Tuneis em Rochas-Carregamento de Explosivos

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Instituto de Ciencias e Tecnologias de Mocambique
Tuneis em Rochas:
Carregamento de Explosivos
Elaborado Por:
Erica Estevão
Suneila Edrisse Mahomed
Tibùrcio Leonardo Uetela
Docente: Joaquim Maulate
Maputo aos 18 de Outubro de 15
Indice
Introdução
N
O presente trabalho temos como objetivo dar a conhecer sobre os túneis em rochas sendo que este é um processo constituído por várias etapas , e que nós iremos centralizar-nos no carregamento de explosivos.
Uma técnica ancestral usada na execução de tuneis consistia em provocar variações de temperatura nas rochas induzindo a quebrarem-se em pedaços. Mais tarde com a invenção dos explosivos, a escavação de túneis experimentou um significativo incremento pois levava menos tempo e possibilitava maior fragmentação das rochas . Existem vários tipos de Túneis: Transporte, Serviços Públicos e Mineração Iremos falar dos Túneis em Rochas e que pelo o mesmo efeito segue vários processos desde a Perfuração até ao Revestimento . Iremos centrar no carregamento das Rochas , mencionando sem exceção os explosivos 
Túneis em Rochas
 O objetivo dos túneis é permitir uma passagem direta através de certos obstáculos, que podem ser elevações, rios, canais, áreas densamente povoadas, etc. 
São elementos de transporte com exceção daqueles usados em mineração. São exemplos os túneis ferroviários, rodoviários, de metrôs, de transporte de fluidos (água). 
Na abertura de Túneis
Os túneis são escavados em tipos de materiais que variam desde a argila mole à rocha dura. O método de construção de túneis depende de fatores como:
Condições do solo,
Condições da água subterrânea, 
O comprimento,
Diâmetro do túnel, 
A profundidade do túnel, 
Logística de apoio à escavação do túnel, 
A utilização e formas finais do túnel,
 Gestão de riscos adequada. 
O betão é utilizado para fornecer suporte a túneis escavados em rochas fracas, estabilizando a rocha ao preencher fendas e buracos. Também cobre a superfície, impedindo a entrada de água. O revestimento com betão é utilizado principalmente para a construção de túneis com uma estrutura mais complexa e uma grande secção transversal. É também amplamente utilizado para a estrutura de proteção de túneis (escudo), principalmente em túneis do metropolitano.
Tipos de Túneis 
Os túneis são divididos em três classes: 
Túneis de mineração; 
Túneis de serviços públicos; 
 Túneis de transporte. 
Além dessas três classes, ainda existem os túneis submersos, que podem servir tanto para transporte, quanto para serviços públicos.
Métodos de escavação
Os métodos de escavação vão desde o desmonte manual ao desmonte mecanizado e também o desmonte com recurso a explosivos, tendo cada o seu domínio de aplicação. 
A escolha da solução para executar o desmonte de um maciço nem sempre é fácil, pois existem domínios na resistência dos maciços em que há a possibilidade de execução através de outras técnicas de desmonte (sobreposição de domínios). Se o maciço rochoso for constituído por rocha dura por exemplo, poderá a escavação ser executada com recurso a tuneladora sem escudo ou com recurso a explosivos.
A escolha do método de desmonte nem sempre é fácil pois os meios mecanizados tem vindo ao longo dos tempos a evoluir tecnologicamente, havendo hoje em dia equipamentos com grande capacidade mecânica e com acessórios de perfuração de grande resistência à abrasão, e que conquistaram terreno que antigamente pertenciam aos explosivos.
Associado a estas vantagens dos meios mecânicos, é de acrescentar os inconvenientes dos explosivos.
As substâncias explosivas produzem efeitos tais como as 
Vibrações;
Ruídos;
Projeções de fragmentos rochosos;
Danos no maciço remanescente; 
má aceitação já interiorizada por parte das populações, principalmente quando usados em ambiente urbano.
