Técnicas de desmonte em mineração

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Estudo comparativo entre diversas técnicas de 
desmonte para optimização económica e ambiental 
 
 
João Gonçalves Cardoso 
 
Dissertação para obtenção do grau de mestre em 
Engenharia Geológica e de Minas 
 
Orientadores: 
Professora Doutora Ana Paula Alves Afonso Falcão Neves 
Professor Doutor Pedro Alexandre Marques Bernardo 
 
Júri 
Presidente: Professor Doutor António Jorge Gonçalves de Sousa 
Orientadora: Professora Doutora Ana Paula Alves Afonso Falcão Neves 
Vogal: Doutor Gustavo André Paneiro 
 
 
Novembro de 2015 
ii 
 
 
 
iii 
 
Agradecimentos 
O meu sincero agradecimento a todos aqueles que de algum modo contribuíram para a execução 
deste trabalho. 
À Professora Paula Falcão Neves e ao Professor Pedro Bernardo, pela disponibilidade em 
assumir a orientação deste trabalho, pela colaboração, incentivo, simpatia e apoio que me têm 
proporcionado ao longo deste percurso. 
A todos os professores da Secção de Minas e Georrecursos pelos ensinamentos partilhados. 
À Cimpor Souselas, pela oportunidade de estágio, nas pessoas de Eng.º Matos Ferreira, Eng.º 
João Rolim e Engª. Catarina Navarro, pela sua disponibilidade, opiniões e pela partilha de 
conhecimento. 
Aos meus amigos e aos colegas de curso, a quem agradeço a amizade nestes anos de percurso 
académico. 
À minha família pela motivação e apoios dados, especialmente aos meus pais, tios e irmãos. 
À Iris, um agradecimento muito especial pelo apoio, confiança e compreensão demonstrado 
durante toda esta etapa da minha vida. 
 
iv 
 
 
v 
 
Resumo 
A utilização de explosivos no desmonte de maciços rochosos, provoca impactes ambientais 
negativos tal como desconforto para as populações residentes nas imediações da exploração. 
Actualmente utilizando as melhores técnicas da aplicação de explosivos e a respectiva 
monitorização dos impactes, é possível reduzi-los dentro dos limites da legislação, conseguindo-
se uma menor incomodidade para as populações. 
O grau de fragmentação da rocha num desmonte é um dos aspectos mais relevantes na 
optimização dos custos de produção numa exploração mineira. Da qualidade da fragmentação 
dependerão, posteriormente, os custos das operações de carga, transporte e britagem. 
Consequentemente, o desmonte com explosivos obriga a um criterioso estudo de optimização 
do dimensionamento do diagrama de fogo para se obter a fragmentação desejada. 
É neste contexto que surge o presente trabalho, como uma abordagem preliminar para uma 
possível melhoria, quer na minimização dos impactes ambientais, quer na eficiência 
técnico/económica das operações subsequentes ao desmonte, ou seja, garantir uma boa 
fragmentação que permita uma economia de recursos. 
Considerou-se então a utilização do sistema de air-deck articulado com dispositivos de melhoria 
de tamponamento, estudando o seu efeito teórico e comparando-o com trabalho de campo 
realizado na pedreira da Cimpor de Souselas. 
Com base no grau de fragmentação obtido por aplicação do método em teste, foi estimado a sua 
influência em termos de custos nas operações subsequentes, nomeadamente carga, transporte 
e britagem. 
Este trabalho tem dois objectivos principais: (1) avaliar a viabilidade do método em teste e (2) 
estimar o efeito do grau de fragmentação nos custos das operações subsequentes. 
 
Palavras-chave: Desmonte com explosivos, Custos unitários, Impactes ambientais, air-deck, 
grau de fragmentação. 
 
vi 
 
Abstract 
The blasting operation in open pit mining, causes environmental impacts and discomfort to the 
populations living in the surrounding areas. Currently are used the best techniques of explosives 
application and their monitoring of environmental impacts, and it’s possible to reduce them within 
the limits of the law, and managing to a minor inconvenience for people. 
The degree of rock fragmentation after a blasting is one of the most important aspects in the 
optimization of production costs in mining. The qualities of fragmentation influence the cost of 
subsequently operations, like loading, transport and crushing. Because of that the blasting 
explosives requires a careful study in order to optimize the design diagram of fire to achieve the 
desired fragmentation. 
It is in this context that the present work arises as a preliminary approach to a possible 
improvement both in minimizing environmental impacts, as well as in the technical/economic 
efficiency of subsequent operations. That ensures good fragmentation permitting saving features. 
Then is considered the use of articulated air-deck system with plug’s to improve stemming quality, 
studying the theoretical effect and comparing it, with fieldwork in the quarry of Cimpor - Souselas. 
Based on the degree of fragmentation obtained by applying the method in test, was estimated 
their influence in terms of cost in subsequent operations including loading, transport and crushing. 
 
 
Keywords: Blasting, costs, unit operations, environmental impacts, air-deck, degree of 
fragmentation. 
vii 
 
Índice 
Agradecimentos ....................................................................................................................... iii 
Resumo .................................................................................................................................... v 
Abstract ................................................................................................................................... vi 
1. Introdução ............................................................................................................................. 1 
2. Escavação de Maciços Rochosos com Substâncias Explosivas ............................................ 3 
2.1. Propriedades Geotécnicas das Rochas .......................................................................... 3 
2.1.1. Escavabilidade de Maciços Rochoso (Critério de Franklin)....................................... 3 
2.2. Substâncias explosivas na escavação de maciços rochosos .......................................... 5 
2.2.1 Acção de explosivos no seio de rochas ..................................................................... 5 
2.2.2. Propriedades essenciais (Energia específica, Velocidade e Pressão de detonação) 7 
2.2.3 Explosivos de desmonte (diferentes tipos e suas aplicações) .................................... 8 
2.2.4. Diagramas de fogo ................................................................................................ 10 
2.2.5. Air-deck ................................................................................................................. 13 
2.2.6. Dispositivos de melhoria de tamponamento ........................................................... 14 
2.3. Impactes Ambientais de Desmontes com explosivos .................................................... 16 
2.3.1. Onda aérea ........................................................................................................... 16 
2.3.2. Poeiras .................................................................................................................. 17 
2.3.3. Projecção de Blocos .............................................................................................. 18 
2.3.4. Vibrações .............................................................................................................. 18 
2.4. Influência da Fragmentação nas Operações Unitárias Subsequentes ao Desmonte ..... 21 
2.4.1. Desmonte .............................................................................................................. 22 
2.4.2. Carga .................................................................................................................... 23 
2.4.3 Transporte .............................................................................................................. 24 
2.5.4 Britagem .................................................................................................................24 
2.5.5. Custos de produção e a sua relação com o grau de fragmentação......................... 24 
2.5. Análise de fragmentação através de imagens ............................................................... 26 
2.5.1. Split-Desktop ......................................................................................................... 27 
2.5.2. Obtenção de imagens ............................................................................................ 27 
2.5.3. Delineação ............................................................................................................ 27 
2.5.4. Resultado Final ...................................................................................................... 28 
3. Caso de Estudo................................................................................................................... 31 
3.1. Metodologia.................................................................................................................. 32 
3.1.1. Método CPS .......................................................................................................... 33 
3.1.2. Método em teste .................................................................................................... 34 
3.2. Desmonte realizado na bancada N60 ........................................................................... 36 
3.3. Desmonte realizado na bancada S40 ........................................................................... 43 
3.4. Avaliação Global dos Desmontes ................................................................................. 47 
3.4.1. Avaliação Económica............................................................................................. 47 
3.4.2. Avaliação de Impactes Ambientais ......................................................................... 49 
viii 
 
4. Avaliação da Influência da fragmentação nas operações carga, transporte e fragmentação 
primária................................................................................................................................... 53 
4.1. Carga e transporte........................................................................................................ 53 
4.1.1. Cálculo do custo hora de trabalho .......................................................................... 55 
4.1.2. Influência da fragmentação nos ciclos dos equipamentos ...................................... 60 
4.3. Fragmentação Primária ................................................................................................ 66 
4.4. Influência da fragmentação no custo total. .................................................................... 68 
5. Resultados e Discussão ...................................................................................................... 69 
5.1. Impactes Ambientais .................................................................................................... 69 
5.2. Avaliação da fragmentação .......................................................................................... 70 
5.3. Análise económica dos dois métodos em estudo .......................................................... 71 
5.3.1. Bancada N60 ......................................................................................................... 71 
5.3.3. Bancada S40 ......................................................................................................... 72 
5.4. Análise Geral ................................................................................................................ 73 
6. Considerações finais ........................................................................................................... 75 
6.1 Conclusões ................................................................................................................... 75 
6.2. Trabalhos futuros ......................................................................................................... 76 
Referências bibliográficas ....................................................................................................... 77 
Anexos ................................................................................................................................... 82 
Anexo I – Fichas dos desmontes ......................................................................................... 83 
Anexos II - Resultados do Split Desktop para a análise granulométrica ............................... 88 
 
