comparaÇÃo do impacto gerado pelo desmonte de … · pedreira 1,190 475,8 237,2 15,49 37,3 17,73....
TRANSCRIPT
COMPARAÇÃO DO IMPACTO
GERADO PELO DESMONTE DE
ROCHAS COM EXPLOSIVOS EM
ROCHA DURA E ROCHA BRANDA
NA MOVIMENTAÇÃO DE
ESTRUTURAS
Vitor Luconi Rosenhaim
Jair Carlos Koppe
Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Objetivos
• Quantificar o impacto causado pelos níveis de vibração no
solo e ruído (pressão acústica) na atmosfera em estruturas;
• Propor um novo método de avaliação dos efeitos
resultantes do emprego de explosivos no desmonte de
rochas;
• Avaliar a influência de outras fontes sobre os materiais
constituintes das estruturas;
Objetivos
• Provar para o publico em geral, principalmente órgãos
regulamentadores, que as técnicas atuais aplicadas pela
industria não podem resultar em danos as estruturas;
• Este estudo beneficiará a industria de mineração e
construção civil, principalmente em processos relacionados
a danos causados a estruturas associados as atividades de
desmonte de rochas com emprego de explosivos.
Estrutura
Monitorada
Butiá
Porto Alegre
Estrutura
Monitorada
Ivoti
Estância Velha
Novo
Hamburgo
Porto Alegre
Pedreira de Basalto
Mina de Carvão
Medindo a Movimentação de
uma Estrutura
R
V
TExterior
AC
outlet
S1 S2 Master
R
V
T
RV
T
upper corner (S2)
lower corner (S1)
mid-wallmid-wall
radial wall
R
V
TExterior
AC
outlet
S1 S2 Master
R
V
T
RV
T
upper corner (S2)
lower corner (S1)
mid-wallmid-wall
R
V
TExterior
AC
outlet
S1 S2 Master
R
V
T
RV
T
upper corner (S2)
lower corner (S1)
mid-wallmid-wall
radial wall
(MW)(MW)
Exterior (GV)
Canto Inferior (S1)
Canto Superior (S2)
Meio da Parede (MW) Meio da Parede (MW)
Mestre Fonte de
Energia
Direção Geral
Das Detonações
Cálculo de Deformações
• Deformações são medidas adimensionais
• mm/mm (micro-strains)
S2
S1
L
S2
S1
LH
𝛾𝑚𝑎𝑥 = 𝛿𝑚𝑎𝑥𝐻
y
x
L
Ly
x
L
L
휀𝐿𝑚𝑎𝑥 = 𝛾𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛 𝜃 (cos𝜃)
H
S1
S2
SMW
S = Deslocamento
d = ½ Espessura da Parede휀 = 6𝑑 𝑆𝑀𝑊 −
𝑆2 + 𝑆1
2
𝐻2
Cisalhamento Tração no Plano Flexão
Medindo Variações na Abertura
de uma Rachadura
• Sensores de deslocamento de correntes Eddy
• Registradas influências:
– Dinâmicas – detonações
– Estáticas – variação climáticas (a cada hora)
• Mudanças climáticas apresentam grande influência sobre
os materiais constituintes das paredes das estruturas
• Estas forças começam a exercer sua influência desde o
momento da construção e atuam durante toda a vida da
estrutura (Oriard, 1999)
Resultados
• Duração dos estudos de caso:
– Carvão:
• Agosto 2012 a Fevereiro 2013
• 148 detonações
• Distâncias de 57 a 810 m
• Eventos com vibração < 0,51 mm/s não foram registradas
• 115 eventos registrados
• 104 detonações avaliadas
– Pedreira
• Março 2013 a Abril 2014
• 14 detonações
• Distâncias de 86 a 300 m
Área de Detonação
32 m
12.6 m
Estrutura
Rachaduras
No Terreno
Caracteristicas do Desmonte de Rochas
• Carvão:
– Rochas brandas – resistência a compressão entre 25 e 50 Mpa
– Emprego de baixas razões de carga – 140 a 210 g/m3
– Comprimento de furos de 2,6 e 9,1 m, em média de 5,9 m
– Malha de perfuração:
• Carvão = 3 x 4 m a 3,5 x 4 m (ϕ 76 mm)
• Siltito = 4 x 5 m a 4,5 x 5 m (ϕ 76 mm)
4,5 x 6,5 m (ϕ 89 mm)
• Pedreira:
– Rocha dura – resistência a compressão entre 109 e 185 Mpa
– Razões de carga mais elevadas – 200 a 350 g/m3
– Bancadas de 12 m de altura
– Malha de perfuração = 2,5 x 4,5 m (ϕ 63,5 mm)
LocalRazão de
Carga (g/m3)
CME
(kg)
Distância
(m)
VPP
(mm/s)
Freq. Pico
(Hz)
FFT
(Hz)
Ruído
(dB)
Carvão 90 – 240 18,2 – 245,9 57 – 660 1,27 – 36,57 15,1 12,6 100 – 148
