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Faculdade de Ciência e Tecnologia Curso de Engenharia Civil - 1.º Ano (texto provisório) Materiais de Construção I DESMONTES E DEMOLIÇÕES Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 1/146 ÍNDICE CAPITULO I – DESMONTE .................................................................................................... 7 1. Metodologia de estudo de Maciços Rochosos ...................................................................... 8 2. Desmonte .......................................................................................................................... 12 2.1. Desmonte a céu aberto ................................................................................................... 12 2.1.2. Métodos de desmonte a céu aberto .............................................................................. 14 2.1.3. Processos produtivos ................................................................................................... 17 2.2. Desmonte subterrâneo .................................................................................................... 22 2.2.1. Critérios de escavabilidade ............................................................................................ 22 2.2.1.1. Método de Franklin et al ............................................................................................ 24 2.2.1.2. Método de Kirsten .................................................................................................... 25 2.2.2. Métodos de desmonte/escavação ................................................................................. 26 2.3. Desmonte por explosivos ............................................................................................... 30 2.3.1.Condições gerais ........................................................................................................... 30 2.3.1.1.Explosivos, definições ................................................................................................ 32 2.3.1.2. Termos legais ............................................................................................................ 38 2.3.2. Utilização de explosivos no desmonte .......................................................................... 45 2.3.2.1. Danos causados ao maciço ........................................................................................ 47 2.3.3 - Segurança e Manuseamento de Explosivos ................................................................. 50 2.4. Desmonte mecânico ....................................................................................................... 52 CAPITULO II – DEMOLIÇÃO .............................................................................................. 56 1.Motivos das demolições .......................................................................................................... 57 2. A Escolha do Processo de demolição .................................................................................... 59 3. Acções Preparatórias ............................................................................................................. 61 3.1. Avaliação Estrutural ........................................................................................................ 61 3.2. Inspecção do Meio Envolvente ....................................................................................... 62 3.3. Meios e serviços a desactivar ........................................................................................... 63 3.4. Condições de Segurança .................................................................................................. 64 3.4.1. Antes da demolição ...................................................................................................... 65 3.4.2. Durante a demolição .................................................................................................... 66 3.4.3. Após a demolição ......................................................................................................... 66 4. Prescrição Legais ................................................................................................................... 66 5. Tipos de Demolição .............................................................................................................. 67 5.1. Demolição manual .......................................................................................................... 67 5.2. Demolição mecânica ....................................................................................................... 68 5.2.1. Demolição por Tracção ................................................................................................ 68 5.2.2. Demolição por Compressão ......................................................................................... 70 5.2.3. Demolição mecânica por queda de massa metálica suspensa ........................................ 70 5.3. Demolição com Máquinas Hidráulicas ............................................................................ 72 5.4. Demolição de Estruturas com Explosivos ....................................................................... 73 5.4.1. Mecanismo tipo telescópio ........................................................................................... 75 5.4.2. Mecanismo tipo derrube ............................................................................................... 76 5.4.3. Mecanismo tipo implosão............................................................................................. 77 5.4.3. Mecanismo tipo colapso progressivo ............................................................................ 78 6. Resíduos da Construção e Demolição – (RC &D) .................................................................. 79 6.1. Obtenção dos Resíduos RC&D ...................................................................................... 81 6.2. Processos de Recolha, Triagem e Britagem ..................................................................... 82 6.2.1. A demolição / recolha .................................................................................................. 82 Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 2/146 6.2.2. A triagem ..................................................................................................................... 83 6.2.3. A britagem ................................................................................................................... 83 6.3. Valorização dos Agregados ............................................................................................. 84 CONCLUSÃO .......................................................................................................................... 86 BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 88 Anexos ……………………………………………………………………………………….92 Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 3/146 INTRODUÇÃO Optamos por subdividir o trabalho em dois capítulos. Assim sendo no capitulo I vamos tratar o tema de Desmonte e no capitulo II o tema de Demolições. Desmonte Um dos aspectos mais importantes ligados aos estudos de terrenos para fins de engenharia civil é o da respectiva classificação, nomeadamente no que se refere à definição dos parâmetros que melhor caracterizam uma formação do ponto de vista de Geologia de Engenharia. Uma primeira classificação dos materiais geológicos do ponto de vista da Geologia de Engenharia bem como da engenharia civilé em solos e em rochas. Às formações constituídas por solos é atribuída a designação genérica de maciços terrosos, enquanto as que são essencialmente constituídas por material rocha se designam por maciços rochosos (Figura 1). Fig.1 – Exemplo de um maciço rochoso. Quanto às rochas (sobretudo aos maciços rochosos, já que é o comportamento destes e não do material rocha que interessa na generalidade dos problemas do Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 4/146 âmbito da Geologia de Engenharia) não há ainda nenhuma classificação universal, embora existam propostas de vários autores com muitos pontos semelhantes. Uma adequada caracterização geotécnica dos maciços rochosos, habilita os responsáveis a definir os processos de construção mais económicos e mais seguros, e, também, tipologias de suporte provisório e definitivo, evitando-se, assim, gastos desnecessários. Demolições Ao longo dos séculos e no que respeita à indústria da construção, os tipos de materiais empregues, bem como os processos construtivos utilizados, foram-se modificando gradualmente, em face do objectivo que se pretendia alcançar, das contingências económicas do momento e também das disponibilidades tecnológicas existentes no mercado. Em meados