 
 
ix 
 
Lista de Tabelas 
Tabela 1- Principais critérios de escavabilidade e respectivos parâmetros (Bastos, 1998). ........ 3 
Tabela 2- Principais variáveis influenciando o processo de selecção de um explosivo, (Hartman, 
1987; citado por Bernardo, 2004) .............................................................................................. 9 
Tabela 3- Comparação entre substâncias explosivas de uso industrial. (Bernardo, 2004) .......... 9 
Tabela 4- Dimensionamento geométrico de diagramas de fogo segundo Ash (modificado por 
Dinis da Gama, 1998) ............................................................................................................. 10 
Tabela 5 – Critério de Selecção do diâmetro de um furo.......................................................... 11 
Tabela 6 - Competências de rocha vs consumo específico de explosivo (Jimeno et al, 2003) .. 13 
Tabela 7 – Limites da onda aérea (Bhandari, 1997) ................................................................ 17 
Tabela 8 – Factor de enchimento de uma pá carregadora, consoante a qualidade do desmonte. 
(CAT, 2015) ............................................................................................................................ 23 
Tabela 9 – Parâmetros geométricos do diagrama de fogo ....................................................... 34 
Tabela 10 – Características do explosivo utilizado. .................................................................. 34 
Tabela 11 – Parâmetros de diagrama de fogo. ........................................................................ 36 
Tabela 12 – Variação da quantidade de explosivo utilizado segundo o método em teste quando 
comparado com o método CPS. .............................................................................................. 37 
Tabela 13 – Variação dos consumos específicos quando aplicado o método em teste. ........... 37 
Tabela 14 – Resultados .......................................................................................................... 39 
Tabela 15 – Coeficiente de Uniformidade ................................................................................ 39 
Tabela 16 – Variação dos valores obtidos pelo método em teste quando comparado com o 
método CPS. .......................................................................................................................... 40 
Tabela 17 - Parâmetros de diagrama de fogo. ......................................................................... 43 
Tabela 18 - Variação da quantidade de explosivo utilizado segundo o método em teste quando 
comparado com o método CPS. .............................................................................................. 44 
Tabela 19 - Variação dos consumos específicos quando aplicado o método em teste. ............ 44 
Tabela 20 – Resultados análise granulométrica....................................................................... 45 
Tabela 21 – Coeficiente de uniformidade................................................................................. 45 
Tabela 22 – Variação dos Valores de vibrações e onda aérea entre o método CPS e o método 
em teste. ................................................................................................................................. 46 
Tabela 23 – Quantidade de rocha desmontada por desmonte. ................................................ 47 
Tabela 24 – Consumosespecíficos e custos por tonelada. ...................................................... 48 
x 
 
Tabela 25 – Limites da velocidade de vibração admissível estabelecidos pela NP 2074 de 1983 
(expressos em mm/s). ............................................................................................................. 50 
Tabela 26 – Factor de Ponderação Ambiental para o descritor vibrações e onda aérea. .......... 51 
Tabela 27 – Especificações do Equipamento (Cat Performance Handbook) ............................ 54 
Tabela 28 - Especificações do Dumper 775G (Cat Performance Handbook). .......................... 54 
Tabela 29 – Cálculo dos custos de propriedade ...................................................................... 55 
Tabela 30 - Custo com consumíveis. (IGME, 1995) ................................................................. 57 
Tabela 31 – Cálculo dos custos hora da pá carregadora ......................................................... 58 
Tabela 32 - Cálculo dos custos hora do Dumper ..................................................................... 59 
Tabela 33 – Valores considerados para a capacidade de carga dos equipamentos. ................ 60 
Tabela 34 – Número de ciclos por hora da pá carregadora. ..................................................... 61 
Tabela 35 – Volume real carregado pela pá carregadora. ........................................................ 61 
Tabela 36 – Número de dumper’s carregados por hora. .......................................................... 62 
Tabela 37 – Material movimentado por hora. ........................................................................... 62 
Tabela 38 – Custo da operação de carga por tonelada. ........................................................... 62 
Tabela 39 – Tempo de ciclo de um dumper. ............................................................................ 64 
Tabela 40 – Número de ciclos por hora de um dumper. ........................................................... 64 
Tabela 41 - Número de dumper’s a utilizar. ............................................................................. 64 
Tabela 42 – Custo por tonelada da operação de transporte ..................................................... 65 
Tabela 43 – Aplicação da fórmula de Bond para o cálculo do custo de fragmentação. ............. 67 
Tabela 44 – Análise de fragmentação ..................................................................................... 71 
 
 
xi 
 
Lista de Figuras 
Figura 1- Classificação da escavabilidade de maciços rochosos, segundo Franklin et al. .......... 4 
Figura 2 - Sequência temporal de eventos verificados numa detonação em rocha situada na 
vizinhança de uma superfície livre (adaptado de Hartman,(1992) por Bernardo (2004). ............. 7 
Figura 3 - Parâmetros de um diagrama de fogo para desmontes em bancadas a céu aberto 
(adaptado de IGM, 1999) ........................................................................................................ 10 
Figura 4 – Esquema da técnica de air-deck, quando comparado com o método tradicional. .... 13 
Figura 5 - Analise da fragmentação em função da percentagem de volume de air-deck (Cleeton, 
1997) ...................................................................................................................................... 14 
Figura 6 – Plugs ...................................................................................................................... 15 
Figura 7 – Aplicação do plug. .................................................................................................. 15 
Figura 8 – Esquema do furo com plug. .................................................................................... 15 
Figura 9- Efeitos das vibrações nas estruturas segundo a distância, a geologia e o tipo da 
estrutura (Bernardo, 2004) ...................................................................................................... 20 
Figura 10 – Diagrama das operações unitárias de uma exploração mineira. (Adaptado de 
Hustrulid, 1999)....................................................................................................................... 21 
Figura 11 – Relação entre o custo unitário com perfuração e desmonte com explosivoso com o 
grau de fragmentação. (adaptado de Dinis da Gama, 1993) .................................................... 22 
Figura 12 – Minimização de custos nas várias operações unitárias em função da dimensão dos 
fragmentos e consequentes impactes ambientais (Dinis da Gama & Jimeno, 1993). ............... 25 
Figura 13 – Imagem antes e depois da delineação. ................................................................. 28 
Figura 14 – Correcção de erros da delineação automática. ..................................................... 28 
Figura 15 – Resultados obtidos da análise granulométrica. ..................................................... 29 
Figura 16 – Exemplo de curva granulométrica obtida com o Split-desktop. .............................. 29 
Figura 17 - Centro de Produção de Souselas .......................................................................... 31 
Figura 18 – Imagem aérea da pedreira da Serra do Alhastro. .................................................. 31 
Figura 19 - Metodologia proposta ............................................................................................ 32 
Figura 20 – Localização das bancadas em estudo. ................................................................. 33 
Figura 21 – Esquema do método em teste. ............................................................................. 35 
Figura 22 – Desmontes realizados na bancada N60. ............................................................... 36 
Figura 23 – Curva Granulométrica........................................................................................... 38 
Figura 24 - Sequência de imagens do desmonte realizado no dia 19-11 (Método CPS). .......... 41 
file:///C:/Users/PRCJC/Documents/Tese/tese%20jc%20final/tese/tese%20JC%20v%20publica%20(1).docx%23_Toc436918926
file:///C:/Users/PRCJC/Documents/Tese/tese%20jc%20final/tese/tese%20JC%20v%20publica%20(1).docx%23_Toc436918929
file:///C:/Users/PRCJC/Documents/Tese/tese%20jc%20final/tese/tese%20JC%20v%20publica%20(1).docx%23_Toc436918930
xii 
 
Figura 25 - Sequência de imagens do desmonte realizado no dia 21-11 (Método em teste)..... 41 
Figura 26 – Diagrama de fogo, identificando o furo defeituoso. ................................................ 42 
Figura 27 – Resultado do desmonte. ....................................................................................... 42 
Figura 28 - Desmontes realizados na bancada S40. ................................................................ 43 
Figura 29 - Curva Granulométrica bancada S40. ..................................................................... 45 
Figura 30 – Sequência de imagens do desmonte realizado no dia 24-11 ................................. 46 
Figura 31 – Desmontes bancada S40...................................................................................... 47 
Figura 32 – Influência do consumo específico no DMF. ........................................................... 48 
Figura 33 – Evolução do custo por tonelada com o aumento da DMF. ..................................... 49 
Figura 34 – Relação entre o Factor de Ponderação Ambiental e a dimensão média dos 
fragmentos. ............................................................................................................................. 51 
Figura 35 – Equipamentos utilizados na operação de carga e transporte. ................................ 53 
Figura 36 – Cat 990 ................................................................................................................ 53 
Figura 37 – Dumper 775D (http://www.trucksplanet.com/catalog/model.php?id=1105)............. 54 
Figura 38– Tempo de vida dos pneus para um Dumper (Ashley, 2015). ................................. 57 
Figura 39 - Tempo de vida dos pneus para uma Pá Carregadora (Ashley, 2015). .................... 57 
Figura 40 – Tipo de enchimento do balde. (CAT, 2015) ........................................................... 60 
Figura 41 – Custo por tonelada da operação de carga vs DMF................................................ 63 
Figura 42 – Custo por tonelada da operação de transporte vs DMF. ........................................ 65 
Figura 43 – Custo por tonelada na britagem vs DMF. .............................................................. 67 
Figura 44 - Custo total por tonelada vs DMF............................................................................ 68 
Figura 45 – Desmonte bancada N60 método CPS. ................................................................. 70 
Figura 46 – Desmonte bancada N60 método em teste. ........................................................... 70 
Figura 47 - Custo das várias operações unitárias para os dois métodos em estudo. ................ 72 
Figura 48 – Custo das várias operações unitárias para os dois métodos em estudo. ............... 72 
Figura 49 – Relação entre o custo por tonelada das várias operações e o DMF. ..................... 73 
Figura 50 – Correlação entre o factor de ponderação ambiental e o DMF ................................ 74 
 
file:///C:/Users/PRCJC/Documents/Tese/tese%20jc%20final/tese/tese%20JC%20v%20publica%20(1).docx%23_Toc436918933
file:///C:/Users/PRCJC/Documents/Tese/tese%20jc%20final/tese/tese%20JC%20v%20publica%20(1).docx%23_Toc436918935
xiii 
 