As vantagens:
fragmentação da rocha ;
destacamento para uma pilha de escombro criada que pode ser calibrada no cálculo da pega de fogo quanto à sua altura, espalhamento e granulometria de acordo com a capacidade do equipamento de remoção disponível na obra.
Assim, hoje em dia, em face das opções oferecidas pelo mercado, pode-se dizer que a escolha pelo método de escavação é função de:
características do maciço;
da sua capacidade para resistir ao seu desmonte;
das características da rocha;
condicionamentos de cariz ambiental;
custos associados aos métodos de desmonte e custos de transporte;
Drilling and Blasting (perfuração e detonação)
O ciclo inicia com a perfuração, podendo ser a seguinte sequência:
• Perfuração com equipamento hidráulico automatizado (Jumbo) 
• Carregamento do explosivo;
• Ligação dos acessórios (retardadores e o circuito elétrico);
• Pega de fogo (rebentamento);
• Extração de gases e poeiras (Ventilação mecanizada);
• Execução do sustimento provisório;
• Remoção do escombro (carregamento e transporte) (o escombro resultante na pega poderá ser carregado por uma pá carregadora e outros equipamentos
• Execução do sustimento definitivo.
 
 Explosivos
O explosivo é um composto sólido ou liquido ou uma mistura de compostos químicos, constituída por substâncias combustíveis (ricas em carbono) e substâncias comburentes (ricas em oxigénio), que quando são devidamente iniciadas por uma fonte externa de energia térmica ou mecânica entra numa rápida decomposição, e num curto espaço de tempo (reação instantânea) liberta um elevado volume de gases a alta temperatura e pressão (reação explosiva).
A velocidade de detonação é uma propriedade importante aquando da realização do diagrama de fogo e é tanto maior quanto maior for:
• O confinamento da carga;
• Diâmetro da carga;
• A temperatura ambiente;
• A energia de ativação.
Se o explosivo tiver deflagração (detonação lenta), aplica-se no desmonte de maciços rochosos para obtenção de grandes blocos. Os explosivos com elevada velocidade de detonação são aplicados quando se pretende obter uma melhor fragmentação.
Propriedades dos explosivos industriais
A escolha correta de um explosivo para um dado desmonte que se pretende efetuar é feita tendo em conta as suas propriedades.
As propriedades mais importantes de um explosivo são:
• Potência: define a quantidade de energia disponível para executar o desmonte;
• Eficiência do explosivo: está relacionada com os calibres na pilha de escombros;
• Velocidade de detonação: é a velocidade a que se dá a decomposição ao longo do comprimento da carga explosiva em (m/s) e define a rapidez de formação de gases a altas temperaturas.
Os factores que influenciam a velocidade de detonação são:
• Densidade do explosivo;
• Diâmetro dos furos;
• Confinamento;
• Iniciação;
Tipos de Explosivos
Por sua vez, as substâncias explosivas industriais são classificadas em dois grupos conforme a sua velocidade de decomposição:
• Explosivos deflagrantes ou lentos: possuem velocidade de propagação inferior à velocidade do som na rocha, e como tal não originando a onda de choque. A decomposição destes explosivos acontece sob a forma de queima progressivamente acelerada com aumento de temperatura e pressão, em que as partículas queimam na sua superfície expondo cada vez mais superfície livre para ser queimada e tem como única componente de trabalho a libertação de gases.
• Explosivos detonantes ou rápidos: o tipo de decomposição destes explosivos é a detonação, a qual provoca uma onda de choque ou de detonação seguida da libertação de grande quantidade de gases a temperaturas e pressões dinâmicas muito elevadas num curtíssimo espaço de tempo, o que origina a fracturação do maciço e projeção do material rochoso para a pilha de escombros.