deste século não existiam ainda processos de demolição específicos, visto que as necessidades e exigências de então eram consideradas nulas ou de somenos importância, recorrendo-se para o efeito e muito raramente, aos métodos simples existentes. A necessidade de se encontrarem novos métodos de demolição mais rápidos e eficientes, começou a delinear-se entretanto, como complemento indispensável à industria da construção. Esses métodos, tiveram na sua origem três necessidades que podemos considerar básicas: • a substituição parcial de peças componentes das estruturas dos edifícios, tais como lajes, vigas e pilares, para um novo arranjo dos volumes; • o desmantelamento puro e simples de um conjunto determinado de peças estruturais, para a criação de espaços livres, de maiores dimensões, ou diferente disposição; Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 5/146 • a necessidade da demolição completa dos edifícios, com a finalidade de criar um maior desafogo no tecido urbano, ou ainda para permitir a realização de novas obras com características mais actualizadas, ou com outra função especifica de carácter mais permanente. A arte de demolir, conforme se vai avançando no tempo, vai adquirindo um peso cada vez maior, por força de várias circunstâncias, dando origem a um tipo especifico de serviços altamente especializados, que hoje em dia e como foi já referido, dá pelo nome de Indústria da Demolição. À medida que as cidades se desenvolvem e amadurecem física e culturalmente, as construções antigas devem dar lugar a outras mais modernas. Da mesma forma, edifícios de grande valor histórico e patrimonial devem ser mantidos e reparados para evitar a sua irremediável perda. Em razão dessa demanda colectiva e da novidade tecnológica que às vezes representam essas obras, assim como as condições especiais de tempo e de espaço devem realizar-se em tais actividades obras demolitórias; como exemplos representativos encontram-se as demolições de infra-estruturas de grande altura e/ou volume, assim como a sua translação, ou os trabalhos subterrâneos em solos de grande resistência. A remodelação de edifícios ou plantas industriais aparece em todos os lugares e âmbitos do país como forma de proteger o património histórico, assim como de reutilizar de forma lógica instalações úteis para novos fins. Grande parte do parque habitacional Português, fruto da sua idade avançada, encontra-se bastante degradado. Desde o número de estruturas em betão cujo período de vida útil está a chegar ao fim é crescente. Tal facto constitui um Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 6/146 prenúncio de crescimento acentuado da indústria da demolição, a qual deverá necessariamente ser conhecedora de todos os mecanismos necessários para fazer frente aos desafios que o futuro lhe reserva [1]. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 7/146 CAPITULO I – DESMONTE Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 8/146 1. Metodologia de estudo de Maciços Rochosos Qualquer que seja o tipo ou dimensão da obra interessada no estudo de um maciço rochoso, a preocupação geral que sempre deve existir é a de se escolher para cada fase do estudo os métodos que, e cada situação, poderão dar mais informação, com menor custo e em menos tempo. No caso de grandes obras de engenharia, é frequente que as fases de estudo geotécnico correspondam às fases de desenvolvimento do empreendimento, ou seja, de estudo de viabilidade (ou estudo prévio), de anteprojecto, de projecto, de construção e em muitos casos de operação ou de serviço. Estudo de viabilidade – é dominada pelas actividades de reconhecimento que em certos locais de alguns países são bastante facilitadas pela numerosa informação de natureza geológica e até geotécnica existente, relevante para o projecto. O estudo de fotografias aéreas (Figura 2) e de imagens de satélite é da maior importância para a caracterização tectónica da área interessada pelo empreendimento e também para a definição de áreas geomorfologicamente instáveis, quer uma, quer outra, podendo condicionar grandemente a localização de obras ou, até, inviabilizar a sua realização. O reconhecimento geológico de superfície completa as actividades que, no seu conjunto, constituem o reconhecimento. Em áreas de bons afloramentos e bons acessos, essa tarefa é de fácil realização e de baixíssimo custo. Quando tal não acontece, recorre-se à abertura de trincheiras por vezes profundas ou mesmo à remoção de depósitos e solos residuais em grandes áreas, a fim de permitir a observação directa do maciço rochoso e o registo das características geológicas relevantes para o projecto. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 9/146 No caso de maciços rochosos é ainda mais frequente nesta fase recorrer-se a trabalhos expeditos de prospecção geofísica de superfície para ajudar à interpretação global da informação disponível. Fig. 2 – Fotografia aérea. As despesas com as actividades de reconhecimento são apenas uma pequena parte do custo total de qualquer estudo geotécnico, raramente atingindo 10% do seu valor. Contudo, em muitos casos, a quantidade de informação recolhida nesta fase excede significativamente 50% do conhecimento total que se virá a obter do maciço rochoso, após terminarem todas as actividades de estudo geotécnico anteriores à construção. Anteprojecto – Dominada pelas actividades de Prospecção Geotécnica incluindo a realização de ensaios in situ de carácter mais expedito e apoiadas pela realização de alguns ensaios de caracterização em laboratório, nomeadamente sobre tarolos de Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 10/146 sondagem. Porvezes esses trabalhos são realizados simultaneamente em locais ou traçados alternativos até a informação geotécnica ser suficiente por se optar por um deles. Nesta fase. Deve visar-se o zonamento geotécnico do maciço rochoso, isto é, a delimitação de volumes desse maciço cujos parâmetros relevantes (deformabilidade, resistência, permeabilidade, ou até estado de tensão) exibem variação dentro de limites bem definidos e aceitáveis. Na fase de anteprojecto, raramente se recorre à realização de ensaios com carácter mais pontual, de elevado custo e prazo mais dilatado. • Túneis em maciços litologicamente homogéneos: para o estudo do maciço, dispõe-se de um comprimento total de sondagens de rotação distribuídas ao longo do alinhamento do túnel, da ordem de grandeza do comprimento do próprio túnel, podendo este somatório reduzir-se a cerca de metade do comprimento do túnel no caso de obras muito extensas. Fig.4 – Abertura de túnel, maciço litologicamente homogéneo. • Túneis em maciços muito heterogéneos e tectonizados: mesmo sendo o túnel muito extenso, existem exemplos em que o comprimento total das sondagens realizadas excedeu largamente a extensão do túnel. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 11/146 • Maciços rochosos de fundação e barragens de betão: a quantidade dos trabalhos de prospecção geotécnica é, como se sabe, função da complexidade geológica do local e das dimensões da própria obra. Mesmo nos casos de aparente simplicidade geotécnica e de dimensão média, facilmente se dispõe de centenas e até milhares de metros de sondagens, de muitas dezenas a centenas e até milhares de medições de parâmetros geofísicos (resistividades aparentes ou velocidade de propagação de ondas). As sondagens de rotação, no caso de barragens abóbada, pode dizer-se que o seu comprimento total será frequentemente da ordem de 10 vezes o da altura da barragem, podendo atingir valores muito superiores no caso de maciços de fundação geologicamente complicados. A planificação da campanha de trabalhos de prospecção é feita no pressuposto de que é viável uma solução em betão por ser, caso as condições geotécnicas da fundação o permitam, a solução mais adequada. Acontece que, após a realização dos primeiros trabalhos de prospecção e dos primeiros ensaios in situ e em laboratório, por vezes se conclui que não é possível considerar qualquer solução rígida e há que optar por soluções de aterro, para o projecto das quais a informação já existente e em certos aspectos muito superior à necessidade para a sua realização. Projecto – Pode-se melhorar o zonamento geotécnico anteriormente realizado à custa de novos resultados obtidos através da realização de mais trabalhos de prospecção idênticos aos executados na fase anterior (sondagens, galerias, prospecção geofísica, ensaios no interior de sondagens, etc.). O que domina nesta fase, em certos tipos de obra, com destaque para barragens, grandes centrais hidroeléctricas, térmicas ou nucleares e grandes cavidades subterrâneas, é a realização de ensaios mais sofisticados, quer no campo, quer em laboratório que, em virtude do seu custo e duração são necessariamente executados Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 12/146 em pequenas quantidades, nas zonas mais importantes para a estabilidade das obras. Fig.5 – Barragem em construção. 