Lista de Abreviaturas 
Pd – Pressão de detonação (GPa) 
VOD – Velocidade de detonação (m/s) 
q – Consumo específico 
Q – Carga máxima por retardo (kg/retardo) 
DMF – Dimensão média dos fragmentos (cm) 
ϕ 90, 70, 60, 10 - diâmetro em que 90, 70, 60 e 10% das partículas em peso têm dimensão inferior a 
esse diâmetro (cm) 
Fv – Factor de ponderação para as vibrações 
W – Representa a energia consumida na fragmentação por unidade de massa (kwh/t) 
Wi – Representa energia específica do material a cominuir (kwh/t) 
H – altura da bancada (m) 
Hc – altura da carga de coluna no furo (m) 
Hf – altura da carga de fundo no furo (m) 
ϕf – diâmetro do furo (mm) 
A – afastamento (m) 
r – massa volúmica da rocha (t/m3) 
xiv 
 
1 
 
1. Introdução 
A utilização de explosivos para a fragmentação de rochas é praticada desde o século XVII, 
quando se começou a utilizar pólvora em minas, tornando-se rapidamente num dos métodos 
mais populares de fragmentação. 
Não estando a sua aplicação teorizada, a sua utilização era absolutamente empírica criando por 
isso graves falhas de segurança, má utilização de recursos e sérios impactes ambientais. Sendo 
por muitos considerada uma arte, nascida a partir da perícia e experiência dos operadores de 
explosivos. 
A evolução técnica incidiu essencialmente em aspectos de produtividade, tendo aliás como todas 
as actividades económicas, pouca sensibilidade com os aspectos ambientais. 
Actualmente a sociedade é cada vez mais sensível aos aspectos de protecção ambiental, pelo 
que a actividade de exploração mineira tem também a obrigação e o dever, de minimizar os 
impactes ambientais provocados pela sua actividade. 
Por conseguinte qualquer plano de lavra deverá adoptar, por força de lei, medidas e sistemas de 
protecção do ambiente, bem como um plano de recuperação ambiental e paisagística. 
Nos dias hoje e com as investigações desenvolvidas ao longo das últimas décadas, a utilização 
de substâncias explosivas para desmontes de rocha já é uma técnica com fundamentos teóricos 
e princípios científicos. 
Qualquer exploração mineira ou obra geotécnica que recorra a substâncias explosivas e seja 
executada nas imediações de uma zona habitacional, produz sempre impactes ambientais 
diversos. 
Estas consequências raramente são bem recebidas pelas comunidades, o que faz com que as 
explorações mineiras ou obras civis estejam sempre sobre enorme pressão da opinião pública 
para reduzir ao máximo estas ocorrências. 
Apesar de frequentemente se admitir que são fenómenos inevitáveis, mas transitórios no caso 
das obras civis, tecnicamente sabe-se que a intensidade elevada desses impactes por vezes 
estão associados a erros no dimensionamento dos desmontes, quer nas quantidades ou tipos 
de explosivo utilizado, quer nas temporizações associadas que provocam a acumulação de 
quantidades de explosivos detonados no mesmo instante de tempo (retardo), aumentando de 
forma drástica o impacte ambiental provocado pelo desmonte. 
Para cumprimento das medidas de protecção ambiental, existe hoje em dia, uma necessidade 
crescente de monitorizar, controlar e minimizar tais impactes, reforçando a necessidade de saber 
caracterizar os fenómenos associados, com a fragmentação de rochas com recurso a explosivos. 
2 
 
Tal atitude, permitirá, não só a protecção da população e das estruturas envolventes, mas 
também maior economia e eficiência no desmonte. Pois sabe-se que esta é compatível com a 
minimização dos impactes, ao contrário do que sucede na maioria das outras actividades 
industriais (Dinis da Gama, 1998). 
Outro aspecto importante no desmonte de rocha com explosivos é o grau de fragmentação obtido 
do material desmontado. Dado que são conhecidas a sua influência nas operações mineiras 
subsequentes, nomeadamente carga, transporte e britagem. Quanto maior o grau de 
fragmentação obtido maior a eficiência das restantes operações. 
A actual necessidade de redução de custos de produção em qualquer indústria requer a análise 
de todos os factores económicos envolvidos. Numa exploração mineira, um dos aspectos mais 
relevantes na optimização de custos é o grau de fragmentação do material, devido aos seus 
efeitos directos na economia das operações unitárias. 
A presente dissertação tem dois objectivos principais, sendo que o primeiro, consiste em avaliar 
a viabilidade de aplicação do método em teste, que tem por base a utilização da técnica de air-
deck em conjunto com dispositivos de melhoria de tamponamento. A avaliação de viabilidade é 
feita em termos de intensidade de impactes ambientais, custo por tonelada do desmonte, e 
melhoria da fragmentação obtida. O segundo objectivo consiste em estimar o efeito do grau de 
fragmentação nos custos unitários das operações subsequentes ao desmonte. 
3 
 
2. Escavação de Maciços Rochosos com Substâncias Explosivas 
2.1. Propriedades Geotécnicas das Rochas 
2.1.1. Escavabilidade de Maciços Rochoso (Critério de Franklin) 
Uma das primeiras decisões a tomar, a nível de projecto, diz respeito à definição do método de 
escavação, que normalmente, em presença de um maciço rochoso implica a perfuração e o 
desmonte com explosivos enquanto para os solos envolve o uso de meios mecânicos (Figura 1). 
Nos terrenos de tipo intermédio, poderão ser usados explosivos para desagregar e técnicas de 
escarificação ou de ataque pontual. 
Entende-se por escavabilidade de um maciço rochoso, a sua capacidade de resistência à acção 
proporcionada pelos equipamentos de escavação, tanto mecânicos como explosivos. Esta 
apetência do maciço para ser desagregado, é um factor determinante nas fases de projecto e de 
execução. (Bastos, 1998) 
Ao longo dos tempos, têm sido desenvolvidos vários critérios de classificação dos maciços 
rochosos em função da sua escavabilidade. Estes critérios baseiam-se em diversos parâmetros 
de avaliação, existindo alguns de concepção simples e outros que incorporam um largo conjunto 
de características dos materiais e de equipamentos propostos (Tabela 1). 
Tabela 1- Principais critérios de escavabilidade e respectivos parâmetros (Bastos, 1998). 
Autores Parâmetros mecânicos associados 
Franklin, 1971 
Is50 (índice de resistência à compressão pontual) ou resistência à compressão 
uniaxial (RCU) ou númerode Schmidt e espaçamento médio entre fracturas (F) 
ou RQD (Rock Quality Designation). 
Weaver, 1975 
Velocidade sísmica, dureza, grau de alteração e espaçamento (F), continuidade, 
preenchimento e orientação das fracturas. 
Romana, 1981 RCU, RQD, grau de abrasividade (equivalente de sílica). 
Kirsten, 1982 
RCU, RQD, Jn e Jr do sistema de classificação Q (de Barton), posição relativa 
dos blocos, alteração de fracturas. 
Abdullatif e Cruden, 1983 RMR (Rock Mass Rating). 
Scoble e Muftuoglu, 1984 
Grau de alteração, RCU, Is50, espaçamento de diaclases, espessura (ou 
possança) média da estratificação. 
Hadjigiorgiou e Scoble, 
1988 
Is50, tamanho dos blocos, disposição estrutural, grau de alteração. 
Singh, 1989 
Resistência à tracção, grau de alteração, grau de abrasividade, espaçamento das 
fracturas. 
 
4 
 
O método desenvolvido por Franklin (1971) foi inovador, ao propor uma sistematização do 
conceito de escavabilidade. Tem por base uma classificação do maciço rochoso com base em 
parâmetros obtidos em testemunhos de sondagens, relacionando a resistência da rocha (Is50 -
índice de resistência à carga pontual) com o espaçamento médio entre fracturas. Estes 
parâmetros podem ainda ser correlacionáveis com outras grandezas, o Is50 com a resistência à 
compressão simples e com o número de Schmidt e, o espaçamento médio entre fracturas com 
o RQD. 
Este método, conforme se pode observar na Figura 1, define quatro métodos de desmonte do 
maciço rochoso: 
 Escavação mecânica; 
 Escarificação; 
 Uso de explosivos para desagregação; 
 Desmonte com explosivo. 
Devido à data da sua concepção, a classificação encontra-se um tanto imprecisa, uma vez que 
os equipamentos de escavação e as tecnologias associadas evoluíram consideravelmente, 
tornando possível a expansão das áreas de escavação mecânica e escarificação para as zonas 
de desmonte com recurso a substâncias explosivas. No entanto, mantém-se como uma boa base 
de trabalho relativamente às características resistentes do maciço rochoso (Bastos, 1998). 
Este método apesar da sua aparente simplicidade ainda hoje é o método de eleição de muitos 
projectistas, dado a sua ampla abrangência. 
Por não contemplar todos os parâmetros que, por vezes, são necessários à caracterização dos 
maciços rochosos, o critério de Franklin poderá ser complementado com outros parâmetros tais 
como orientação das fracturas no maciço ou a influência da água subterrânea. 
 