Critérios para selecionar o explosivo
O custo do explosivo é um critério muito importante, em que se começa por ir selecionando desde o mais económico para o mais caro, tendo em conta outros aspectos como a potência, modo de acção, etc.
 O diâmetro do explosivo:
alguns explosivos têm um diâmetro mínimo abaixo do qual não é aconselhável a sua aplicação (diâmetro crítico), pois existe a probabilidade de não ocorrer a sua detonação completa. 
 Características do maciço rochoso e da rocha: de acordo com a fracturação do maciço e a dureza da rocha deve-se aplicar explosivos com mais ou menos força explosiva e velocidade de detonação. 
Volume da pega de fogo (volume de material rochoso a desmontar): o consumo de explosivos depende do tamanho da obra. Em grandes obras, o carregamento pode ser feito a granel, o que diminui os custos da mão-de-obra e também tem a vantagem do explosivo aproveitar todo o volume do furo (Energia do explosivo bem aproveitada através de um melhor acoplamento).
Condições atmosféricas: as baixas temperaturas afetam certos explosivos, pois congelam para temperaturas abaixo dos 8ºC; Para altas temperaturas, o manuseamento de explosivos é perigoso. 
Presença de água nos furos: • os explosivos podem ser pouco, razoavelmente ou muito resistentes à água; 
Terrenos reativos: são terrenos que contêm sulfuretos e que podem reagir com os explosivos originando potenciais riscos. 
Problemas ambientais: as principais perturbações que afectam a obra e a sua envolvente são a vibração, a onda aérea e as projeções. 
Fumos e sua toxicidade: Embora em muitos explosivos haja um equilíbrio de oxigénio, é impossível evitar a formação de fumos tóxicos (monóxido de carbono (CO) e nitrato de azoto (NO)).
Condições de segurança que têm de ser observadas: o ponto de equilíbrio não é fácil de atingir, pois estamos na presença do binómio sensibilidade-segurança.
Os explosivos gelatinosos têm grande sensibilidade, pelo que se restarem na pilha de escombros cargas por detonar, pode acontecer um grave acidente para os trabalhadores no momento do carregamento do escombro pela pá carregadora; resistem mal a impactos subsónicos.
Este problema está solucionado se for aplicado um hidrogel ou emulsões, que são insensíveis a golpes, atrito, estímulos subsónicos e também têm grande sensibilidade à iniciação.
 Fornecimento do explosivo à obra: também tem de se ter presente a dinâmica real no abastecimento do explosivo à obra no momento de escolher o tipo de explosivo, em função da localização da obra em relação ao fornecedor dos explosivos. No caso de a obra ter paiol, devem haver cuidados quanto à segurança e tempos de armazenamento.
Processo de execução de Tuneis em Rochas
1- Perfuração
Com a utilização de jumbo hidráulico, é realizada a perfuração da frente de avanço. O número, posição e diâmetro dos furos são determinados no plano de fogo.
2- Carregamento
O tipo de explosivo determinado pelo plano de fogo determinará a forma de execução do carregamento. Dentre os explosivos possíveis para a realização do serviço, podem ser usados os encartuchados (carregado manualmente), bombeados (carregado com bombas injetoras) ou granulado (Anfo - Ammonium Nitrate Fuel Oil - ou "óleo combustível nitrato de amônio", em português).
3- Detonação
O método mais moderno utiliza iniciadores eletrônicos, que dão maior precisão e segurança às detonações. Contudo, na maioria dos casos, essa etapa ainda é iniciada com chama direta no estopim. A queima é feita em um tempo conhecido até o acionamento das espoletas, que iniciam o processo de detonação.
4- Ventilação
Na ausência de um fluxo natural de ventilação dentro dos túneis deve-se manter uma ventilação artificial que garanta a limpeza dos gases produzidos pelas detonações e equipamentos utilizados. O sistema de ventilação é geralmente formado por ventiladores e dutos de ventilação que levam o ar limpo até a frente de serviço, forçando o ar poluído a sair.
