio rochoso a ser desmontado (Atlas Powder Company, 1987), os quais sero a seguir

apresentados:

a - Detonao: a fase inicial do processo de fragmentao. Os componentes do explosivo, sob

detonao, so imediatamente convertidos em gases sob alta presso e temperatura. Uma vez que a

velocidade de detonao superior velocidade snica do explosivo, o explosivo situado

imediatamente frente da onda de choque no sofre os efeitos da detonao at ser por ela atingido.

b - Propagao de ondas de compresso: imediatamente aps a detonao ocorre a propagao

das ondas de compresso. Esta perturbao ou onda compressiva transmitida atravs do macio

rochoso resulta, em parte, do impacto decorrente da rpida expanso de gases sob alta presso

sobre as paredes do furo. A geometria de sua disperso depende de vrios fatores, podendo ser

citados a posio do ponto de iniciao, velocidade de detonao e a velocidade de propagao de

onda no macio circundante.

A presso prxima s paredes do furo aumenta rapidamente at seu pico, decaindo,

a seguir, de forma exponencial. Este rpido decaimento decorrente tanto da expanso da cavidade

do furo quanto do resfriamento do gs. A expanso da cavidade ao redor do furo pode ocorrer

atravs de esmagamento, pulverizao e/ou deslocamento de material e decorrente de esforos

compressivos que superam em dezenas de vezes a resistncia compresso da rocha, podendo

alcanar de uma a trs vezes seu dimetro, dependendo das caractersticas da rocha e do explosivo

utilizado. Essa regio denominada zona hidrodinmica, onde a rigidez elstica da rocha torna-se

insignificante.

30

medida que a frente de onda afasta-se do furo, esforos cisalhantes associados

variao de volume decorrente de seu efeito compressivo tm intensidade suficiente para provocar

fraturas radiais a partir do furo. Progressivamente atenuados, os esforos decorrentes de sua

propagao deixam de causar danos ao macio.

Ao encontrar uma descontinuidade, ou interface, parte da energia transmitida

atravs dela, parte refletida. Essa partio de energia depende do contraste entre as impedncias

dos meios que se posicionam em cada lado da interface. Quando a onda compressiva que se

desloca atravs do macio rochoso encontra a face livre, praticamente toda a sua energia refletida

como onda de trao. Uma vez que a relao existente entre a resistncia trao e compresso

nas rochas da ordem de 1/10 ou menor, h tendncia formao de fraturas decorrentes desses

esforos, dependendo da distncia entre a face livre e a coluna de explosivo.

c - Expanso dos gases: o evento seguinte a expanso dos gases gerados na detonao. durante

essa fase que surgem as maiores controvrsias sobre o principal mecanismo de fragmentao.

Alguns acreditam que a rede de fraturas por todo o macio est completa, enquanto outros

acreditam que o processo principal de fraturamento est justamente comeando, debitando-o

principalmente extenso das fraturas geradas pela expanso dos gases e/ou ao movimento de

flexo do macio dela decorrente. De fato, a expanso dos gases, atravs das descontinuidades e

fraturas, formadas ou em formao juntamente com o esforo transmitido ao macio pela

detonao, que responsvel pelo deslocamento do material fraturado.

No suficientemente claro o exato mecanismo da expanso dos gases atravs do

macio rochoso, embora haja concordncia de que ele venha a ocorrer atravs das regies que

ofeream menor resistncia. Isso significa que os gases primeiramente migram atravs de

descontinuidades no macio, decorrentes ou no dos eventos anteriores. Se tais descontinuidades

entre o furo e a face livre so suficientemente grandes esses gases sob alta presso so

imediatamente dispersos para a atmosfera, resultando em reduzido deslocamento do material

fragmentado.

d - Movimento da massa: ultimo estgio do processo de fraturamento. Alguns autores atribuem a ele

parcela significativa da fragmentao do macio, atravs do entrechoque dos fragmentos no ar ou

entre eles e o piso.