 
Figura 1- Classificação da escavabilidade de maciços rochosos, segundo Franklin et al. 
(adaptado de Franklin et al, 1971, in López Jimeno e Díaz Méndez, 1997) 
5 
 
Convém referir que este, assim como outros critérios de classificação de escavibilidade de 
maciços rochosos, não contemplam alguns dos restantes factores relacionados com o desmonte 
de rocha, e que podem ser limitativos quanto ao método de escavação a utilizar, nomeadamente, 
factores ambientais, económicos, estruturais, etc. (Louro, 2009). 
2.2. Substâncias explosivas na escavação de maciços rochosos 
Entende-se por explosivo, como um composto químico ou mistura de compostos, que, quando 
iniciado por calor, impacto, fricção ou choque, tem capacidade de entrar numa rápida 
decomposição, libertando uma considerável quantidade de calor e gás (Hartman, 1992). 
A indústria dos explosivos viveu mudanças substanciais desde 1985, com muitas técnicas 
tradicionais a tornarem-se obsoletas tendo os explosivos evoluído drasticamente 
(Hartman, 1992). Desde 2000 que a utilização de ANFO e emulsões se tornou prática corrente 
tanto na exploração mineira como obras de construção civil, sendo que o primeiro se encontra 
actualmente em desuso. 
O recurso a fórmulas empíricas e ao trabalho por tentativas é muitas das vezes a única solução 
disponível para projectar adequadamente um desmonte, devido à dificuldade intrínseca do 
problema. 
Os explosivos podem ser classificados como deflagrantes ou detonantes, sendo que os primeiros 
se caracterizam por a detonação se dar por meio de uma combustão dos seus constituintes, que 
se processa a uma velocidade inferior à do som. As pólvoras são um exemplo de um explosivo 
deflagrante. Os explosivos detonantes, dependendo da sua composição, decompõem-se a 
velocidades muito superiores quando comparado com os referidos anteriormente. No decorrer 
da sua decomposição é produzido um volume considerável de gás, a temperatura e pressão 
extremamente elevadas. 
Actualmente os explosivos detonantes são aqueles que são utilizados nas principais obras 
mineiras e geotécnicas. 
2.2.1 Acção de explosivos no seio de rochas 
Muitas teorias têm sido propostas sobre o mecanismo de fragmentação das rochas devido à 
acção das substâncias explosivas. Tal como foi referido anteriormente, segundo Konya e Walter 
(1990), dois mecanismos distintos têm lugar neste processo: em primeiro lugar, uma onda de 
choque, do tipo compressiva, desenvolve-se em torno da carga explosiva; em segundo lugar, 
após a passagem da onda de compressão ao longo da rocha, a pressão do gás no furo submete 
novamente a rocha a tensões de compressão. 
Sendo assim, a detonação das cargas explosivas nos furos, ocorre em duas fases distintas 
(Bernardo, 2009): 
6 
 
 fase dinâmica – o maciço é sujeito a uma perturbação dinâmica violenta, aplicada num 
curto espaço de tempo, que é produzida por uma onda de choque que se desloca a uma 
velocidade que é essencialmente dependente do tipo de rocha, mas também do tipo de 
explosivo. A onda, propagando-se radialmente a partir do furo, é gradualmente atenuada 
com a distância, o que dá lugar a um regime de propagação duma onda de tensão 
compressiva, do tipo sónico; 
 fase quase-estática – é caracterizada pela expansão dos gases resultantes da 
detonação da carga explosiva, originando a aplicação de tensões elevadas, em regime 
quase estacionário. A designação atribuída (quase-estática) deve-se à ordem de 
grandeza dos tempos associados a esta fase, visto que, a propagação das ondas de 
tensão ocorre na ordem de grandeza das dezenas de microsegundos, a pressurização 
dos gases ocorre por vários milisegundos. 
Assim, a fase dinâmica corresponderá à acção das ondas de choque no maciço rochoso, e a 
fase quase-estática é aquela devida ao trabalho mecânico realizado pelos gases provenientes 
da reacção química de decomposição do explosivo, ou seja, corresponde ao deslocamento dos 
blocos do maciço rochoso. 
Há que salientar ainda a contribuição de um outro mecanismo no arranque de rochas com 
explosivos: a rotura por reflexão de ondas em superfícies livres da rocha. Quando as cargas 
explosivas são detonadas nas proximidades dessas superfícies, ocorre um tipo de fracturação 
característico, designado por “escamação periférica”, cuja natureza depende exclusivamente do 
mecanismo dinâmico desencadeado pela onda de choque, não havendo qualquer participação 
da energia contida nos gases da explosão (Dinis da Gama, 2003). 
Logo após a detonação, tem lugar a deformação da zona fragmentada em torno do furo, 
seguindo-se a iniciação e propagação de fracturas radiais por acção da tensão de tracção, na 
direcção tangencial, associada à onda emitida. Quando esta última atinge a superfície de 
separação rocha-ar, passa a transportar tracções na direcção radial, que originam a escamação 
periférica, a qual se vai desenvolvendo até maior ou menor distância para o interior do maciço 
rochoso, simultaneamente com o prolongamento das fracturas radiais previamente formadas. 
Finalmente, os gases da explosão passam a desenvolver o processo de expansão, do qual 
resultam a abertura das fendas radiais, a definição da forma geométrica final da cratera e ainda 
a projecção dos fragmentos de rocha arrancados (Dinis da Gama, 2007). 
Para a propagação de fracturas radiais contribui também a existência de micro-fracturas naturais 
e outras fissuras, sobretudo as causadas pelas operações de perfuração, que precedem o 
arranquecom explosivos (Bernardo, 2004). A sequência dos eventos encontra-se 
esquematizada na Figura 2. 
7 
 
 
Figura 2 - Sequência temporal de eventos verificados numa detonação em rocha situada na vizinhança de 
uma superfície livre (adaptado de Hartman,(1992) por Bernardo (2004)). 
2.2.2. Propriedades essenciais (Energia específica, Velocidade e Pressão de detonação) 
Entende-se por energia específica como energia total libertada por um explosivo, podendo ser 
dividida em duas componentes: a energia da onda de choque (designada por fase dinâmica) e a 
energia dos gases em expansão (designada por fase quase-estática). A componente de choque 
da energia é produzida pela elevada pressão da frente de detonação à medida que esta progride 
ao longo da carga explosiva e embate nas paredes do furo. A sua magnitude é proporcional à 
densidade da carga explosiva e velocidade de detonação. Esta componente é a que primeiro 
contribui para a rotura do maciço. A energia dos gases é a outra componente da energia total 
libertada definindo-se como a energia a alta pressão e temperatura existente após a passagem 
da onda de choque. Esta componente exerce uma forte pressão nas paredes do furo já fracturado 
pela acção da onda de choque, originando o deslocamento do material rochoso. (Bernardo, 2009) 
A velocidade de detonação define-se como a velocidade a que a onda de detonação se 
propaga ao longo da coluna de explosivo e define o ritmo de libertação de energia. Os explosivos 
comerciais têm uma velocidade de detonação entre os 1500 m/s para o ANFO e os 6700 m/s 
para o cordão detonante, sendo que a maioria dos explosivos comerciais têm velocidades entre 
3000 m/s e 5000 m/s. Por norma, quanto maior a velocidade de detonação de um explosivo mais 
adequado será a sua aplicação para fragmentar rochas de maior dureza. (Hartman, 1992). 
Existem vários factores que afectam a velocidade de detonação, sendo de salientar o diâmetro 
da carga, densidade, grau de confinamento, temperatura e iniciação. 
No instante que um explosivo detona, é libertada uma intensa pressão, sob a forma de onda de 
choque, que faz sentir em todos os locais por uma fracção de segundo. A pressão de detonação 
define-se como a máxima pressão teórica existente na zona de reacção, medida no plano 
Chapman-Jouget (plano C-J), plano esse onde a reacção química é completa, assumindo-se 
uma detonação ideal (Bernardo, 2009). A equação que define este parâmetro é: 
8 
 
𝑷𝒅 =
𝝆𝒆 × 𝑽𝒅
𝟐
𝟒
 (2.1) 
Pd : pressão de detonação (kPa). 
𝜌𝑒: massa volúmica da substância explosiva (kg\m
3). 
Vd : velocidade de detonação (m/s). 
2.2.3 Explosivos de desmonte (diferentes tipos e suas aplicações) 
Existem essencialmente 3 classes de explosivos industriais actualmente disponíveis no mercado, 
quando classificados consoante a sua composição química: 
 Gelatinosos: caracterizam-se por ter por base a Nitroglicerina. Têm altas velocidades 
de detonação, densidades e resistência à água. 
 Granulados: consiste numa mistura de nitrato de amónio, com hidrocarbonetos líquidos 
(nomeadamente gasóleo). O principal exemplo deste tipo de explosivos é o ANFO. Estes 
explosivos apresentam uma grande limitação, no que concerne à presença de água, uma 
vez que para uma saturação superior a 10% o explosivo não detona. 
 Emulsões: Consiste numa solução aquosa de nitrato de amónio dispersa numa fase 
exterior ou contínua, gasóleo, por intermédio da acção de agentes emulsionantes. A 
estabilidade da estrutura do tipo água/óleo depende do emulsionante e a sua 
sensibilidade da quantidade de ar ou das microesferas adicionadas para garantir a 
estabilidade adequada. A redução da dimensão destas partículas é importante, pois um 
maior contacto entre o oxidante e o combustível, resulta num aumento do grau e 
eficiência das reacções, obtendo-se maiores velocidades de detonação (Bernardo, 
2009). 
No caso das Emulsões estas têm-se desenvolvido significativamente desde os anos 70, e têm 
tido grande receptibilidade pelo mercado dadas as suas vantagens quando comparadas com os 
restantes tipos de explosivos apresentados anteriormente. Entre as principais vantagens tem-se 
o baixo custo, resistência à água, produtos com densidades entre 0,9 e 1,45 e elevada segurança 
no manuseamento. 
2.2.3.1. Critérios de selecção de explosivos de desmonte 
A selecção do tipo de explosivo é um critério importante para o dimensionamento de um 
desmonte, e consequentemente para os resultados a obter. O processo de selecção do tipo de 
explosivo a utilizar em determinado desmonte, não deve ser visto apenas do ponto de vista 
económico, uma vez que na maioria das situações não conduzem a um resultado global do 
desmonte mais económico. Segundo Hartman (1987) os factores a considerar no processo de 
selecção de um explosivo para o adequar à aplicação em causa, podem ser divididos em seis 
grupos (Tabela 2). 
9 
 