2. Desmonte Na indústria da construção civil previamente à construção existe por vezes a necessidade de “destruir”, nomeadamente edificações ou obstáculos naturais (rochas) que existem em locais onde se pretende efectuar a construção. 2.1. Desmonte a céu aberto A exploração a céu aberto pode ser feita por: • Degraus direitos; • Arranque de pequenas ou grandes massas; Nas explorações a céu aberto a dimensão dos degraus deve garantir a execução das manobras com segurança, obedecendo às seguintes condições: Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 13/146 • A altura dos degraus não deve ultrapassar 15 m, mas na configuração final, antes de se iniciarem os trabalhos de recuperação paisagística, esta não deve ultrapassar os 10 m; • Na base de cada degrau deve existir um patamar, com, pelo menos, 2 m de largura, para permitir, com segurança, a execução dos trabalhos e a circulação dos trabalhadores, não podendo na configuração final esta largura ser inferior a 3 m, tendo em vista os trabalhos de recuperação; • Os trabalhos de arranque num degrau só devem ser retomados depois de retirados os escombros provenientes do arranque anterior, de forma a deixar limpos os pisos que os servem; • Relação entre o porte da máquina de carregamento e a altura da frente não inferior a 1. Sendo a exploração a céu aberto feita, na sua grande maioria, por degraus, é necessário a existência, de acordo com a lei em vigor, de um plano de trabalhos contendo os seguintes elementos: • altura das frentes de desmonte (degraus); • largura das bases dos degraus; • diagramas de fogo, caso existam; • situação das máquinas de desmonte em relação à frente e as condições da sua deslocação; • condições de circulação das máquinas de carregamento, perfuração e transporte; • condições de circulação dos trabalhadores; • configuração da escavação durante os trabalhos e no final dos mesmos, devendo-se ter em conta a estabilidade das frentes e taludes; • e local de deposição de eventuais escombros e terras de cobertura, área e forma a ocupar por estes. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 14/146 2.1.2. Métodos de desmonte a céu aberto Os métodos de desmonte a céu aberto podem ser: • Flanco de encosta; • Corta (abaixo da superfície). O método de desmonte está essencialmente dependente das características da exploração, pelo que o método usado para explorações de rocha ornamental será completamente diferente do usado em explorações de rochas industriais. Fig.6 – Desmonte a céu aberto, pedreira. Assim, dado o facto de as operações inerentes ao método de desmonte dos dois tipos de exploração serem diferentes, optou-se por tratá-los separadamente. Nas explorações de rocha ornamental programa-se o desmonte de blocos primários, blocos esses que são definidos consoante as características do maciço, as produções requeridas, mão-de-obra e equipamentos disponíveis. Entende-se por tempo de desmonte de um bloco primário o tempo necessário à exploração até à retirada completa do estéril e do minério gerado pelo mesmo. A exploração de um bloco primário faz-se em 6 operações fundamentais, as quais se dividem por sua vez em operações secundárias. As operações fundamentais após a limpeza da rocha útil são: Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 15/146 • Furação; • Corte; • Derrube; • Esquartejamento; • Extracção; • Acabamento. A definição de cada uma das operações deve constar no plano de lavra e tem por objectivo o aproveitamento máximo de blocos de dimensão comercial. O desmonte inicia-se com a operação de furação (Figura 3), sendo os furos realizados com o objectivo de definir materialmente a área do bloco primário e a largura das fatias, isto é a dimensão do bloco a desmontar. Após a execução dos referidos furos é introduzido o fio helicoidal diamantado, roçadoraou jacto hidráulico com vista à realização do corte de levante (corte de fundo). Em seguida, para individualização do bloco primário, são realizados os cortes laterais. Uma vez terminada a individualização do bloco primário, procede-se ao corte do bloco em fatias que definem o bloco maior transportável, com a operação de esquartejamento. Após as fatias se encontrarem plenamente individualizadas, são derrubadas sendo os blocos transportados por grua ou através de outro equipamento de transporte se a corta estiver ligada ao exterior por rampa. Se o material exceder em peso a capacidade da grua, as dimensões forem superiores ao arco máximo da monolâmina, ou apresentar irregularidades excessivas, serão esquartejados na pedreira. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 16/146 Fig.7 – Desmonte a céu aberto, pedreira. O derrube de uma fatia é realizado com o auxílio de uma almofada ou macaco hidráulico, que originam o desequilíbrio da fatia até esta cair numa "cama" previamente realizada. A cama tem uma dupla função: amortecer o impacto da queda da fatia derrubada, minimizando a quantidade de fracturas induzidas pelo choque, e ajudar posteriormente a operação de esquartejamento, permitindo a passagem do fio diamantado, sem que seja necessário proceder a nova furação. A cama é normalmente construída com terra, fragmentos de rochas e pneus velhos. Fig.8 - Pormenor da operação de derrube de uma fatia. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 17/146 O esquartejamento é sem dúvida a operação crítica no que diz respeito ao correcto planeamento das operações. Este é bastante influenciado pelas características de fracturação do bloco, operações anteriores e posteriores, e pelo mercado. O desmonte termina com a limpeza da frente retirando-se o estéril para a escombreira com o recurso à pá carregadora, e elevando o minério para o parque de blocos por grua ou dumper. Pelo facto de os blocos apresentarem dimensões e formas muito variadas, torna-se necessário efectuar uma operação de acabamento. Esta operação, realizada pela mono-lâmina, tem por objectivo a correcção total dos blocos transportados, com vista a posterior comercialização ou a serragem. Quer a corta quer a frente em flanco de encosta terão uma inclinação que está limitada pelas características geomecânicas do maciço, sendo esta inclinação função da relação altura/patamar (ver Figura 6). - Inclinação do talude 2.1.3. Processos produtivos Uma jazida mineral lavrada a céu aberto, na área de lavra ocorre o desmonte de rochas, através de perfurações executadas por perfuratrizes pneumáticas, carregamento de explosivos e detonações das mesmas. Todas as operações da mina são totalmente mecanizadas, o transporte da rocha, da área de lavra até ao alimentador vibratório do britador, assim como todo o Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 18/146 transporte externo da produção, é realizado por intermédio de caminhões basculantes “fora de estrada”. Fig.9 -Jazida Fig.10 - Perfuratriz Pneumática Fig. 11- Alimentador Vibratório Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 19/146 Após este processo, a rocha desmontada com tamanhos acima do padrão para a britagem primária são reduzidos utilizando o sistema “Drop Ball”, substituindo assim o uso de explosivos gerando um significativo ganho ambiental. Fig.11 - Drop Ball As rochas em tamanhos adequados são carregadas com escavadoras hidráulicas em caminhões basculantes “fora de estrada” conduzindo a matéria-prima até o alimentador vibratório do britador primário (britador de mandíbulas), iniciando o processo de britagem. Fig.12 - Escavadora Hidráulica a) b) Fig13 - a)-Escavadora Hidráulica carregando Caminhões Basculantes “Fora de Estrada; b) Britador de Mandíbulas Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 20/146 Após a britagem primária, as rochas são conduzidas por correia transportadora para a peneira primária. Esta peneira promove a classificação inicial do material, formando duas pilhas pulmão distintas. Uma de pedra marruada, e outra de limpeza composta de terra e rochas. Ciclo seco - a pedra marruada segue para os britadores secundários (britador cónico). Após a cominação, é transportada por correia para a peneira classificatória secundária, retirando os produtos desejados. Neste equipamento, as britas que apresentam granulometria fora de classificação e não passam pela primeira tela da peneira, são enviadas a um britador cónico, e após a britagem retornam novamente para a peneira secundária para a classificação final. Fig.14 - Correia Transportadora - Ciclo Seco / Correia Transportadora - Ciclo Lavado Fig.15 - Peneira Primária Britador Cónico Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 21/146 Sabendo que o processo de britagem é um dos factores que mais contribuem para a interferência ambiental, tornou-se necessário