31

3.2.4 - Rendimento energtico

Definido como a relao existente entre a energia liberada pelo explosivo e aquela

efetivamente utilizada na fragmentao do macio rochoso e seu deslocamento de forma a configurar

pilha adequada operao dos equipamentos de carga.

Sua estimativa obtida a partir do conceito da transmisso da energia liberada pelo

explosivo ao macio rochoso adjacente ao furo, a partir do contraste de impedncias existente entre

eles, considerando-se a impedncia do explosivo como o produto entre sua velocidade de

detonao e sua massa especfica (Berta, 1985, in Eston, 1988 e Bacci, 2000).

Como nem todo o volume do furo ocupado pelo explosivo, o conceito de

acoplamento introduzido, e determina-se a relao de acoplamento como a razo entre o dimetro

do furo e o da carga explosiva. Define-se como fator de acoplamento a razo entre a energia gerada

pelo explosivo e aquela transmitida ao macio e expresso por (Berta, 1985, in Eston, 1988 e

Bacci, 2000):

hac = 1 / [e(1/Rac) - (e - 1)] .................. (eq. 3.2.4.1)

Onde:

hac - fator de acoplamento

Rac - razo de acoplamento

A energia transmitida ao macio, considerando-se ambos os conceitos, passa a ser

expressa como:

Et = Eex . {1 - [(zr - zex) / (zr + zex) ]2} / [e(1/Rac) - (e - 1)] ...........(eq. 3.2.4.2)

ou

Et = Eex . 4.zex. zr/ {( zr + zex)2 . [e(1/Rac) - (e - 1)]} ........................ (eq. 3.2.4.3)

onde:

Et - energia transmitida rocha

32

Eex - energia gerada pelo explosivo

zr - impedncia acstica da rocha

zex - impedncia acstica do explosivo.

Rolim (1993), citando estudos de Fogelson (1959) e Langefors (1963), e Eston (1998) e

Bacci (2000), a partir de estudos de Berta (1985), apresentam valores similares para o balano

energtico de uma detonao, a partir da energia transmitida ao macio:

- fragmentao: 15 ~ 18%

- deslocamento do macio: 5 ~ 6%

- trmica e rudos (perdas na atmosfera): 36 ~39%

- vibraes no terreno: 40%

- outros (ultralanamentos, ultraquebra): 2,5 ~3%

33

4 Impactos ambientais das vibraes propagadas pelo terreno e formas de mitigao

4.1 Danos associados a vibraes

Langefors e Kihlstrm (1978) ao estabelecerem seu critrio de danos sobre

edificaes (tabela 4.1.1) consideram que um fator decisivo para sua ocorrncia , entre outros, a

relao existente entre a freqncia natural da edificao e a freqncia da vibrao a que ela ser

submetida; consideram ainda que danos podem ser causados por elongamento, cisalhamento e

toro, sendo que tais deformaes podem ser incrementadas pela superposio de tenses

estacionrias preexistentes na edificao, o que implica a adoo de critrios de danos mais

conservadores. Deve-se observar ainda o estado de conservao da edificao.

Propem o seguinte critrio para o risco de danos em habitaes, a partir de

diversos tipos de material de apoio de suas fundaes:

Tabela 4.1.1: Critrio para avaliao do risco de danos a edificaes proposto por

Langefors e Kihlstrm (1978).

materialareia e

argila saturadasardsia

calcrioscalcrios duros, quartzitos,gnaisse, granito, diabsio

Velocidadede

propagaoda onda (m/s)

300 a 1500 2000 a3000

4500 a 5000Danos

possveis

Velocidade4 - 18 35 70 Sem

rachaduras

de6 - 30 55 110 Rachaduras

insignificantes

partcula8 - 40 80 160 Rachaduras

(mm/s) 12 - 60 115 230 Rachadurassrias

34

Siskind et al. (1980) propem que o critrio de vibraes consideradas seguras em

detonaes deve observar os seguintes limites (tabela 4.1.2).