Tabela 2- Principais variáveis influenciando o processo de selecção de um explosivo, 
(Hartman, 1987; citado por Bernardo, 2004) 
Factores Económicos 
- Custo de explosivo; 
- Custo da perfuração; 
- Outros custos (fragmentação secundária, transporte e britagem); 
Características da rocha 
e do maciço rochoso 
- Propriedades geomecânicas da rocha (densidade, velocidade de 
propagação das ondas, resistência à compressão e tracção 
dinâmicas); 
- Grau de fracturação do maciço 
Tipo de explosivo 
- Impedância característica; 
- Pressão de detonação, energia disponível e volume de gases; 
- Sensibilidade e condições de armazenamento; 
Condições Existentes 
- Dimensões da carga (diâmetro e comprimento); 
- Tipo e ponto de iniciação; 
- Atacamento e desacopolamento; 
- Presença de água; 
Resultados Pretendidos 
- Volume de rocha a desmontar; 
- Grau de fragmentação a obter; 
Restrições Ambientais 
- Vibrações do terreno; 
- Onda aérea (ruído); 
-Libertação de poeiras; 
- Projecção de Blocos; 
- Sobrefacturação do maciço remanescente; 
Uma vez que existe uma vasta gama de explosivos disponíveis no mercado, é essencial 
conhecer as suas características de modo a eleger de forma qualitativa e quantitativa, o explosivo 
mais adequado para os objectivos delineados. 
A Tabela 3 apresenta as principais substâncias explosivas presentes no mercado nacional, 
salientando, em termos das suas propriedades, as que mais influenciam a sua aplicação. 
Tabela 3- Comparação entre substâncias explosivas de uso industrial. (Bernardo, 2004) 
Substâncias explosivas Pólvoras Gelatinoso Granulado Emulsões 
Composição base 
Nitrato de 
potássio, Enxofre 
e Carbono 
Nitroglicol ou 
Nitroglicerina 
Nitrato de 
amónio e 
Gasóleo 
(ANFO) 
Soluções aquosa de 
nit. de amónio, óleos 
e emulsionantes 
Resistência à água Má Excelente Má Boa 
Densidade Variável 1,4/1,5 0,75/0,85 0,9/1,25 
Apresentação 
Granel  -   
Encartuchado     
Observações 
Rocha 
Ornamental 
Mais Caros 
Mais 
Baratos 
Mais Recentes 
 
 
10 
 
2.2.4. Diagramas de fogo 
A aplicação de substâncias explosivas é concretizada através de diagramas de fogo, nos quais 
são ajustados os diversos parâmetros relativos ao dimensionamento das cargas explosivas a 
aplicar. Na etapa de definição do diagrama de fogo tem de se ter em atenção os seguintes 
factores: produção requerida por pega, carga máxima admissível por retardo, diâmetro do furo, 
comprimento do furo, número de furos, distância (afastamento) à face livre, espaçamento entre 
furos, atacamento, subfuração, carga específica e consumo específico. 
As relações empíricas para dimensionamento de diagramas de fogo para desmontes em 
bancadas a céu aberto (Figura 3) foram inicialmente propostas por Ash, em 1963 (Tabela 4) e, 
posteriormente, confirmadas na prática em numerosas explorações a céu aberto a nível mundial, 
compreendendo variadas geometrias de escavação, várias alturas de bancada, diversos 
diâmetros de furo, diferentes litologias e distintos tipos de explosivo. Por essarazão, considera-
se que constituem excelentes aproximações iniciais, em relação aos diagramas de fogo 
considerados ideais (Dinis da Gama, 2003; Hustrulid, 1999). 
Tabela 4- Dimensionamento geométrico de diagramas de fogo segundo Ash (modificado por 
Dinis da Gama, 1998) 
Parâmetros Expressão 
Constantes 
empíricas 
Intervalos de 
variação 
Características de 
aplicação 
Afastamento 𝐴 = 𝐾𝑎 ∙ ∅𝑓 𝐾𝑎 25 ≤ 𝐾𝑎 ≤ 40 
Densidades do explosivo e 
do maciço rochoso 
Espaçamento 𝑆 = 𝐾𝑠 ∙ 𝐴 𝐾𝑠 1,25 ≤ 𝐾𝑠 ≤ 5 Simultaneidade do disparo 
Altura da Bancada 𝐻 = 𝐾𝐻 ∙ 𝐴 𝐾𝐻 1,5 ≤ 𝐾𝐻 ≤ 4 Produção (em volume) 
Atacamento 𝑇 = 𝐾𝑡 ∙ 𝐴 𝐾𝑡 0,5 ≤ 𝐾𝑇 ≤ 1 Preocupação Ambiental 
Furação abaixo do piso 𝐺 = 𝐾𝐺 ∙ 𝐺 𝐾𝐺 0,2 ≤ 𝐾𝐺 ≤ 0,5 Correcção de Repés 
 
Figura 3 - Parâmetros de um diagrama de fogo para desmontes em bancadas a céu aberto 
(adaptado de IGM, 1999) 
11 
 
O recurso a fórmulas empíricas é muitas das vezes a única forma de solucionar adequadamente 
o problema do dimensionamento de diagramas de fogo, devido à dificuldade em conhecer certos 
factores, principalmente aqueles que são intrínsecos à geologia do maciço. Sendo, que o 
responsável pela operação de desmonte tem um papel fundamental na recolha criteriosa dos 
dados que permitem a optimização desejada. 
O diâmetro furo a utilizar depende da rocha a ser desmontada, do grau de fragmentação 
pretendido, altura da bancada, e está normalmente condicionado pelo tipo de equipamento 
disponível. Na Tabela 5 estão representados os aspectos a ter em atenção na selecção do 
diâmetro de um furo, e respectivas desvantagens/vantagens para um maior diâmetro. 
Tabela 5 – Critério de Selecção do diâmetro de um furo 
 
Depende dos seguintes factores 
Quanto maior o diâmetro 
Desvantagens Vantagens 
- Características do maciço rochoso; 
- Grau de fragmentação pretendido; 
- Altura da bancada 
- Configuração das Cargas 
- Processo de furação e desmonte 
- Ritmo de produção 
- maior granulometria média dos 
produtos obtidos 
- maior risco de blocos grandes 
- maior risco de projecções 
- maior facilidade à ocorrência 
de fracturas indesejadas 
- maior economia 
- melhor adaptação a bancadas 
de altura média/alta 
2.2.4.1 Atacamento 
Descreve-se de seguida o caso específico do atacamento, dado a sua importância para este 
trabalho. 
Entende-se por atacamento como a porção do furo, acima da carga explosiva, que se encontra 
preenchida por material inerte, de modo a proporcionar um confinamento dos gases resultantes 
da detonação dos explosivos. 
No caso de uma altura de atacamento insuficiente, poderá ocorrer uma libertação prematura dos 
gases para atmosfera, dando origem a uma onda aérea de elevada intensidade, com risco de 
projecções de blocos pelo topo do furo. 
No caso inverso, uma altura de tamponamento sobredimensionada, pode dar origem a uma 
grande quantidade de blocos de dimensão excessiva provenientes do topo da bancada, um fraco 
deslocamento da mesma e um aumento considerável da intensidade das vibrações (Jimeno, 
2003). 
No cálculo da altura de tamponamento, há que considerar o maior ou menor confinamento 
exigido aos gases resultantes da detonação. Este parâmetro é bastante influenciado pela 
qualidade do atacamento, de forma a garantir que os gases realizem trabalho adicional na 
fragmentação. (Bernardo, 2004) 
12 
 