Pedreira 178 – 332 24,0 – 120,7 86 – 290 3,56 – 20,83 20,2 21,3 120 - 144
CarvãoVPP = 329,9 DE-1,37
R² = 0,78
PedreiraVPP = 256,5 DE-1,12
R² = 0,81
0,1
1
10
100
1000
1 10 100 1000
VE
LO
CID
AD
E D
E P
AR
TÍC
UL
A D
E P
ICO
, V
PP
(m
m/s
)
DISTÂNCIA ESCALONADA (m/kg1/2)
Carvão
Pedreira
1
10
100
1 10 100
VE
LO
CID
AD
E D
E P
AR
TÍC
UL
A D
E P
ICO
, V
PP
(m
m/s
)
FREQUENCIA (Hz)
ABNT NBR 9653
NBR 9653
Carvão
Pedreira
ABNT NBR 9653Gráfico de Atenuação
de Onda Sísmica
Resultados
S1 (R) = 0,91 GVR² = 0,97
S1 (T) = 0,90 GVR² = 0,97
S1 (R) = 0,94 GVR² = 0,87
S1 (T) = 0,96 GVR² = 0,88
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40
VE
LO
CID
AD
E D
E P
AR
TÍC
UL
A
CA
NT
O IN
FE
RIO
R, S
1 (
mm
/s)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
S2 (R) = 1,40 GVR² = 0,90
S2 (T) = 1,20 GVR² = 0,92
S2 (R) = 3,40 GVR² = 0,82
S2 (T) = 1,63 GVR² = 0,78
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
VE
LO
CID
AD
E D
E P
AR
TÍC
UL
A
CA
NT
O S
UP
ER
IOR
, S2
(m
m/s
)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629
MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667
MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81
MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 10 20 30 40 50
DE
SL
OC
AM
EN
TO
ME
IO D
A P
AR
ED
E, M
W (
mm
)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T)
MW (R) = 0,96 GVR² = 0,84
MW (T) = 1,34 GVR² = 0,88
MW (R) = 2,60 GVR² = 0,82
MW (T) = 2,54 GVR² = 0,80
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
VE
LO
CID
AD
E D
E P
AR
TÍC
UL
A
ME
IO D
A P
AR
ED
E, M
W (
mm
/s)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
S2 (R) = 0,0064 PAR² = 0,46
S2 (T) = 0,0056 PAR² = 0,53
S2 (R) = 0,0053 PAR² = -0,23
S2 (T) = 0,0017 PAR² = 0,42
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
0 25 50 75 100 125 150 175 200
DE
SL
OC
AM
EN
TO
CA
NT
O S
UP
ER
IOR
, S2
(m
m)
PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa)
MW (R) = 0,008 PAR² = 0,51
MW (T) = 0,008 PAR² = -0,03
MW (R) = 0,0017 PAR² = 0,78
MW (T) = 0,0026 PAR² = 0,60
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 25 50 75 100 125 150 175 200
DE
SL
OC
AM
EN
TO
ME
IO D
A P
AR
ED
E, M
W (
mm
)
PRESSÃO ACÚSTICA, PA (Pa)
MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629
MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667
MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81
MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 10 20 30 40 50
DE
SL
OC
AM
EN
TO
ME
IO D
A P
AR
ED
E, M
W (
mm
)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T)
Deformações
Induzidas nas Paredes
εLmax (R) = 1,16 GVR² = 0,93
εLmax (T) = 1,11 GVR² = 0,85
εLmax (R) = 13,17 GVR² = 0,77
εLmax (T) = 3,14 GVR² = 0,87
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50
DE
FO
RM
AÇ
ÃO
DE
TR
AÇ
ÃO
NO
PL
AN
O, ε
Lm
ax
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
MW (R) = 0,007 GV + 0,123R² = 0,629
MW (T) = 0,008 GV + 0,128R² = 0,667
MW (R) = 0,016 GV + 0,032R² = 0,81
MW (T) = 0,024 GV + 0,004R² = 0,71
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 10 20 30 40 50
DE
SL
OC
AM
EN
TO
ME
IO D
A P
AR
ED
E, M
W (
mm
)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
Carvão (R) Carvão (T) Pedreira (R) Pedreira (T)
ε (R) = 0,56 GVR² = 0,61
ε (T) = 1,15 GVR² = 0,74
ε (R) = 1,70 GVR² = 0,86
ε (T) = 2,29 GVR² = 0,88
0
10
20
30
40
50
0 10 20 30 40 50
DE
FO
RM
AÇ
ÃO
DE
FL
EX
ÃO
, ε
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
Máximas Deformações
• Limite de ruptura por Tração no Plano da argamassa entre 150 e 250