Tabela 4.1.2 - Critrio para a avaliao de danos a edificaes proposto por Siskind et al.

(1980).

Freqnciaat 4 Hz 4 - 15 Hz 15 - 40 Hz >40 Hz

Nvel mximo devibrao 0,762 mm 19,05 mm/s 0,203 mm 50,8 mm/s

Recomendam ainda que, para as construes habitacionais com paredes revestidas

com gesso, o limite mximo nos nveis de vibrao considerados seguros para baixas freqncias

(de 4 a 15 Hz) deva ser de 12,5 mm/s.

Observam tambm que:

- a amplitude, freqncias e duraes das vibraes se alteram com a propagao, em funo de

interaes com os vrios meios geolgicos e interfaces estruturais, e do espalhamento do trem

de ondas atravs de disperso e/ou absoro, que tanto maior quanto o for a freqncia.

- nas proximidades do fogo as caractersticas da vibrao so afetadas pelos fatores do plano de

fogo, geometria da mina, carga de explosivos detonada por espera, tempo dos retardos, direo

de iniciao do fogo em relao ao ponto de captao, afastamento e espaamento.

- a grandes distncias do fogo os fatores referentes ao plano de fogo tornam-se menos crticos e

o meio de propagao composto pelo macio e solo de recobrimento prepondera sobre as

caractersticas da onda.

- as amplitudes de velocidade de partcula so aproximadamente mantidas enquanto a energia

ssmica propaga de um meio para outro, isto , do macio rochoso para o solo.

- freqncia de vibrao, deslocamento e acelerao dependem fortemente do meio de

propagao.

- espesso recobrimento por solo e grandes distncias criam trens de onda de baixa freqncia e

grande durao.

35

As principais concluses de seu trabalho so:

- velocidade de partcula a melhor grandeza para a quantificao de nveis de vibrao.

- velocidade de partcula a grandeza mais prtica para a regulao de danos potenciais para a

classe de estruturas com bem definidas caractersticas de resposta s vibraes.

- o potencial de danos em baixas freqncias (40 Hz).

- todas as edificaes podem apresentar, eventualmente, fraturas decorrentes de variaes

ambientais tais como temperatura, umidade e ventos, acomodao de fundaes e mesmo

absoro de umidade pelas razes de rvores.

A norma ABNT 9653 - Minerao em reas Urbanas com Uso de Explosivos:

Reduo de Riscos (ABNT, 1986) - estabelece que para preservar a segurana da populao,

estruturas e edificaes circunvizinhas, a velocidade de vibrao de partcula resultante no deve

ultrapassar o valor de 15 mm/s, nos limites da rea de operao de mineraes, assim entendida

aquela composta pela unio da rea de concesso de lavra e/ou licenciada e/ou reas de

propriedade da minerao, conforme definidas no Decreto-Lei n 227, com a rea de segurana

prpria em torno dos depsitos de explosivos.

A velocidade de partcula resultante, ainda de acordo com a norma ABNT 9653,

corresponde soma vetorial dos valores mximos obtidos nas componentes longitudinal, transversal

e vertical, tratando-se, portanto, de um pseudo vetor resultante, uma vez que no considera o

instante em que tais picos ocorreram.

Proposta de alterao a tal norma est sendo discutida atualmente por comisso

criada pela ABNT para esse fim.

4.2 - Reaes humanas s vibraes

Siskind et al. (1980), em suas concluses e a partir de trabalhos de diversos autores

que estudaram reaes humanas a vibraes, estabelecem que elas podem representar a principal

limitao aos nveis admissveis de vibrao decorrentes da detonao de cargas explosivas. Citam

ainda que:

36

- Nveis de vibrao passveis de serem sentidos so consideravelmente menores que aqueles

requeridos para produzir danos.

- A reao humana s vibraes depende da durao do evento para as mesmas amplitudes.