Habitualmente o material utilizado como tamponamento é o pó resultante da furação, devido à 
facilidade de acesso e de carregamento no furo. Apesar da generalizada utilização, apresenta 
alguma ineficiência, uma vez que dado as suas características, oferece pouca resistência à 
acção dos explosivos e é facilmente ejectado pelo topo do furo. 
Alguns autores sugerem que a utilização de um material angular proveniente da britagem, 
garante um tamponamento mais eficiente, essencialmente no que diz respeito à resistência que 
este oferece à pressão exercida pela detonação. 
2.2.4.2. Consumos específicos de carga explosiva 
O consumo específico de explosivo (equação (2.2)), refere-se à quantidade de explosivo 
necessária para fragmentar 1 m3 ou 1 t de rocha, em que H, G, T, A e S se referem aos 
parâmetros para dimensionamento de desmontes em bancadas a céu aberto, propostas por ASH 
(1963) (Tabela 4), ∅𝑓 é o diâmetro do furo (mm), 𝜌𝑒 a massa volúmica da substância explosiva 
(kg/m3), e α o ângulo do furo com a horizontal (Bernardo, 2004). 
q =
(H + G − T)π ∙ ∅f
2 ∙ ρe
4ASH ∙ senα
 (2.2) 
A carga explosiva de um furo depende apenas da densidade relativa do explosivo (assim como 
do comprimento do furo e da sua secção) mas não de qualquer outra propriedade termodinâmica 
capaz de exprimir a energia que nesse furo de aplica. 
O consumo específico de carga explosiva de um desmonte aumenta com: 
 a diminuição do diâmetro dos furos; 
 a diminuição do número de faces livres; 
 o aumento de competência da rocha 
 o aumento do grau de fragmentação requerido; 
 o tempo de retardo inadequado ou a má distribuição da carga no maciço. 
 Em conclusão, os maciços de maior competência, cujo desmonte exige uma malha mais 
apertada, menores diâmetro de furação e aplicação de cargas explosivas mais densas, estão 
associados a consumos específicos mais elevados (Tabela 6). 
Contudo, os consumos específicos mais elevados, para além de proporcionarem uma boa 
fragmentação e deslocamento da rocha, dão lugar a menores problemas de repés (em 
escavações a céu aberto) e podem ajudar a alcançar o ponto óptimo do custo total das operações 
(perfuração, desmonte, carga, transporte e fragmentação/britagem) (Jimeno, 2003). 
13 
 
Tabela 6 - Competências de rocha vs consumo específico de explosivo (Jimeno et al, 2003) 
Tipo de Maciço Consumo específico 
(kg/m3) 
Muito competente e Resistente 0,6 – 1,5 
Resistência média 0,3 – 0,6 
Brando ou muito fracturado 0,1 – 0,3 
2.2.5. Air-deck 
No processo convencional, em que o furo se encontra totalmente preenchido por explosivo e 
com o atacamento, no instante em que uma carga explosiva é detonada no interior de um furo, 
a enorme pressão gerada inicialmente, excede em larga medida a resistência dinâmica da rocha. 
A técnica de air-deck (coluna de ar) tem por base a utilização de um ou mais espaços vazios na 
coluna de explosivo, como um meio para optimizar a fragmentação para um dado comprimento 
de carga (Figura 4). Esta metodologia foi proposta por Melnikov (1979). 
Em consequência a onda de choque começa a propagar-se ao longo da rocha, fragmentando-a 
em partículas de pequenas dimensões ou seja, uma grande parte da energia gerada na 
detonação é desperdiçada na área circundante à carga explosiva (zona de pulverização). 
(Cavadas, 2012). 
 
Figura 4 – Esquema da técnica de air-deck, quando comparado com o método tradicional. 
A utilização da técnica de air-deck permite utilizar de uma forma mais eficiente a energia gerada 
na detonação. 
Esta técnica consiste essencialmente na introdução de um air-deck (coluna de ar) no topo, a 
meio ou no fundo do furo, de modo que aquando da detonação da carga explosiva, ocorram 
reflexões da onda de choque no interior do furo dando origem a ondas de tensão secundárias. 
Este fenómeno aumenta a extensão de propagação das fracturas previamente à expansão dos 
gases. 
14 
 
Com a diminuição da pressão associada à detonação, devido à utilização de air-deck, reduz-se 
a fragmentação excessiva da rocha na zona adjacente ao furo, mas, contudo, continua a ser 
capaz de criar um sistema de fracturas extensas, ao mesmo tempo que os gases resultantes da 
detonação continuam a garantir o deslocamento dos blocos do maciço rochoso. 
 Este processo acrescenta apenas alguns microssegundos ao evento de modo que um 
observador externo não notará nada de diferente acerca da detonação. 
A utilização de um air-deck na interface explosivo-tamponamento permite que os gases 
libertados durante a detonação da carga explosiva possam ocupareste espaço, tendo sido 
possível inferir por vários estudos realizados, que a diminuição de pressão pela utilização de um 
air-deck, não é significativo para o efeito de fragmentação (Figura 5) (Cleeton, 1997). A Figura 5 
contempla a variação de fragmentação em função do volume de air-deck, em que este último 
está representado em percentagem do volume de explosivo mais o volume do air-deck. Ou seja, 
é a quantidade de explosivo que pode ser removido do furo e substituído por ar. 
 
 
Figura 5 - Analise da fragmentação em função da percentagem de volume de air-deck (Cleeton, 1997) 
O gráfico da Figura 5 foi obtido através de um trabalho de investigação desenvolvido na Austrália 
no qual se concluiu que 20 a 30% da carga explosiva presente num furo pode ser substituída por 
ar, antes de se atingir uma deterioração significativa na fragmentação obtida (Cleeton,1997). 
2.2.6. Dispositivos de melhoria de tamponamento 
Existem hoje em dia no mercado vários dispositivos disponíveis que possibilitam uma melhoria 
do desempenho global do desmonte, controlo de projecções e produtividade. O aparecimento 
deste tipo dispositivos está associado à necessidade de optimizar o tamponamento, de modo a 
impedir a saída de gases pela boca do furo, e garantir que estes fluam através da face livre em 
vez de pelo tamponamento. O resultado final é um aumento da energia transmitida ao maciço 
rochoso, sendo expectável uma melhoria na fragmentação e tornando a operação do desmonte 
mais eficiente, devido à diminuição de perdas energéticas. 
15 
 
O plug funciona criando um efeito de bloqueio no furo, fazendo de cunha para o material de 
tamponamento. No instante da detonação dos explosivos o plug é forçado para cima contra o 
tamponamento e fica bloqueado. Os gases e a sua energia são impedidos de escapar pelo topo 
do furo, e em vez disso são contidos no seio do maciço rochoso por mais tempo (na ordem dos 
milissegundos) do que numa detonação sem estes dispositivos. Estes dispositivos também 
aumentam o tempo retenção da energia de detonação em 2 a 4 vezes mais e obviamente, que 
o confinamento dos gases e a sua conservação no seio da rocha, aumenta o nível de 
fragmentação (Figura 6 e Figura 7). 
 
 
 
 
 
Figura 6 – Plugs 
(www.varistem.com). 
Figura 7 – Aplicação do plug. Figura 8 – Esquema do furo com 
plug. 
Um plug como o da Figura 6 (quando devidamente suportado por um atacamento adequado) é 
destruído na fase de libertação de calor, acrescentando assim alguns milissegundos que 
permitem que os gases libertados na detonação se propaguem pelo maciço rochoso. 
Existem vários tipos de plug’s disponíveis no mercado, que tanto podem ser insufláveis, como 
semi-rigidos (Figura 6). A grande maioria destes dispositivos estão focados na diminuição do 
consumo de explosivo, por aplicação da técnica de air-deck, e não na melhoria da qualidade do 
tamponamento. Estes plug’s, ao servirem de suporte ao atacamento, permitindo uma redução 
do consumo de explosivo, mas não uma melhoria da fragmentação obtida. Uma vez que não 
apresentam resistência às condições existentes na fase inicial da detonação, são destruídos em 
milésimos de segundo na primeira onda de pressão. 
Existem outros tipos de plug’s semi-rígidos (usualmente feitos de plástico), mas que não 
conseguem garantir a melhoria de tamponamento assegurado pelos plug’s Varistem, 
funcionando apenas para servir de suporte ao material de atacamento. 
 
Plug 
Explosivo 
Atacamento 
16 
 
2.3. Impactes Ambientais de Desmontes com explosivos 
Nos últimos anos os problemas ambientais têm vindo a tomar uma posição de maior 
preocupação por parte da opinião pública, daí que tenham sido implementadas pelos órgãos 
políticos legislação de conservação da Natureza. 
Entende-se por impacte ambiental “como o conjunto das alterações favoráveis e desfavoráveis 
produzidas em parâmetros ambientais e sociais, num determinado período de tempo e numa 
determinada área, resultantes da realização de um projecto, comparadas com a situação que 
ocorreria, nesse período de tempo e nessa área, se o projecto não viesse a ter lugar” (Decreto 
de lei nº69/2000, de 3 de Maio). 
Na indústria extractiva a céu-aberto, a principal fonte de impactes ambientais provém da 
escavação de maciços rochosos com recurso a explosivos, devido aos efeitos que originam. 
Cabe ao responsável pelo diagrama de fogo, ajustar o explosivo ao ambiente geológico, 
procurando as soluções que melhor se adaptem, optimizando cada aplicação e 
consequentemente, verificando menor impactes ambientais. (Bernardo, 2004) 
Com efeito, qualquer excesso de energia empregue na fase de escavação, é prejudicial, uma 
vez que tem como consequências: (Bernardo, 2004): 
 Ocasionar custos mais altos de equipamentos e materiais; 
 Tornar o maciço menos resistente, mais deformável e mais permeável; 
 Provocar impactes ambientais acrescidos; 
 Obrigar a usar suportes mais resistentes e mais caros; 
De seguida serão apresentados os impactes ambientais mais comuns resultantes de desmontes 
com recurso a explosivos, em explorações a céu aberto. 
2.3.1. Onda aérea 
O uso de explosivos origina a propagação de ondas de choque através da atmosfera, gerando 
um som desagradável (ruído) e vibrações aerotransportadas, vulgarmente conhecidas por onda 
aérea ou sopro. As vibrações aerotransportadas resultam, essencialmente, da vibração da 
superfície do terreno, enquanto o ruído é geralmente gerado pela libertação de gases, uso de 
cordão detonante e/ou pela colisão de blocos projectados entre si e o piso. 
Sendo que as principais medidas a tomar de modo a minimizar este impacte são: 
1. Utilizar um atacamento com dimensão adequada (usualmente 0,7 vezes o afastamento); 
2. Utilizar como material de atacamento, rocha fragmentada em vez do usual pó de furação, ou 
então dispositivos de melhoria de atacamento (plug); 
3. Analisar a face livre de modo a detectar fracturação excessiva da frente de desmonte, e 
carregar com explosivos a primeira fila de furos em conformidade; 
17 
 