5- Abatimento de choco
Com a utilização de equipamentos próprios, os chamados scalers, é realizada a retirada das rochas fraturadas pela detonação, mas que permanecem presas ao teto do túnel. Essa atividade é importantíssima para garantir a segurança dos trabalhadores e dos futuros usuários.
6- Limpeza
A carga do material detonado para caminhões basculantes é feita com a utilização de escavadeiras ou carregadeiras. Estes caminhões transportam o material detonado para um local previamente definido no projeto.
7- Aplicação de chumbadores
Nessa etapa, mais uma vez são realizados furos no maciço (desta vez radiais à seção). Os furos são preenchidos geralmente com resina epóxi de pega-lenta ou pega-rápida. Chumbadores de aço são então inseridos de forma manual ou mecânica. A função desses elementos é contribuir para suportar o maciço, evitando que os blocos cedam, causando instabilidade na escavação.
8- Revestimento
O principal revestimento utilizado para túneis (sejam eles rodoviários, ferroviários de adução, entre outros) é o concreto projetado. A espessura e resistência do concreto a ser aplicado devem ser determinadas pelo projeto, em função da geologia do maciço e da geometria da seção escavada. O revestimento é aplicado com o auxílio de bombas de concreto projetado, podendo ter a aplicação direcionada tanto manualmente quanto por robôs.
Carregamento de Explosivos
É a operação de preparo e colocação de explosivo num furo ou em outro lugar adequado. Antes de colocar a carga explosiva deve se limpar o furo completamente retirando todas as impurezas com auxilio da denominada ” espingarda” . Esta espingarda consta de um tubo metálico de diâmetro inferior ao furo , de comprimento aproximadamente igual à profundidade do furo. Para a realização da limpeza lida-se uma extremidade da espingarda à rede de ar comprimido e sopra-se o furo para limpá-lo integralmente. Após esta operação o explosivo deve ser colocado. Que subdividem-se em dois tipos:
Carregamento Manual;
Carregamento Pneumático.
Carregamento Manual
O carregamento maual só deve ser utilizado em furos verticais ou sub-verticais de diâmetro superior a 50mm e deve ser auxiliado com um atacador de preferência de madeira mais ou menos calibrada, podendo ter a ponta metálica desde que esta seja em cobre ou noutro metal nao susceptível de gerar faíscas ou cargas eletrostáticas perigosas.
Os explosivos utilizados são:
Carregamento Pneumático
Existem métodos e máquinas modernas de carregamento pneumático , aprovados e em largo uso no desmonte de rochas. Estes dividem-se em duas classes:
Carregamento de explosivos em cartuchos;
Carregamento de explosivos a granel;
Carregamento pneumático de explosivos em cartuchos
É feito com auxilio de um dispositivo especial que consta das seguintes partes:
Uma válvula de admissão e redução que mantém a pressão de ar do carregador em 3atm.
Uma válla de pé fecha a admissão de ar da válvula de de admissão e descarrega o ar comprimido no tubo.
Uma culatra
Um tubo de plástico (polietilêno) antiestático
Um ejector.
Carregamento pneumático de explosivos a granel
É feito com o auxílio de dois tipos de carregadores:
Tipo de extrusão a baixa pressão a baixa pressão;
Tipo de sucção a alta pressão.
Sequência do carregamento de explosivos
Escorvamento
É a operação de colocação de um iniciador (espolêta ou similar) numa carga explosiva, a fim de torná-la apta á detonação. Um bom escorvamento deve satisfazer as seguintes condições:
O iniciador deve estar firmemente atado ao explosivo de modo a evitar que durante o carregamente este seja deslocado. Deve estar totalmente mergulhado no explosivo para não haver choque com as paredes do furo no carregamento.
Para dar melhor resultado o iniciador deve estar numa posição mais favorável dentro da carga.