- Velocidades de partcula de 12,5 mm/s de uma detonao tpica (vibraes com durao de 1

segundo) seriam tolerveis por aproximadamente 95% das pessoas, que as considerariam como

claramente perceptvel (alguns estudos classificam a percepo humana s vibraes em

diversos nveis, como fracamente perceptveis, distintamente perceptveis e fortemente

perceptveis).

- Relevante na percepo e reao s vibraes o grau de interferncia que provocam em

atividades normais (sono, conversao, assistir televiso, ler), oferecendo riscos sade e

afetando rendimento operacional.

- Para pessoas em residncias, os mais srios problemas relacionados s vibraes so a

movimentao nas estruturas, medo (de danos ou prejuzos, alm de ferimentos) e, para alguns,

interferncia em atividades.

O projeto de norma CETESB D7.013 - Minerao por Explosivos, de 1992,

carente de homologao, estabelece que o limite mximo admitido no poder ser superior a "3,00

mm/s de velocidade de vibrao de partcula, medida na componente vertical. Quando a medio

for realizada com utilizao de instrumentos cujos resultados sejam a integrao das trs

componentes o valor mximo permitido ser de 4,2 mm/s. Em ambos os casos, a medio deve ser

feita fora dos limites da propriedade da minerao ou da rea por ela ocupada sob qualquer forma,

como posse, arrendamento, servido, concesso, etc."

4.3 - Reduo das vibraes que se propagam pelo terreno

O principal fator a ser considerado, objetivando a reduo das vibraes que se

propagam pelo terreno, a execuo criteriosa de planos de fogo adequadamente dimensionados.

Evitar o excessivo confinamento do explosivo atravs da minimizao do desvio de

furos, a eliminao de reps - material "in situ" remanescente da detonao anterior posicionado na

interseo da face livre com a praa - ou outros obstculos que impeam o deslocamento do

material desmontado, reduo do tampo - mas no a ponto de incrementar a sobrepresso

37

atmosfrica ou acarretar ultralanamentos - e da subperfurao, medida efetiva no controle dos

nveis de vibrao.

A partir do exposto, e considerando-se as condies de rigidez locacional de

empreendimentos minerrios, a reduo da carga de explosivos detonada instantaneamente o fator

primordial que afeta a amplitude da velocidade de partcula. Tal reduo pode ser obtida atravs da

interposio entre grupos de minas - furos carregados com explosivos -, ou mesmo entre minas, de

elementos de retardo, que provocaro intervalos de tempo entre suas detonaes.

A reduo no dimetro de perfurao, altura das bancadas ou mesmo a intercalao

no furo de material inerte entre a carga explosiva podem ser adotadas para a reduo da carga

explosiva a ser detonada instantaneamente, se as condies locais assim o exigirem, estando sua

exeqibilidade vinculada a condicionantes tcnicos e econmicos.

Outras medidas que favorecem a reduo nos nveis de vibrao so (Silva et al,

2000):

- Sempre que possvel proporcionar a progresso da detonao das minas, ou grupos de minas,

do ponto mais prximo para o mais afastado do local onde se pretende obter os menores nveis

de vibrao.

- Adotar elementos de retardo que proporcionem reduzida disperso em seus tempos.

- Utilizar tempos de retardo elevados, desde que as condies geolgicas em conjuno com o

sistema de iniciao o permitirem.