4. Detonar quando as condições de vento sejam favoráveis (nomeadamente quando a sua 
direcção seja contrária ao local das estruturas a proteger); 
 5. Utilização de detonadores não eléctricos, em vez do cordão detonante. 
Consoante a intensidade da onda aérea, são vários os efeitos esperados (Tabela 7). 
Tabela 7 – Limites da onda aérea (Bhandari, 1997) 
dB(L) kPa Efeitos 
177 14,00 Quebra de todas as janelas 
170 6,30 Quebra da maioria das janelas 
150 0,63 Quebra de algumas janelas 
140 0,20 Quebra de janelas soltas 
136 0,13 Limite admissível segundo o USBM 
128 0,05 Queixas prováveis 
2.3.2. Poeiras 
No instante após uma detonação gera-se uma grande quantidade de poeiras mas, dado que esta 
situação ocorre normalmente uma vez por turno de trabalhos, faz com que as detonações não 
sejam uma fonte significativa de poeiras, quando comparadas com as restantes operações 
associadas à exploração. Sendo as actividades de carácter contínuo tal como carga, transporte 
e britagem, mais relevantes na emissão de poeiras. A afectação das comunidades envolventes 
à exploração está dependente da sua proximidade às detonações e a localização face aos ventos 
dominantes. 
Deste modo as medidas a tomar para a diminuição de emissão de poeiras em detonações, são: 
 Redução ao mínimo da frequência dos disparos, se possível para uma periodicidade 
semanal; 
 Adiar a detonação até se verificar as condições atmosféricas ideais, particularmente a 
direcção do vento; 
 Evitar usar pó resultante da furação para o tamponamento; 
 Molhar o material fino no exterior do furo, após o tamponamento e imediatamente antes 
da detonação; 
 Molhar as frentes antes da detonação; 
 Evitar utilização de cordão detonante, no sentido de evitar a destruição do 
tamponamento. 
 
18 
 
2.3.3. Projecção de Blocos 
Entende-se como projecção de blocos como o deslocamento devolumes do maciço rochoso, a 
distâncias superiores às previstas e desejáveis, em termos da optimização da operação de carga 
transporte. Esse efeito ocorre devido à rede de fracturação pré-existente e induzida e à energia 
libertada na detonação. Quando ocorre, a projecção de blocos pode constituir um dos impactes 
mais graves resultantes do processo de escavação com explosivos, na medida em que os 
fragmentos lançados podem originar acidentes graves, envolvendo equipamentos ou infra-
estruturas diversas (Bernardo, 2004). 
Sendo que as principais causas de ocorrência de projecção de blocos: 
 Excesso de carga explosiva no furo; 
 Reduzido afastamento à superfície livre; 
 Sequência de temporização incorrecta; 
 Cavidades ou alterações geológicas no maciço rochoso; 
 Desmonte secundário; 
 Uso de cordão detonante na iniciação dos furos; 
 Decapagens usando explosivo. 
Foi proposto por Lundborg (1981) uma expressão baseada em estudos experimentais, para o 
cálculo do alcance máximo dos fragmentos projectados ( 𝐿𝑚á𝑥[𝑚]), (2.3). 
Lmáx = (150q − 30) ∙ ∅f (2.3) 
𝑞- Carga específica; 
∅𝑓- Diâmetro do furo [polegadas]. 
Dado não ser possível eliminar por completo as possibilidades de projecções, as medidas de 
minimização devem ser sobretudo de carácter preventivas. Assim devem ser evitadas as 
situações referidas anteriormente como principais causas de projecção de blocos. 
2.3.4. Vibrações 
Entende-se por vibração como um movimento oscilatório de um material, sólido ou fluido, que foi 
afastado da sua posição de equilíbrio. No âmbito deste estudo, a vibração é tida como uma 
resposta elástica do terreno, constituído por solos e/ou rochas, à passagem de uma onda de 
tensão, com origem directa ou indirecta numa solicitação dinâmica. (Bernardo, 2004) 
Do ponto de vista da geração, após a libertação súbita de qualquer forma de energia no terreno, 
desencadeia-se a propagação radial de ondas volumétricas e superficiais, que perturba pessoas 
e atinge estruturas próximas, com amplitudes de vibração que dependem de vários factores 
(Dinis da Gama, 2003): 
 Quantidade de energia libertada no fenómeno que as ocasionou; 
 Distância entre a origem e o ponto onde se registam os seus efeitos; 
19 
 
 Propriedades transmissoras e dissipadoras dos terrenos envolvidos; 
 Resistência dinâmica das estruturas e dos seus componentes mais frágeis. 
Embora as vibrações possam ter outra origem, que não devida à utilização de substâncias 
explosivas para a escavação de maciços rochosos, tais como o uso de certos equipamentos de 
desmonte mecânico, Holmberg (1982) estima que os fenómenos de rotura de uma rocha 
resistente, por acção dinâmica, requerem velocidades vibratórias da ordem de 700 a 1.000 mm/s 
(Hustrulid, 1982), enquanto que as vibrações provocadas pelos equipamentos quaisquer que 
sejam são geralmente menos relevantes. Contudo, é importante referir que as gamas de 
velocidades vibratórias devidas ao trânsito rodoviário têm, por vezes, a mesma ordem de 
grandeza das que resultam das obras de escavação, para distâncias não superiores à centena 
de metros, de acordo com alguns estudos realizados pelo Centro de Geotecnia do IST (Bernardo, 
2004). 
Sabe-se que, só uma reduzida parcela da energia transmitida aos terrenos é convertida em 
energia útil à fragmentação. Dinis da Gama (1998) estima que apenas cerca de 5 a 15 % da 
energia libertada pelas detonações de substâncias explosivas em rocha, sejam efectivamente 
usados na finalidade do seu emprego, a fragmentação da rocha. Porém, esta parcela, ao ser 
transmitida a grandes distâncias, pode afectar estruturas (Bernardo, 2004). 
De acordo com Sarsby (2000), são vários os factores que contribuem para a diminuição das 
vibrações com a distância: 
 expansão geométrica das ondas no maciço; 
 progressiva separação das três componentes (que provém das diferentes velocidades 
de propagação); 
 presença de descontinuidades nos maciços; 
 o atrito interno dinâmico característico das rochas. 
No entanto, a atenuação das ondas com a distância nem sempre se verifica. Por exemplo, em 
meios estratificados e se a sua geometria o favorecer, as ondas podem concentrar-se ou 
sobrepor-se a outras reflectidas, chegando a medir-se valores maiores da vibração em pontos 
mais afastados (Azevedo & Patrício, 2003). 
Os efeitos das vibrações nas estruturas estão também dependentes do tipo da estrutura e da 
geologia na qual se propagam as vibrações, como se pode ver na Figura 9, através de respostas 
dinâmicas diferenciadas, nas estruturas esboçadas 
20 
 
 
Figura 9- Efeitos das vibrações nas estruturas segundo a distância, a geologia e o tipo da 
estrutura (Bernardo, 2004) 
O controlo e a monitorização dos impactes resultantes de detonações resultam do compromisso 
de duas questões: em primeiro lugar, a quantidade de carga explosiva detonada por volume de 
rocha e, em segundo lugar, tem de ser estabelecido o limite máximo da carga explosiva 
disparada por retardo que não afecte ilegalmente as estruturas vizinhas (Konya e Walter, 1990). 
 
21 
 
2.4. Influência da Fragmentação nas Operações Unitárias Subsequentes ao Desmonte 
Sendo o desmonte de rochas com explosivos a primeira etapa do processo global de 
fragmentação das rochas, é óbvia a sua importância consoante os objectivos pretendidos, tanto 
para obras civis como explorações mineiras. 
O grau de fragmentação do material desmontado interfere na eficiência e no custo das operações 
subsequentes sendo, também, directamente afectado pelo esquema de furação e pela 
quantidade de explosivos consumidos (Dinis da Gama, 1971). 
O consumo energético nas operações de carga, transporte e britagem, dependem directamente 
da qualidade de fragmentação obtida (Sastry & Chandar, 2004; Ryu et al., 2009; Clerici & Mancini 
et al., 1974). Um desmonte que dê origem a um baixo grau de fragmentação, implicará uma 
operação deficiente nas actividades subsequentes que, por sua vez, levará a um maior consumo 
energético e, consequentemente, a mais custos. 
Uma exploração mineira a céu aberto consiste no conjunto de várias operações, que assim 
constituem um ciclo (Figura 10). 
 