• Fator de Segurança contra fissuramento:
– Carvão = 3,8 a 6,3
– Pedreira = 0,6 a 1,05
LocalDiferença de
Deslocamento
Deformação de
Cisalhamento
Deformação de
Tração no Plano
VPP
(mm/s)
Deformação
de Flexão
VPP
(mm/s)
Carvão 0,331 132,2 39,2 28,19 33,40 14,99
Pedreira 1,190 475,8 237,2 15,49 37,3 17,73
Variações na
Abertura das Rachaduras
ΔC = 0,0014 ΔUR² = 0,84
ΔC = 0,012 ΔUR² = 0,53
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
-100 -75 -50 -25 0 25 50 75 100
Ab
ert
ura
da
Ra
ch
aru
a , Δ
C (m
m)
Umidade Relativa do Ar, ΔU (%)
Carvão
Pedreira
ΔC = -0,0043 ΔT R² = 0,79
ΔC = -0,028 ΔTR² = 0,69
-0,30
-0,20
-0,10
0,00
0,10
0,20
0,30
-40 -20 0 20 40
Ab
ert
ura
da
Ra
ch
ad
ura
, ΔC
(mm
)
Temperatura, ΔT ( C)
Carvão
Pedreira
Variações na
Abertura das Rachaduras
AR = 0,013 GV (R)R² = 0,82
AR = 0,014 GV (T)R² = 0,84
AR = 0,0065 GV (R)R² = 0,89
AR = 0,0065 GV (T)R² = 0,92
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 10 20 30 40
AB
ER
TU
RA
DA
RA
CH
AD
UR
A, A
R (
mm
)
VELOCIDADE DE PARTÍCULA NO SOLO, GV (mm/s)
CarvãoAR = 0,0025 PA
R² = 0,81
Descobertura CarvãoAR = 0,006 PA
R² = 0,66
PedreiraAR = 0,0008 PA
R² = 0,76
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 25 50 75 100 125 150 175 200
AB
ER
TU
RA
DA
RA
CH
AD
UR
A, A
R (
mm
)
PRESSÃO ACÚSTICA (Pa)
Carvão
Pedreira
Abertura da Rachadura (mm)
Abertura da Rachadura (mm)
Abertura Global da Rachadura = 0,785 (mm)
Abertura Global da Rachadura = 0,457 (mm)
Abertura = 0,132 (mm)
Abertura = 0,309 (mm)
Tempo (h)
Tempo (h)
Mina de Carvão
Variações climáticas
2,5 vezes maior
Influência do Desmonte
Pedreira
Variações climáticas
3,5 vezes maior
Influência do Desmonte
Variação na dilatação
do material por influências
climáticas é de 326 a 755
vezes maior que o desmonte
Conclusões
• Foi apresentada uma forma alternativa e inovadora de
quantificar o impacto do desmonte de rochas nas estruturas
vizinhas aos empreendimentos de mineração;
• Com o emprego correto e cuidadoso de explosivos, os
níveis de deformação induzidos nas paredes de estruturas
são inferiores aos limites de ruptura por deformação do
material mais frágil utilizado na construção civil;
• Os níveis de deformação induzidos por desmonte em rocha
dura são superiores aos resultantes de detonações em rocha
branda, para os mesmos níveis de vibração gerados;
Conclusões
• Esta diferença pode ser justificada pelo emprego de
maiores razões de carga e a quantidade de energia liberada
durante a detonação e pelas características da geologia
local;
• Influência das variações climáticas sobre os materiais, ao
longo do tempo, é muito mais expressiva do que o efeito
pontual, de curta duração, provocado pelas ondas sísmicas
e acústicas;
Conclusões
• Por fim, concluiu-se que, o desmonte de rochas não pode
ser considerado com a causa de danos às estruturas, visto
que, as variações diárias de temperatura e umidade
exercem maior influência sobre os materiais utilizados na
construção civil;
• Tanto as deformações calculadas, quanto as variações na
abertura das rachaduras e dilatação dos materiais durante
eventos de detonação não superaram, de maneira
significativa, os limites de fadiga dos materiais;
Conclusões
• Novos estudos estão sendo realizados para validação dos
dados apresentados neste trabalho;
• É recomendada a reavaliação dos limites de vibração
propostos pela Norma Brasileira ABNT NBR 9653 (2005),
com base nos limites de deformação induzidos pelas
vibrações em diferentes litologias e nos limites de fadiga
dos materiais utilizados atualmente na construção civil
nacional.