A esse respeito Langefors e Kihlstrm (1978) sugerem, a partir da constatao de

que vibraes causadas por detonao de um nico furo apresentam sua mxima amplitude somente

aps algumas prvias menores deflexes e, em muitos casos, pode-se esperar apenas 3 ciclos

completos com amplitudes superiores metade da mxima, podendo as demais serem mais ou

menos ignoradas, a adoo de intervalos de tempo na detonao entre furos superior a 3.T (T -

perodo). Dessa forma, uma eventual interferncia construtiva entre trens de ondas gerados por

minas, ou grupo de minas, detonados consecutivamente a tais intervalos resultaria em reduzidos

nveis de vibrao quando comparados queles obtidos com intervalos de tempo menores. Isso

poderia ser obtido a partir da adoo de:

n.t = k.T

onde :

T - perodo da vibrao. Obtido atravs da determinao da freqncia de pico da vibrao.

n - nmero de intervalos de tempo, ou de elementos de retardo utilizados na detonao.

t - tempo de retardo.

k - nmero inteiro que satisfaa a relao k/n 1,2,3,....

Outras medidas citadas por Silva et al, 2000, estas visando reduo na percepo

das vibraes, so:

- Reduzir a freqncia de detonaes por perodo produtivo atravs da adoo de um maior

nmero de furos por detonao.

- Procurar coincidir os horrios de detonaes com perodos de maior atividade na vizinhana.

- Sempre que possvel procurar fazer com que o tempo total de durao da detonao no

ultrapasse 1 segundo.

- Adotar um programa de relaes pblicas.

4.4 - Obteno de equao de atenuao

A dissipao da energia ssmica em macios rochosos atribuda a trs mecanismos

(Atlas Powder Company, 1987):

1 - amortecimento viscoso, um efeito mais pronunciado em altas freqncias, acompanhado por

uma tendncia a menores freqncias de vibrao com o acrscimo da distncia da fonte de energia.

2 - absoro da energia por frico na propagao da onda, maior em rochas com granulao

grosseira e alta porosidade.

3 - disperso das ondas ssmicas devido a reflexes em descontinuidades e heterogeneidades no

macio rochoso.

A esses mecanismos pode-se acrescentar aquele advindo da disperso geomtrica.

Sobre os mecanismos anteriormente enumerados, de maior imprevisibilidade terica,

sustentam-se as maiores causas de atenuao dos valores de pico das amplitudes de vibrao.

Assim, tendo em vista as caractersticas de heterogeneidade natural dos macios rochosos,

impossvel fazer uma previso terica confivel dos nveis de vibrao em um determinado local.

39

Por outro lado, os mecanismos de atenuao de vibraes relacionados s

propriedades do macio tendem a produzir trens de ondas vibratrios caractersticos ao longo da

trajetria de propagao. Assim, pela determinao dos fatores locais de atenuao em um

programa de monitoramento de detonaes, os nveis de pico de vibrao de detonaes futuras no

local podem ser previstos com razovel preciso, atravs de mtodos estatsticos.

Na determinao dos fatores locais de atenuao, busca-se estabelecer uma

correlao entre as amplitudes das vibraes, quantificadas atravs de deslocamento, acelerao ou

velocidade de partcula, normalmente esta, e os fatores sobre os quais se tem controle, a fonte de

energia, atravs da massa de explosivos detonada, e a distncia entre ela e o ponto de interesse.

A forma geral de uma equao que correlaciona essas trs variveis com a

velocidade de partcula como varivel dependente do tipo:

v = a.Qb.D-c

onde:

v - velocidade de partcula

Q - massa de explosivo detonada instantaneamente

D - distncia entre a detonao e o local de interesse.

ou

v = a. (Q/Dc/b)b

O fator (Q/Dc/b) denominado distncia escalonada.

Langefors e Kihlstrm (1978) propem a relao Q/D3/2 como distncia escalonada

(denominando-a de nvel de carga), com base em estudos que envolveram "enorme quantidade de

dados", a distncias entre 2 m e 60 m das detonaes. Consideram serem questionveis

extrapolaes realizadas a partir dos dados analisados para distncias iguais ou superiores a 1000

metros, tendo obtido resultados satisfatrios a distncias de centenas de metros.

Siskind et al. (1980) adotam como distncia escalonada, em trabalho que envolveu a

anlise de 239 dados referentes a detonaes em diferentes processos produtivos, a relao D/Q1/2,

proposta por