Figura 10 – Diagrama das operações unitárias de uma exploração mineira. (Adaptado de Hustrulid, 1999) 
A economia global é uma regra importante, na medida em que qualquer tentativa exagerada de 
minimização de custos numa dada operação (por exemplo o desmonte) se irá reflectir 
negativamente nas operações subsequentes. Deste modo, o esforço tendente à redução do 
custo de escavação deve ser feito considerando todas as operações (custo total) e não apenas 
uma operação (Bernardo, 2004). 
 
22 
 
2.4.1. Desmonte 
Numa operação de furação e desmonte de rocha com explosivos o custo da operação está 
directamente relacionado com o grau de fragmentação que se pretende obter, à medida que o 
grau de fragmentação aumenta o custo unitário também aumenta (Figura 11). 
O aumento do grau de fragmentação pode ser conseguido de duas formas: aumentando a 
quantidade de explosivo ou utilizando um explosivo com mais energia. Para a primeira hipótese, 
o custo associado à furação irá aumentar, uma vez que aumento da quantidade de explosivo 
utilizada só é possível aumentando o diâmetro de furação ou alterando o diagrama de fogo para 
uma malha mais apertada. Assim sendo, será necessário um maior número de furos para 
desmontar o mesmo volume de rocha, ou a execução de furos de maior diâmetro. Para a 
segunda hipótese, o custo de furação mantém-se aumentado apenas o custo com o explosivo, 
uma vez que um explosivo mais enérgico é, teoricamente mais, caro (Hustrulid, 1999). Não 
obstante, que das duas hipóteses apresentadas o custo por tonelada de rocha desmontada 
aumenta. 
 
Figura 11 – Relação entre o custo unitário com perfuração e desmonte com explosivoso com o grau de 
fragmentação. (adaptado de Dinis da Gama, 1993) 
Por norma, um desmontecom um baixo grau de fragmentação torna necessário recorrer à 
fragmentação secundária, também designada por taqueio. Esta operação consiste em 
fragmentar blocos resultantes de uma pega de fogo, com dimensões superiores à capacidade 
do equipamento de carga ou do equipamento de britagem a que se destinam. (Bernardo, 2004) 
A fragmentação secundária pode ser feita recorrendo a um equipamento mecânico, martelo de 
impacto, ou com explosivos, só se justificando a utilização de explosivos, quando a fragmentação 
do bloco não puder ser conseguida recorrendo ao equipamento mecânico 
A execução do taqueio com recurso a explosivos acarreta elevados riscos de projecção de 
blocos, o que leva a que interfira no ciclo produtivo, devido à necessidade de mover os 
equipamentos e pessoas para um local seguro. Esta operação é altamente dispendiosa, dado a 
sua baixa produtividade, devendo ser evitada sempre que possível. 
23 
 
2.4.2. Carga 
A operação de carga dos fragmentos rochosos resultantes do desmonte de rocha com explosivos 
é, em termos de eficiência, dependente da qualidade do desmonte obtido, nomeadamente o grau 
de fragmentação e deslocamento da massa rochosa fragmentada. 
Considerando que a operação de carga é executada recorrendo a uma pá carregadora de rodas, 
o seu rendimento será maior quanto maior for o grau de fragmentação obtido no desmonte, uma 
vez que vai diminuir o tempo necessário para carregar o equipamento de transporte e aumentar 
o volume de material carregado por ciclo, uma vez que consegue encher mais facilmente o balde 
(Hustrulid, 1999). 
Uma fragmentação de material demasiado grosseira, pode reduzir o factor de enchimento da pá, 
fazendo com que seja carregado uma menor quantidade de material por ciclo. Esta diminuição 
do factor de enchimento, implica que no processo de carga do equipamento de transporte, serão 
necessários um maior número de ciclos atingir a capacidade de carga total do equipamento. 
Nas principais explorações em portugal esta operação é executada geralmente recorrendo a uma 
pá carregadora de rodas. 
O factor de enchimento médio de uma pá carregadora de rodas varia em função da qualidade 
do desmonte, nomeadamente o grau de fragmentação (Tabela 8). 
Tabela 8 – Factor de enchimento de uma pá carregadora, consoante a qualidade do desmonte. 
(CAT, 2015) 
Qualidade do 
desmonte 
Factor de 
enchimento 
Bom 80 – 95% 
Médio 75 – 90% 
Mau 60 – 75% 
Ainda que, sendo óbvio que um maior grau de fragmentação aumenta a produtividade do 
equipamento na operação de carga, esta depende também de factores como a forma e 
deslocamento da pilha de escombros, da experiência do operador, penetração do balde, força 
de arranque, tipo de balde, etc. 
Determinando os custos por hora do equipamento, resultará num custo por tonelada inferior, 
permitindo a realização de maior número de ciclos por hora de trabalho. 
 
24 
 
2.4.3 Transporte 
Esta operação é habitualmente executada com recurso a dumper’s. 
Em condições similares da operação de transporte, uma melhoria da fragmentação levará a uma 
melhoria da productividade do equipamento. Esta melhoria deve-se essencialmente à diminuição 
do tempo de ciclo do equipamento de carga, fazendo com que o dumper seja carregado num 
menor espaço de tempo, devido a um menor número de ciclos (pazadas), e a melhoria do factor 
de enchimento da pá, o que levará também a uma diminuição do tempo de ciclo, obtendo-se 
assim um menor custo por tonelada de material transportado. 
2.5.4 Britagem 
Grande parte da energia eléctrica consumida numa exploração mineira a céu aberto, é gasta na 
operação de britagem, sendo significativo o efeito do grau de fragmentação obtido no desmonte 
de rocha, na eficiência e custos desta operação (Eloranta, 1995; Paley & Kojovic, 2001). 
Um aumento do grau de fragmentação do material desmontado permite obter menores custos 
de britagem, devido, não só a uma melhor eficiência da mesma, mas também devido a um menor 
desgaste do equipamento que leva a uma redução de custos a nível de reparação e manutenção. 
A granulometria do material de alimentação do britador, ou seja o material desmontado, afecta a 
produção e eficiência do mesmo, uma vez que uma fragmentação mais grosseira, leva a que o 
material tenha um maior tempo de residência no seio do britador, devido a uma maior relação de 
redução de tamanho que tem de ser obtida. 
Outro efeito associado à utilização de explosivos, tem por base a produção de fracturas internas 
nos fragmentos de rocha, o que faz com que o material seja mais facilmente fragmentado na 
operação de britagem. 
A energia gasta na operação de fragmentação/cominuição varia de 3 formas possíveis (Workman 
& Eloranta, 2003): 
1. Se o calibre do material de alimentação diminuir, aumenta o rendimento do equipamento e 
menos energia é necessária para britar até ao calibre pretendido; 
2. Um aumento das fracturas internas do material de alimentação reduz a quantidade de energia 
necessária para fragmentar esse material; 
3. Um aumento da quantidade de material mais fino, passará directamente pelo britador sem ser 
britado, diminuindo a quantidade de material britado por hora. 
2.5.5. Custos de produção e a sua relação com o grau de fragmentação 
Como se encontra ilustrado na Figura 12, a minimização de custos unitários nos desmontes com 
explosivos consegue-se pela adequada combinação de todas as operações, a partir de um grau 
de fragmentação óptimo (Dinis da Gama, 1993). 
25 
 
Em cada caso concreto, haverá que determinar por pontos, as curvas correspondentes à 
evolução de custos das diferentes operações relacionadas na Figura 12, processo que é difícil 
conseguir na prática. A experiência anterior e a realização de desmontes pode suprir em parte a 
falta de informação relativa à forma dessas curvas, permitindo prever o seu anulamento, 
reconhecer as suas tendências e fazer avaliações qualitativas do grau de fragmentação (Dinis 
da Gama, 1993). 
No entanto, o procedimento ideal consiste em optimizar por aproximações sucessivas o próprio 
desmonte, através de ajustamentos de parâmetros no diagrama de fogo, que levem as curvas a 
aproximarem-se progressivamente do ponto óptimo assinalado na figura. 
Uma vez determinado este ponto óptimo, relativamente ao custo, ele também será compatível 
com a minimização dos impactes ambientais, associados ao uso de substâncias explosivas 
(Figura 12), traduzindo-se, por isso, numa importante meta a atingir por parte dos responsáveis 
pelas obras de escavação. 
A partir do conhecimento do grau de fragmentação óptimo (ou tamanho máximo dos blocos), 
correspondente ao custo total mínimo, deve-se planear o diagrama de fogo de modo que este se 
aproxime o mais possível do critério de optimização do desmonte, ou seja à minimização dos 
custos totais (Figura 12) (Pizarro, 2005). 
Dado a interligação existente entre as várias operações unitárias, é importante que quando se 
procura a minimização de custos, é aconselhável olhar sempre para a economia global, e não 
para uma operação independente. Por exemplo, uma minimização de custos exagerada numa 
dada operação irá se reflectir negativamente em operações subsequentes. 
Ao contrário do que ocorre na maioria das indústrias, em que as soluções mais económicas são 
acompanhadas por maiores impactes ambientais, a minimização de custos nas escavações de 
rocha é compatível com a minimização dos seus impactes ambientais. De facto verifica-se que 
existe uma correlação entre a magnitude dos impactes ambientais e os custos das operações de 
desmonte de rocha com explosivos e que, através da fragmentação, são simultaneamente 
minimizados incentivando a aplicação de tecnologia adequada à solução dos dois problemas 
(Bernardo, 2004). 
 
Figura 12 – Minimização de custos nas várias operações unitárias em função da dimensão dos 
fragmentos e consequentes impactes ambientais (Dinis da Gama & Jimeno, 1993).