um acompanhamento mais detalhado do processo prático visando reduzir ao máximo tal interferência. Neste sentido foram testadas diversas alternativas visando diminuir os impactos ambientais e consequentemente melhorar o ambiente de trabalho e qualidade do produto final. Dentre todos os projectos o que mais se adequou foi o sistema de pulverização de água, acoplando bicos aspersores ao longo de toda linha de britagem, mantendo a matéria-prima sempre húmida eliminando quase por completo a poeira emitida pelos britadores e a agressão ao meio ambiente. Ciclo lavado - Já os materiais da pilha de limpeza seguem para uma peneira intermediária, a qual separa a brita da terra. A terra retirada é destinada à pilha de estéril, e a brita segue para britadores secundários e peneira classificatória. A brita na peneira classificatória é lavada através de esguichos contínuos, sendo em seguida classificada. A água, juntamente com os finos são enviados ao tanque com finalidade de decantação, após a decantação a água segue limpa pelo curso do rio e o fino gerado e retirado através de escavadeira hidráulica e colocado para o mercado como "filler". As britas que apresentam granulometria fora de classificação seguem para um britador cónico, retornando para a peneira, tendo em vista a classificação final. Fig.16 – a) Peneira Classificatória lavando a brita através de esguichos contínuos; b) Tanque Decantação Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 22/146 2.2. Desmonte subterrâneo O desmonte subterrâneo em maciços rochosos é uma actividade complexa e com enormes repercussões. Em termos geotécnicos esta actividade é, possivelmente, a que maiores implicações acarretam para a execução de uma obra subterrânea. As vertentes ligadas ao método de escavação, equipamentos utilizados e velocidades de avanço, afectam praticamente todas as operações que se realizam a jusante, nomeadamentea remoção de escombros, o dimensionamento e instalação de suportes (primários e secundários), as actividades acessórias (ventilação, drenagem, iluminação) e, em última análise, as condições globais de segurança. Consoante se pretenda realizar uma obra subterrânea em terrenos brandos ou em maciços rochosos competentes, com desenvolvimento horizontal ou vertical, com grande ou pequena secção, longe ou perto de zonas urbanas, assim se utilizam métodos de escavação e equipamentos significativamente distintos. Os métodos de escavação, nomeadamente o seu faseamento e as velocidades de avanço, estão intimamente ligados aos cálculos dos sistemas e tipos de suporte, existindo também reciprocidade no sentido inverso. 2.2.1. Critérios de escavabilidade Entende-se por escavabilidade de um maciço rochoso, a sua capacidade de resistência à acção proporcionada pelos equipamentos de escavação, tanto os mecânicos como os explosivos. Esta apetência do maciço para ser desagregado, é um factor determinante nas fases de projecto e de execução. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 23/146 Ao longo dos tempos, vários autores têm desenvolvido 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. A escavação dos maciços rochosos depende maioritariamente de duas características principais do maciço: a capacidade de resistência da rocha e as características de fracturação existentes. Tabela 1 - Principais critérios de escavabilidade e parâmetros mecânicos associados CRITÉRIOS DE ESCAVABILIDADE PARÂMETROS Franklin (1971) Is50 (índice de resistência à carga pontual), espaçamento médio entre fracturas, resistência à compressão simples, número de Schmidt, RQD Franklin (1971) Velocidade sísmica, dureza, grau de alteração, e o espaçamento, continuidade, preenchimento e orientação de diaclases Atkinson (1977) Resistência à compressão simples Romana (1981) Resistência à compressão uniaxial, RQD, grau de abrasividade (equivalente de sílica) Kirsten (1982) Resistência à compressão uniaxial, RQD, Jn e Jr do sistema de classificação Q de Barton, posição relativa dos blocos, alteração de diaclases Abdullatif e Cruden (1983) RMR Scoble e Muftuoglu (1984) Grau de alteração, resistência à compressão uniaxial, resistência à carga pontual, espaçamento de diaclases, possança média da estratificação Hadjigiorgiou e Scoble (1988) Resistência à carga pontual, tamanho de blocos, grau de alteração, disposição estrutural relativa Singh (1989) Resistência à tracção, grau de alteração, grau de abrasividade, espaçamento de diaclases Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 24/146 Os parâmetros utilizados pelos diversos autores, tendem a reflectir estas duas características do maciço, incorporando factores como a resistência à compressão uniaxial, resistência à carga pontual, resistência à tracção, número de Schmidt, velocidade das ondas sísmicas, dureza, grau de alteração, grau de abrasividade, espaçamento de diaclases, RQD (Rock Quality Designation), RMR (Rock Mass Rating), parâmetros do sistema de classificação Q de Barton, continuidade, orientação e preenchimento de diaclases, possança média dos estratos, tamanho de blocos, etc. Existem ainda critérios de escavabilidade, desenvolvidos pelos vários fabricantes de equipamentos de escavação que, com base na experiência acumulada e para cada equipamento, identificam os tipos de rocha escaváveis consoante as respectivas velocidades das ondas sísmicas. 2.2.1.1. Método de Franklin et al O método desenvolvido por Franklin e seus colaboradores (1971) classifica o maciço rochoso de acordo com dois parâmetros principais, obtidos sobre testemunhos de sondagem: Is50 (índice de resistência à carga pontual) e 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. Assim, este método determina quatro regiões no gráfico exposto, a que correspondem diferentes métodos de desmonte da rocha, a escavação mecânica, a escarificação, a utilização de explosivos para desagregar e o desmonte com explosivos. Esta classificação, devido à data da sua concepção (1971), possui actualmente algumas imprecisões, porquanto as tecnologias e capacidades dos equipamentos Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 25/146 têm tido uma evolução constante, nomeadamente os modernos equipamentos hidráulicos, bastante potentes, que ampliam as áreas de escavação mecânica e escarificação para o interior das regiões de desmonte com explosivo Fig.17 - Classificação da escavabilidade de maciços rochosos, segundo Franklin et al. (adaptado de Franklin et al, 1971, in López Jimeno e Díaz Méndez [98], 1997). 2.2.1.2. Método de Kirsten Kirsten (1982) propôs um método classificativo para a selecção de métodos de escavação, utilizando um conjunto de parâmetros que integram uma expressão Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 26/146 empírica, da qual resulta um índice de escavabilidade N (López Jimeno e Díaz Méndez [98], 1997). Assim a expressão vem: • N = Ms . (RQD/Jn) . Js . (Jr/Ja) com • Ms ≡ Resistência à compressão simples da rocha (MPa); • RQD ≡ Rock Quality Designation (%); • Jn, Jr ≡ Parâmetros do sistema de classificação Q de Barton; • Js ≡ Disposição relativa dos blocos inclinados segundo a direcção de extracção (Js=1, para material intacto); • Ja ≡ Grau de alteração das diaclases. Segundo o índice N calculado através da expressão anterior, este autor apresentou os intervalos e a respectiva facilidade de arranque: ⇒ 1 < N < 10 . . . . . . . . . . . Facilmente ripável; ⇒ 10 < N < 100 . . . . . . . . . . Ripagem difícil; ⇒ 100 < N < 1000 . . . . . . . . Ripagem muito difícil; ⇒ 1000 < N < 10000 . . . . . . . Ripagem extremamente difícil / explosivos; ⇒ N > 10000 . . . . . . . . . . . Explosivos. 2.2.2. Métodos de desmonte/escavação Os critérios de classificação do maciço rochoso de acordo com a respectiva escavabilidade, destinam-se a avaliar a capacidade da rocha de ser desagregada segundo um método e/ou equipamento. Estes critérios não contemplam os restantes factores que podem limitar o emprego das técnicas seleccionadas, como os factores ambientais, económicos, geográficos, estruturais, de risco, ou mesmo a geometria das cavidades. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 27/146 Os maciços rochosos, como elementos geológicos complexos, só raramente possuem as características de homogeneidade, isotropia e continuidade que lhes são frequentemente atribuídos. Desta forma, poderá não ser suficiente a utilização de um único método ou técnica de desmonte de rocha, para a escavação integral de uma obra subterrânea. A escavabilidade dos maciços, classificada segundo qualquer dos critérios anteriormente expostos, baseia-se na capacidade e potência dos equipamentos existentes à datada elaboração do critério. Desta forma, a antiguidade do sistema classificativo pode tornar obsoleta a respectiva metodologia ao não contemplar as evoluções tecnológicas. Neste contexto, são de realçar as evoluções em termos mecânicos, designadamente dos equipamentos hidráulicos e tuneladoras, que aumentaram significativamente as suas potencialidades e também o desenvolvimento dos recentes tipos de explosivos, como as emulsões, e respectivos métodos de utilização. Fig.18 - a) Frente de uma tuneladora. b) Máquina de escavação hidráulica. Quanto às limitações associadas ao uso de explosivos, estas prendem-se, fundamentalmente, com as condições do meio onde se desenrolam as actividades. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 28/146 Estas condicionantes podem estar relacionadas com a presença de estruturas civis ou com o ambiente natural existente, potencialmente afectados pelas vibrações, ruídos, poeiras e projecção de blocos. Entre as estruturas que podem limitar, ou mesmo inviabilizar, a utilização de explosivos, encontram-se os gasodutos, caminhos de ferro, estradas, pontes, viadutos, aglomerados populacionais, barragens e albufeiras, centrais energéticas, refinarias ou outras instalações industriais, hospitais e estruturas subterrâneas sensíveis como outros túneis, minas, instalações de armazenamento de produtos de risco e instalações militares. Relativamente às situações ambientais, a utilização de explosivos através da facturação que induz ao maciço, pode afectar cursos de água, bem como os aquíferos existentes, rebaixando-os ou ligando diferentes níveis. Estes efeitos podem limitar o uso do solo da região, tanto no que se refere a posteriores construções como as relativas ao uso agrícola, pecuária, fauna e flora (zonas protegidas), etc., além de acarretarem perigos e custos acrescidos para as actividades construtivas futuras. A selecção do tipo de sistema de desmonte a aplicar (mecânico ou com explosivos), deve ter em conta aspectos como a altura do nível freático acima da soleira do túnel, a profundidade de recobrimento, a distância do eixo do túnel às estruturas existentes (construções, rios, etc.), a sensibilidade das estruturas superficiais, bem como os parâmetros mecânicos característicos do maciço a escavar. Relativamente ao zonamento geotécnico do maciço, este possui propósitos essencialmente de estimativa do suporte a utilizar para cada zona não dispensando análises mais detalhadas quando se julgar necessário. Este zonamento deve ainda ser utilizado de forma mais abrangente no que respeita aos métodos de escavação, equipamentos a utilizar, tempos despendidos, entre outros. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 29/146 Os métodos de escavação, tanto por explosivos como mecânicos, podem ser faseados de acordo com as características da obra e do maciço rochoso. Em túneis de grande secção, é geralmente utilizada a técnica de desmonte sucessivo de secções parciais, de forma a minorar a instabilidade das frentes, dos tectos e dos hasteais, bem como reduzir as convergências no túnel. Este método é preferencialmente utilizado em túneis em maciços rochosos muito brandos (ou maciços terrosos), com pequeno recobrimento. A escolha de um método de desmonte de rocha reflecte-se sempre na qualidade da obra e nos custos e prazos inerentes à sua realização. Neste contexto, existem alguns requisitos a ter em conta, nomeadamente o tipo e versatilidade dos equipamentos, podendo estes constituir um factor limitativo para os empreiteiros, em termos de concurso, influenciando directamente o custo da obra. Estabelecimento dos métodos de desmonte da rocha com base nos elementos disponíveis no zonamento e prospecção: • Utilização de explosivos: devem-se estabelecer cenários de utilização com base nos elementos existentes, no que respeita a diagramas de fogo, tipo de explosivo a utilizar, espaçamento entre furos, consumo específico de explosivo e tempos de retardo. Os referidos cenários devem cingir-se à adaptação às diversas litologias e resistências dos maciços rochosos envolvidos, bem como às situações peculiares que se verifiquem em termos das estruturas civis existentes e restrições ambientais. • Utilização de processos mecânicos: os métodos de desagregação mecânica do material rochoso, devido à sua diversidade, devem ser escolhidos essencialmente pela sua adequação, flexibilidade, disponibilidade e alargado campo de utilização, de forma a reduzir o número de equipamentos em obra. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 30/146 Em alguns casos, podem-se utilizar sistemas mistos de explosivos e arranque mecânico. Assim, para a selecção de um método de escavação apropriado, não são suficientes os critérios de escavabilidade e o zonamento geotécnico usual, carecendo a sua escolha de estudos de pormenor que integrem as tecnologias existentes à data e as restrições específicas do meio e da obra, nomeadamente as condições geotécnicas. 2.3. Desmonte por explosivos 2.3.1.Condições gerais Todas as actividades industriais que, de alguma forma, envolvam a utilização de substâncias explosivas, como é o caso particular de minas, pedreiras e certas obras geotécnicas, são objecto de especial atenção por parte das populações, que dificilmente ficam tranquilas sabendo que existem trabalhos, nas suas imediações, fazendo uso dessas substâncias, obrigando a redobrar os cuidados, através de um conjunto de medidas e procedimentos técnicos, para reduzir ao mínimo a possibilidade de ocorrerem acidentes nessas actividades. Fig.19 – Uso de explosivos em desmonte a céu aberto. Acresce a esta circunstância uma outra causa de considerável influência, o medo, dadas as evidentes conotações destas substâncias com propósitos nefastos (como Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 31/146 guerra, terrorismo, etc.). Este receio pode aumentar muito a percepção do risco, levando as pessoas a confundir as noções de falha técnica devida a factores não controláveis (que é aceitável, dentro de determinados limites, em Engenharia) e de acidente, obrigando, por isso, os Engenheiros a trabalhar dentro de gamas excessivamente seguras, morosas e antieconómicas. A mediatização de certos incidentes, alguns bem recentes no nosso País, tem contribuído para aumentar ainda mais este problema. É fundamental reduzir os acidentes em Engenharia, para demonstrar, à custa da ausência prolongada de fatalidades, que o grau de conhecimento e os produtos actualmente disponíveis permitem a execução segura, de obras para as populações. O desmonte de rocha com explosivos motiva, invariavelmente, um conjunto de acções benéficas e um conjunto de acções prejudiciais. Entre as primeiras contam- se como principais, o arranque da rocha do maciço e a sua cominação, facilitando assim a remoção e transporte. Englobados nas acções prejudiciais encontram-se as vibrações induzidas, os ruídos, os gases, as poeiras, a projecção de material (partículas e/ou blocos) e a deterioração do maciço remanescente, traduzido em fenómenos de sobrefracturação e sobreescavação. O desmonte com explosivos em áreas urbanas, reveste-se de grandes dificuldades e exige um apurado domínio por parte dos executantes. Atendendo a possíveis excepçõesque sempre ocorrem nestes projectos, pode-se dizer que os constrangimentos ambientais e técnicos associados à utilização de explosivos, tornam estas técnicas quase proibitivas em zonas habitadas, tanto mais que existem actualmente eficientes métodos de escavação mecânica, bastante versáteis e com provas dadas em todo o mundo. Pelo que atrás foi dito, a utilização dos explosivos pode, e deve, ser alvo de um estudo Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 32/146 preliminar com vista à determinação ou, no mínimo, à detalhada previsão dos objectivos a atingir e das causas resultantes, sustentado pelo conhecimento disponível sobre o meio, e sobre os materiais e técnicas de desmonte a utilizar. 2.3.1.1.Explosivos, definições Substâncias explosivas - compostos químicos ou misturas de produtos químicos que podem produzir efeitos explosivos ou pirotécnicos. Efeitos explosivos - a libertação a grande velocidade de grandes quantidades de energia no ambiente, sob a forma de gases a alta temperatura e pressão elevada, em resultado de uma reacção química na ausência de oxigénio gasoso ou de ar. Pólvoras - misturas de substâncias explosivas que por acção de agente exterior podem deflagrar. Explosivos - substâncias explosivas que por acção de um agente exterior podem detonar. Detonador - cápsula contendo um explosivo capaz de ser iniciado pelo efeito do calor libertado por uma fonte de calor ou uma acção mecânica. Escorva/iniciador - detonador ou conjunto de detonador e reforçador e meio de iniciação, utilizado para provocar uma explosão. Mecha/rastilho - cordão constituído por um núcleo calibrado de pólvora envolvido por um tecido e coberto com camada impermeável. Cordão detonante - cordão com o núcleo de explosivo rápido envolvido por uma camada impermeável. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 33/146 Pega de fogo - conjunto de tiros com uma sequência de rebentamento determinada para funcionar como um conjunto. Esquema de fogo - modo de implantação e ordenamento de uma pega de fogo. Os explosivos podem ser classificados em: ⇒ Lentos ou propulsores - quando a sua velocidade de combustão é inferior a 1000 m/Seg. ⇒ Rápidos - quando a velocidade de combustão é superior a 1000 m/Seg. Mas inferior a 5000 m/Seg. ⇒ Muito rápidos - quando a velocidade de combustão é superior a 5000 m/Seg. Quanto aos efeitos classificam-se em: ⇒ Fracturante - quando devido à velocidade da reacção o seu efeito é de destruição do meio que o envolve, fracturando-o em pequenos blocos ⇒ Deflagrante - quando devido à lentidão da reacção o seu efeito é de rotura pelas fracturas existentes ou tombamento. Quanto à sensibilidade classificam-se em: ⇒ Sensíveis - quando por efeito de choque ou calor moderado o explosivo é activado. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 34/146 ⇒ Pouco sensíveis - quando a iniciação só é possível com a utilização de um detonador Fabrico: A indústria de fabrico de explosivos dispõe de instalações adequadas e quadros técnicos qualificados. Pelas quantidades e altas potências dos produtos produzidas, os fabricantes de explosivos estão obrigados a dispor de áreas significativas para a produção e armazenamento dos seus produtos. As exigências técnicas com os equipamentos de fabrico e de controlo fazem com que os investimentos financeiros sejam bastante significativos. A implementação e manutenção das instalações fabris obrigam a contratar pessoal especializado. Os avanços científico-tecnológicos dos últimos anos permitiram a existência de unidades móveis de fabrico no local de aplicação. Fig.20 – Unidade móvel de fabrico de explosivos. Tabela 2 - Designação comercial dos explosivos produzidos em Portugal. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 35/146 Tipo Composição base Empresas produtoras SPEL EEI SEC Moura, Silva & Filho Gelatinosos Nitroglicol ou Nitroglicerina Gelamonite 33 Gelatina Dynaroc 7 Dynaroc 5 Gelatine Donarit 1 Goma Pulverulentos Nitrato de amónio sensibilizado Amonite Granulados Nitrato de amónio e gasóleo Amonóleo Amonitral Amonitro Austinite Amonix Emulsões Solução aquosa de Nitrato de amónio, óleos e emulsionantes Spelite 85 Spelan 85 Sigmagel 605 Sigmagel 6 Emulex Austimix Jemulit Detonadores: Os detonadores, conforme o modo de iniciação, dividem-se em: Pirotécnicos - iniciados por uma chama conduzida através de um rastilho Eléctricos - iniciados por uma corrente eléctrica. Consoante o tempo decorrido entre a iniciação e o rebentamento, dividem-se em: ⇒ Instantâneos ⇒ Retardados - com intervalo de 0,5 Seg ⇒ Micro-retardados - com intervalo de 20 ou 30 milisegundos Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 36/146 Em função do uso os detonadores classificam-se em: Cápsula de alumínio - usados nos casos gerais Cápsula de cobre - usados em ambientes inflamáveis Sísmicos - com tempo de reacção inferior a um milisegundo Para trabalhos a grandes pressões de água - são herméticos até 100 Kg/cm2 Conforme a intensidade de corrente necessária para iniciar um detonador, estes classificam-se em: ⇒ Sensíveis - intensidade de corrente de segurança 0,18 Amp. ⇒ Insensíveis - intensidade de corrente de segurança 0,45 Amp. ⇒ Muito insensíveis - intensidade de corrente de segurança 3 Amp. ⇒ Altamente insensíveis - intensidade de corrente de segurança 4 Amp. A identificação dos tipos de detonadores eléctricos em função da sensibilidade é feita pela cor dos fios, conforme os quadros seguintes: Tabela 3 - Detonadores eléctricos sensíveis Tipo de detonador Intervalo n.º de intervalos Cor Instantâneo 0 -- Vermelho-branco Retardo 500 ms 500 1..12 Vermelho-azul Micro-retardo 30 ms 30 1..18 Vermelho-amarelo Micro-retardo 20 ms 20 1..15 Vermelho- vermelho Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 37/146 Tabela 4 - Detonadores eléctricos insensíveis Tipo de detonador Intervalo n.º de intervalos Cor Instantâneo 0 -- Rosa-branco Retardo 500 ms 500 1..12 Rosa-azul Micro-retardo 30 ms 30 1..18 Rosa-amarelo Micro-retardo 20 ms 20 1..15 Rosa-rosa Tabela 5 - Detonadores eléctricos Muito insensíveis Tipo de detonador Intervalo n.º de intervalos Cor Instantâneo 0 -- Cinzento-branco Retardo 500 ms 500 1..12 Cinzento-azul Micro-retardo 30 ms 30 1..18 Cinzento-amarelo Micro-retardo 20 ms 20 1..15 Cinzento-cinzento Tabela 6 - Detonadores eléctricos Altamente insensíveis Tipo de detonador Intervalo n.º de intervalos Cor Instantâneo 0 -- Verde-branco Retardo 500 ms 500 1..12 Verde-azul Micro-retardo 30 ms 30 1..18 Verde-amarelo Micro-retardo 20 ms 20 1..15 Verde-verde Sistema nonel - iniciado por onda de choque originada por um detonador eléctrico ou pirotécnico. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 38/146 O sistemanonel, não tendo qualquer circuito eléctrico, tem a vantagem de não ser sensível a qualquer tipo de corrente eléctrica, sobretudo a correntes induzidas ou à electricidade estática. A carga de explosivo que transporta a onda de choque é muito reduzida não provocando qualquer efeito no exterior. A iniciação pode ser feita com detonador eléctrico ou pirotécnico. 2.3.1.2. Termos legais Licenciamento: O Estado intervém no sector através dos ministérios da Administração Interna, Economia, Ambiente e Agricultura.O Ministério da Administração Interna, através do Departamento de Armas e Explosivos (DEPAEX) é a principal entidade na apreciação do processo de licenciamento de instalações de fabrico e na concessão de licenças para aplicação de explosivos. Os Ministérios da Economia e do Ambiente são envolvidos através das Delegações Regionais. As Câmaras Municipais intervêm no processo no que diz respeito à autorização para a localização das instalações de fabrico e das explorações onde são aplicados explosivos. O controlo dos riscos inerentes ao fabrico e aplicação de explosivos é exercido por parte do Estado pelo Ministério da Administração Interna (através do DEPAEX e da PSP), no que se relaciona com a Segurança Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 39/146 Pública, e pelo Ministério do Ambiente, em matéria de análise dos riscos de acidentes graves em determinadas actividades industriais. O Ministério da Agricultura é envolvido em matéria de localização caso haja lugar a alterações das áreas de reserva agrícola ou florestal. O Ministério da Economia intervém ainda ao nível do transporte de produtos explosivos, através da Direcção Geral dos Transportes Terrestres (DGTT) e ao nível da avaliação da conformidade dos produtos, na especificação e desenvolvimento de normas e na acreditação de laboratórios de ensaios acreditados, através do Instituto Português da Qualidade (IPQ). Há ainda a referir a participação do Estado ao nível da higiene e segurança do trabalho e ao nível das acções executadas pelos Bombeiros e Protecção Civil na avaliação dos riscos ou em intervenções de catástrofe decorrente de acidentes. Documentos legais: Em matéria de regulamentação legal foi publicado em 17 de Maio de 2002 o novo Regulamento de Segurança dos Estabelecimentos de Fabrico e de Armazenagem de Produtos Explosivos, com alteração ao art. 3, sobre a caducidade dos alvarás e licenças de fabrico e armazenagem de produtos explosivos, pelo Decreto-Lei n.º 139/2003 de 2 de Julho. Em 2002 foi ainda publicado o Decreto-Lei n.º 136/2002, relativo a constituição e competências da Comissão de Explosivos. O art. 3.º do Decreto-Lei n.º 139/2003 e o art. 12.º do Regulamento, aprovado pelo Decreto-Lei n.º 139/2002, sobre a zona de segurança, têm suscitado a apreensão das empresas de fabrico e armazenagem pelas dificuldades em ajustarem- se às novas exigências, até 17 de Maio de 2005, prazo fixado pelo Decreto-Lei n.º 139/2003. Este facto faz com que o governo, numa tentativa de evitar o colapso das empresas, tenha em preparação um projecto de Decreto-Lei para introduzir brevemente alterações ao Decreto-Lei n.º 139/2002. Depois da AP3E ter dirigido ao Ministério da Administração Interna os comentários à proposta de Decreto-Lei, Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 40/146 o Conselho de Ministros aprovou, em 5 de Maio de 2005: o Decreto-Lei (em vigor no dia 17 de Maio de 2005) que define o regime aplicável por força da caducidade de alvarás e licenças dos estabelecimentos de fabrico e de armazenagem de produtos explosivos. Com este diploma pretende-se, em definitivo, levar as empresas de fabrico e de armazenagem a ajustarem-se às novas necessidades de salvaguardar a segurança dos que aí laboram e de todas as pessoas e bens que se encontram na sua envolvência geográfica. Recusando a reedição da política de moratórias levada a cabo pelo ante- rior Governo, este diploma deixa operar a caducidade dos alvarás e das licenças, que já havia sido estipulada pelo Decreto-Lei n.