Os fios e cordéis não devem estar sujeitos a elevadas tensões e torsões
O iniciador deve ser a prova de água quando necessário
A escorva deve ter forma e posição que permitam um perfeito carregamento.
Tamponamento
O furo em geral não é totalmente carregado de explosivo, restando uma certa porção final, junto a bôca , sem carga. Esta parte do furo chama-se Tampão. Deve-se preencher o tampão com material inerte(areia ou terra úmida, argila) para proteger
a coluna de explosivo de eventual ignição prematura. O tamponamento pode ser feito com o mesmo atacador da socagem e devem-se tomar cuidados especiais para não se cortar os fios da espolêta, ou danificar o estopim ou cordel. Por isso não convém utilizar materiais de granulometria elevada.
Detonação
Usa-se o cordel detonante, por ser a forma mais segura de detonação. Abrange todo o furo e dá a garantia de uma ignação integral do explosivo.
Exposivos mais utilizados no carregamento: 
Explosivos granulados industriais: composições explosivas, que além de nitrato de amônio e óleo combustível, são constituídas de aditivos, tais como serragem, casca de arroz e alumínio em pó, para correção de densidade, balanço de oxigênio, sensibilidade e potencial energético; também são conhecidos comercialmente como granulados, pulverulentos, derramáveis ou nitrocarbonitratos.
Anfo(Ammonium Nitrate Fuel Oil ou óleo combustível nitrato de amônio): é um explosivo barato pois resulta da adição do nitrato de amónio a uma quantidade óptima de combustível. O combustível mais usado é o gasóleo pois é líquido e a mistura fica mais homogénea. Aplica-se para o desmonte de rochas brandas e como carga de coluna no desmonte normal. Como não contem nitroglicerina, trata-se de um explosivo insensível e seguro. Na presença da humidade a água é o inimigo do ANFO, baixando a sua potência ou mesmo inativando-o.
Explosivos tipo emulsão: são misturas de nitrato de amônio, diluído em água, e óleos combustíveis, obtidas por meio de um agente emulsificante; contém microbolhas dispersas no interior de sua massa, responsáveis por sua sensibilização; normalmente são sensíveis à espoleta, sendo eventualmente necessário o uso de um reforçador para sua iniciação; Têm excelente resistência à água, grande segurança para os trabalhadores e grande poder energético,
Podem ser de dois tipos:
Explosivos tipo emulsão bombeada (carregado com bombas injetoras): são explosivos tipo Emulsão, a granel, bombeados e sensibilizados diretamente no local de emprego, por meio de unidades móveis, de fabricação ou bombeamento; um dos maiores benefícios do sistema de bombeado é a segurança nas operações de transporte e carregamento de fogo, dispensando o uso de paióis nas minas. Dessa maneira, os riscos são minimizados.
Explosivos tipo emulsão encartuchada ( carregados manualmente): são explosivos tipo Emulsão, embalados em cartuchos cilíndricos, normalmente de filme plástico. O custo de perfuração é significativamente baixo , e tambem permite um desmonte mais fragmentado.
Conclusão
 
Contudo, podemos concluir que os túneis são bastante importantes na medida em que facilitam as vias de acesso, especificamente na mineracao, visto que algumas delas são feitas no subterranêo.
 O carregamento de exposivos em túneis deve ser previamente estudado, pois os diversos processos envolvidos têm as suas devidas caracteristicas que se submetidas a ambientes inadequados podem tomar resultados opostos aos desejado. 
Este, é essencial, pois é através duma correcta operação de carregamento, isto é uma boa colocação de explosivos, que resulta posteriormente numa detonação eficaz, fazendo com que o desmonte de rochas seja realizado como pretendido.
Bibliografia
www.trabalhosfeitos.com
www.wikipedia.com
www.scribd.com
www.ebah.co.br
Manual de perfuração de rochas- CURT HERRMANN
Universidade Federal do juiz de fora-Docx