º 139/2002, e cria um mecanismo que não leve ao colapso das empresas e pessoas titulares, permitindo a manutenção provisória da laboração até à renovação do licenciamento, em condições que refor- çam os poderes da autoridade fiscalizadora e as colocam perante a opção inadiável de inovar em matéria de segurança. Do mesmo modo, institui-se a obrigatoriedade de apresentação de um plano de segurança e a existência de uma estrutura técnica responsável e aperfeiçoam-se alguns mecanismos, nomeadamente quanto ao controlo efectivo da guarda e armazenamento de produtos explosivos, detonadores e substâncias perigosas. À Comissão de Explosivos, empossada em Janeiro de 2003, compete apreciar os pedidos de dispensa de alguns requisitos sobre a zona de segurança, estabelecidos por lei, e a emissão de instruções técnicas complementares em matéria de segurança. Os regulamentos sobre o Licenciamento dos Estabelecimentos de Fabrico e de Armazenagem de Produtos Explosivos, sobre o Fabrico, Armazenagem, Comércio e Emprego de Produtos Explosivos, e sobre a Fiscalização de Produtos Explosivos encontram-se publicados no Decreto-Lei n.º 376/84 de 30 de Novembro. O Decreto-Lei n.º 265/94 transpôs para a ordem jurídica interna a Directiva n.º Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 41/146 93/15/CEE, do Conselho, de 5 de Abril, relativa à harmonização das legislações dos Estados membros respeitantes à colocação no mercado e ao controlo dos explosivos para utilização civil. Este Decreto-Lei foi recentemente revisto pela Comissão de Explosivos, que apresentou uma proposta de republicação, tendo em conta as falhas e as omissões relativamente ao texto da Directiva. Este Decreto-Lei obriga os explosivos a satisfazer os requisitos essenciais de segurança, o que obriga aos procedimentos de certificação de conformidade. Os procedimentos de certificação de conformidade exigem que sejam realizados ensaios em laboratórios acreditados e que haja normas de ensaio, que permitam a marcação CE de conformidade. Transporte: O transporte de produtos explosivos encontra-se definido pelo Regulamento de Transporte de Mercadorias Perigosas por Estrada (RPE) publicado no Decreto-Lei n.º 267-A/2003 de 27 de Outubro, que estabelece a obrigatoriedade das escoltas para os produtos explosivos. Tabela 7 – Transporte de explosivos, carga/descarga. A carga e descarga dos explosivos deve ser feita com cuidado. A saída do paiol, transporte, distribuição e devolução dos produtos explosivos não utilizados deverão ser efectuados por pessoas especialmente instruídas para o efeito e devidamente autorizados pelo director técnico ou encarregado dos trabalhos. O transporte de explosivos entre o paiol e o local de utilização ou de preparação das cargas deve ser feito em paióis móveis ou paiolins móveis, conforme a quantidade a transportar. Para pequenas quantidades devem usar-se paiolins de madeira ou sacos de lona, couro maleável ou qualquer outro material resistente e impermeável, com capacidade inferior a 10Kg, não devendo a distância de transporte ser superior a 5 Km. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 42/146 Na construção das caixas e sacos será vedada a aplicação de qualquer material que possa produzir faísca.As caixas e sacos deverão estar munidos de fechos seguros e correias de suspensão. Os detonadores e os explosivos não devem ser transportados na mesma viatura. Para pequenas quantidades devem ser transportados em caixas separadas, devendo os detonadores ser transportados na cabina da viatura. Os explosivos e as pólvoras devem ser transportadas em paiolins separados. As cápsulas detonadoras deverão ser transportadas em caixas ou estojos próprios. Os explosivos devem ser transportados nas embalagens de origem até ao local de utilização salvo para quantidades inferiores ao peso da embalagem. O escorvamento dos cartuchos deve ser feito no local de utilização. Havendo local próprio para a preparação das escorvas, estas devem ser transportadas em separado dos restantes explosivos. O local de preparação das escorvas deve ter iluminação natural ou, se isso não for possível, iluminação eléctrica. Não será permitido o uso de iluminação de chama nua quando da preparação das escorvas. Nos casos em que os produtos explosivos sejam transportados por locomotivas trolley deverão ser elaboradas prescrições especiais para o efeito, a aprovar pela Delegação Regional da Economia da área ou pela PSP. Aplicação de explosivos: A aplicação de substâncias explosivas encontra-se definida pelo Decreto-Lei n.º 376/84, de 30 de Novembro, e pelo Decreto-Lei n.º 139/2002, de 17 de Maio. A formação dos operadores de fogo, num contexto da padronização e equivalência dos cursos ao nível europeu, vem sendo acompanhada pela AP3E, que integra a European Federation of Explosives Engineers (EFEE), que institui o Certificado Europeu de Operador de Fogo. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 43/146 No passado, a escavação de rochas recorrendo a explosivos era considerada como uma arte, nascida a partir da experiência e perícia dos operadores. Este empirismo, por si só, não se compadece com as exigências actuais. Progressivamente, esta técnica tem-se apoiado em procedimentos científicos, nomeadamente nos conceitos da Dinâmica das Rochas, que têm permitido conhecer melhor a acção dos explosivos nos maciços rochosos, em função dos seus mecanismos de rotura e propriedades geomecânicas. Fig.21 – Preparação para desmonte de maciço por explosivos. Fig.22 – Desmonte de maciços por explosivos. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 44/146 Impactes ambientais resultantes do uso de explosivos civis: Julga-se que apenas cerca de 5 a 15 % da energia libertada pelas detonações, de explosivos em rocha, são efectivamente usados a fragmentar a rocha, finalidade do seu emprego. Tal significa que a maior parcela da energia contida nos explosivos é transferida ao ambiente circundante sob a forma de efeitos colaterais, susceptíveis de causar impactes significativos. Desses efeitos, destacam-se cinco: vibrações transmitidas aos terrenos e estruturas adjacentes, onda aérea (ondas de choque que se propagam através da atmosfera, vulgarmente conhecidas por ruído), projecção de blocos de rocha, criação de poeiras e sobrefracturação do maciço rochoso remanescente, com a possibilidade de criar instabilidades futuras em terrenos contíguos. Os impactes ambientais resultantes do uso de explosivos civis, designadamente na escavação de maciços rochosos, face aos requisitos de protecção ambiental, cada vez mais restritivos, obrigaram as entidades envolvidas a abandonar as práticas empíricas e a fundamentar as suas opções (de dimensionamento e de aplicação) em procedimentos cientificamente justificáveis. Assim, projectistas e executantes têm melhorado gradualmente a qualidade das suas actividades, objectivando a minimização de danos em estruturas localizadas nas proximidades e reduzindo os níveis de incomodidade causados nas populações circundantes aos locais afectados pelas obras de escavação. Há a necessidade de avaliar a legitimidade de protestos, relativos a danos estruturais ou a incomodidade, quando ocorrem, através da aplicação de critérios técnicos de análise dos danos, o que, ao nível das empresas executantes, pode ser realizado por meio de auditorias especializadas, para as quais a Ordem dos Engenheiros pode contribuir através das suas carteiras de peritos. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 45/146 Fig.23 – Impacte ambiental resultante do uso de explosivos. 2.3.2. Utilização de explosivos no desmonte As técnicas de utilização de explosivos têm sido estudadas por numerosos autores, existindo actualmente diversos métodos de aplicação destes produtos. Os diagramas de fogo dependem, para a sua eficiência, de diferentes variáveis que incluem o número e orientação dos furos, tipos e quantidade de explosivos, número e sequência de retardos, etc. O processo de desmonte com explosivos inicia-se na actividade de perfuração da frente, que tem a finalidade de abrir os furos onde irão ser introduzidos os explosivos. Esta operação de perfuração, em subterrâneo, pode ser realizada por equipamentos hidráulicos automatizados (Jumbos), geralmente com múltiplos braços perfuradores ou manualmente, em casos excepcionais (pequeno espaço de operação ou poucos furos). Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 46/146 Fig.24 - Jumbo hidráulico de três braços para perfuração em subterrâneo. Num diagrama de fogo usual a sequência de rebentamento segue a seguinte ordem: caldeira, alargamento, soleira (sapateira) e contorno. Como é natural, utilizam-se maiores cargas nas zonas de mais difícil arranque, nomeadamente a caldeira onde existe maior confinamento e a soleira, onde se verifica maior influência da gravidade. A ordem de disparo referida pode ser alterada mediante os objectivos a atingir, existindo diagramas de fogo onde os primeiros furos a detonar são os de contorno. Esta técnica, denominada de pré-corte, tende a minorar os efeitos nefastos para o maciço, criando uma superfície de descontinuidade por onde não se transmitem as vibrações provenientes das outras sequências de disparo. O princípio que rege a aplicação de explosivos em subterrâneo, onde existe geralmente apenas uma face livre, é a sucessiva criação de vazios para onde a rocha possa ser desmontada. Para a obtenção deste efeito existem várias técnicas de disposição dos furos em retardos, das quais se apresentam três exemplos na Figura 9, com a sequência de retardos numerada. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 47/146 2.3.2.1. Danos causados ao maciço A utilização de explosivos tem a finalidade de fracturar a rocha e provocar o seu movimento em relação à face livre, de forma a promover a extracção (ou arranque). O maciço rochoso é, desta forma, desagregado pela energia do explosivo, resultando um conjunto de blocos (escombro), que é posteriormente removido. Nesta acção dos explosivos, existem inevitáveis efeitos secundários sobre o maciço remanescente, provocados pela energia libertada. Estes danos, na sua vertente nefasta, são traduzidos por fenómenos de sobreescavação e sobrefracturação, com o consequente aumento da permeabilidade do maciço. A sobreescavação é o efeito do arranque de rocha fora dos limites definidos para a abertura do túnel. Esta consequênciaacarreta elevados prejuízos económicos, uma vez que motiva a existência de mais escombros (maiores custos na remoção), implica maior quantidade de materiais de enchimento (maiores custos em betão) e acarreta a utilização de suportes mais competentes devido ao aumento do vão nos tectos e hasteais. Relativamente à sobrefracturação induzida à rocha que circunda a abertura (Figura 10), trata-se de um aspecto que ocasiona igualmente vários transtornos económicos e operacionais, originando maior afluência de água ao túnel (maior dispêndio em bombagem) e uma acentuada deterioração do maciço (maiores custos com o sustimento). Em termos de segurança, este efeito é igualmente nefasto porquanto aumenta o perigo de queda de blocos, reduzindo também o factor de segurança e o tempo de auto-sustentação do maciço. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 48/146 Segundo Dinis da Gama [43] (1998), as principais variáveis que determinam o dano ao maciço encontram-se representadas na expressão proposta por Johnson[86] (1971): v = a Qb Dc Onde: ⇒ v ≡ velocidade de pico crítica de partícula [mm/s] ; ⇒ Q ≡ quantidade de explosivo por retardo [kg] ; ⇒ D ≡ distância entre a detonação e o local em estudo [m] ; ⇒ a, b, c ≡ constantes que dependem das características da rocha, tipo de explosivo e técnica de desmonte. Os valores da velocidade de pico crítica v são correlacionados com a tensão dinâmica transmitida à rocha (σ), a massa específica da rocha (ρ) e a velocidade de propagação das ondas no meio (u), através da expressão: σ = ρ u v Conjugando as expressões acima apresentadas, é possível obter uma previsão da dimensão do dano (Dd) numa detonação subterrânea (Dinis da Gama[43], 1998): Dd = [(σt)/(ρ u a Qb)](1/c) Em que σt representa a resistência à tracção dinâmica da rocha. Este método, desde que baseado em dados precisos relativos à rocha e aos explosivos, pode ser um elemento de grande importância na definição de planos de fogo equilibrados, bem como na previsão da zona afectada por uma detonação. Para se dimensionar o dano admissível provocado à rocha, para que o conjunto de Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 49/146 detonações não ultrapassem um determinado perímetro aceite, devem-se estudar as consequências daquelas em todos os furos, para que a sobreposição dos seus efeitos se limite à zona referida. A técnica de pré-corte pode reduzir estes efeitos, criando uma superfície de descontinuidade que obsta à transmissão das vibrações provenientes das restantes sequências de disparo da pega de fogo. Os diferentes tipos de explosivos são também uma variável importante na dimensão do dano ao maciço, possuindo diversos graus de influência. Uma experiência realizada com quatro tipos de explosivo, carregados em furos com os diâmetros assinalados, tendo-se obtido distintos diâmetros de fracturação da rocha (Finnrock Ab[56], s.d.). Fig.25 - Magnitude na zona fracturada para diferentes tipos de explosivos (adaptado de Finnrock Ab, s.d.). Em síntese, o mau dimensionamento ou o deficiente estudo das implicações dos planos de fogo a utilizar nos desmontes subterrâneos, podem motivar perdas significativas em termos de segurança e de custos, geralmente recaindo as suas consequências sobre o Dono de Obra. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 50/146 2.3.3 - Segurança e Manuseamento de Explosivos O manuseamento de explosivos para fins industriais acarreta perigos óbvios, uma vez que se tratam de produtos de risco, não tanto devido à sua instabilidade mas à gravidade das consequências que resultam da sua má utilização. Explosões prematuras, explosões retardadas, tiros falhados e restos de tiros com explosivos, bem como as acções tóxicas ou asfixiantes dos gases das explosões, manuseamento das cápsulas detonadoras e fenómenos relacionados com os disparos eléctricos. A manipulação de explosivos, desde o seu transporte e armazenamento até à sua correcta aplicação tem de observar rígidas normas de conduta por parte dos respectivos operadores, só possíveis em pessoas idóneas e de competência comprovada, formadas especificamente para o efeito, e perante um apertado sistema de controlo. Actualmente, o escorvamento dos explosivos é maioritariamente eléctrico, tendo-se vindo a abandonar o escorvamento pirotécnico. Este facto constitui um acréscimo acentuado de segurança, porquanto permite a interrupção da pega de fogo a qualquer momento, reduzindo igualmente o tempo de espera de acesso à frente no caso de uma detonação falhada. O escorvamento eléctrico possui, contudo, a desvantagem de poder ser accionado por correntes eléctricas não controladas, tanto de origem humana (cabos de electricidade, telemóveis, etc.) como correntes naturais existentes (electricidade estática). Assim, existem actualmente escorvamentos do tipo NONEL (non electric detonating cord), não eléctricos, que são compostos por cordões semelhantes a cordões detonantes, mais seguros e menos ruidosos. A utilização deste sistema é recomendada actualmente em alguns países. Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 51/146 As principais regras e cuidados a ter no armazenamento, transporte e emprego de explosivos em obra são: • Armazenamento em local apropriado, isolado (de populações, fontes combustíveis ou eléctricas) e guardado, acondicionando devidamente os explosivos longe de fontes de calor e de frio, de fogo, de energia eléctrica e de água ou humidade; • Armazenamento em locais diferentes e distantes, entre si, dos explosivos, dos iniciadores (detonadores) e dos explosores (disparadores); • Transporte de explosivos devidamente acondicionados, em veículo apropriado e sinalizado, e longe de fontes de calor e de frio, de fogo, de energia eléctrica e de água ou humidade; • Transporte selectivo por tipos de explosivo, evitando a mistura de diferentes tipos e jamais transportar simultaneamente no mesmo veículo explosivos e detonadores; • Desimpedir as vias de circulação e acessos de equipamentos e pessoas; • Carregamento e escorvamento das cargas explosivas apenas por pessoal formado para tal, na ausência de outros funcionários nas imediações, tendo o responsável de fogo a posse da chave do explosor; • Pemitir avisos sonoros e/ou luminosos antes da detonação, perceptíveis a distância apropriada; • Garantir a evacuação de toda a zona de rebentamento e área de influência (prevenir os efeitos da projecção de blocos); • Após a detonação, reforçar os sistemas de ventilação por tempo conveniente, para que se processe a remoção dos gases nocivos; • Após a detonação, proceder à verificação da frente de desmonte, por pessoal especializado, nomeadamente o responsável de fogo do Empreiteiro e os Universidade Fernando Pessoa Materiais de Construção II 52/146 elementos da Fiscalização, de forma a garantir a inexistência de explosivos não detonados. • Verificadas as condições de segurança, emitir um aviso sonoro diferente do primeiro, indicando que a frente se encontra desimpedida e segura, para prossecução dos trabalhos. As detonações acidentais constituem um elevado risco, podendo acarretar graves consequências para os intervenientes
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