A INFLUENCIA DOS DESMONTES POR EXPLOSIVOS NA ESTABILIDADE DOS TALUDES

Prévia do material em texto

Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
TEMA VI. A INFLUENCIA DOS DESMONTES POR EXPLOSIVOS NA ESTABILIDADE DOS
TALUDES
Prof. Dr. Lineu Azuaga Ayres da Silva
Professor Titular em Mecânica de Rochas e Abertura de Vias Subterrâneas
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
INTRODUÇÃO.
As propriedades geomecânicas do maciço rochoso são de fundamental importância no projeto de
desmonte por explosivos. O uso de planos de fogo de características invariáveis sem considerar
as mudanças destas propriedades pode conduzir a ultraquebra ou fragmentação deficiente,
excessos de finos, danos às paredes das bancadas adjacentes, impactos ambientais e custos
operacionais maiores que os custos previstos em projeto.
A figura 1 mostra a importância da caracterização do maciço rochoso e o planejamento do fogo,
para uma determinada frente de lavra.(R. Collantes Candia et al,2004)
O conhecimento das propriedades geomecânicas do maciço rochoso permite entender melhor o
processo de desmonte de rochas, particularmente quando buscamos sua otimização. Assim, os
parâmetros de dimensionamento de fogo serão determinados pela interação das características
do maciço, do projeto de perfuração, do explosivo utilizado e do sistema de iniciação. O maciço é
o único fator que não pode ser dimensionado, mas, em virtude de sua importância no processo,
deve ser classificado e controlado.
Fig. 1. Fluxograma mostrando importância da caracterização no planejamento de fogo, para cada região do maciço.(R.
Collantes Candia et al,2004)
Deste modo, é necessário determinar quais propriedades do maciço rochoso têm influências no
desempenho do desmonte e decidir as mudanças no plano de fogo, de modo a adequá-las às
diferentes condições geo-estruturais existentes.
SEQUENCIA DE APRESENTAÇÃO.
Verifica-se, portanto, que para o entendimento das conseqüências do desmonte por explosivos na
estabilidade dos taludes, há que se considerar, tanto a estrutura dos maciços rochosos e suas
propriedades, quanto o seu comportamento mecânico sob diferentes condições externas e, mais
especificamente, sob aquelas produzidas pela ação dos explosivos.
Assim, este trabalho será apresentado em três partes:
Parte A - A ação dos explosivos,
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Parte B - Principais propriedades geomecânicas que influenciam no plano de fogo.
Parte C - Analise qualitativa da interação entre o plano de fogo e as principais
características estruturais dos maciços , com relação a estabilidade dos taludes.
Parte D - Exemplos ilustrativos.
Parte A - A ação dos Explosivos
Ao iniciar - se o emprego técnico dos explosivos em desmontes de rocha, também para
o caso de desmontes em bancadas, acreditava-se que o resultado pretendido era alcançado
apenas pelo efeito da expansão dos gases em altas pressões resultantes da detonação dos
explosivos. Nesta interpretação, os gases abririam fendas no maciço, que se estenderiam por
todas as direções e até à face livre da bancada, subdividindo o maciço em fragmentos menores.
Atualmente, entretanto, depois da aplicação da técnica da foto - elasticidade em modelos
físicos, interpretações por modelos matemáticos e testes de campo, percebeu-se que a
detonação de uma carga explosiva num maciço rochoso apresenta duas fases distintas. Ambas
têm o mesmo instante de início e são extremamente rápidas (desenvolvem - se em frações de
tempo cuja unidade é o milisegundo ), contudo uma é dez vezes mais rápida que a outra. Por
isso, e por uma questão principalmente de didática, uma é dita a Fase Dinâmica,
correspondente à ação das ondas de choque no maciço rochoso, e a outra é dita uma Fase
Quasi - Estática e é aquela devida ao trabalho mecânico realizado pelos gases provenientes da
reação química de decomposição do explosivo.
1.Fase Dinâmica:
A Fase Dinâmica inicia-se com a detonação do explosivo ao longo da extensão do furo
com ele carregado ( furo de mina) e a propagação da onda de choque concentricamente,
atuando com pulsos de compressão até atingir a face livre da bancada, sendo então refletida e
retornando ao maciço aplicando esforços de tração. A seqüência dos eventos é a seguinte:
surgimento de fraturas radiais, seguido pela reflexão das ondas de choque na face livre (que
retornam tracionando o maciço) e aparecimento de fraturas tangenciais, já que o maciço é pouco
resistente à tração. Essa seqüência é verificada em quatro zonas distintas ao redor do furo,
conforme mostra a figura 2, desde a borda do furo de mina:
! Zona Hidrodinâmica - Em conseqüência das altas temperaturas e enorme pressão
resultantes da explosão, a rocha nesta região comporta-se como um fluido.
! Zona Plástica - Ocorre uma pulverização da rocha, que em virtude das altas tensões, atua
no regime plástico.
! Zona Fraturada - A onda de choque, que se propaga por pulsos de compressão, na
superfície e no interior do maciço, produz em cada frente que se sucede, trações
tangenciais de tração. Como a rocha tem baixa resistência à tração, estas tensões
tangenciais de tração produzirão planos de trincas radiais que se estenderão desde a
borda do furo de mina até ao ponto em que,( pela dissipação da energia da onda de
choque), as tensões de tração tornar-se-ão menores do que a resistência da rocha. O
lugar geométrico desses limites de extensão das gretas ( trincas ) produzidas serão
necessariamente uma superfície aproximadamente circular que, em profundidade ,
corresponderá a um cilindro .
! Zona Elástica - É a região além desse cilindro. É a região onde as tensões tangenciais das
ondas de choque não mais ultrapassam a resistência à tração do maciço, não ocorrendo
portanto fraturas radiais (gretas). Entretanto, as frentes da onda de choque,
compressivas, possuem suficiente energia para atingir as superfícies (ou bordas ) livres
das bancadas ( ou descontinuidades ) e nelas se refletirem.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
! Esta reflexão das frentes de onda, as quais nesta distância dos furos de mina já terão
raios iguais à distância entre o furo de mina e a face livre da bancada, se dará agora como
frentes de onda de tração.
5 - Zona Sísmica e Elástica
4 - Zona Fraturada
3- Zona Plástica
 2- Zona Hidrodinâmica
1 - Furo de Mina
Fig. 2. Ilustração por zonas dos efeitos da detonação de um furo de mina.
A Fase Dinâmica termina com o aparecimento gradativo das fraturas tangenciais a partir
das faces livres, conforme esquema abaixo.
Fig. 3. Incidência e reflexão das ondas de choque na superfície livre e subseqüentemente nos planos
posteriores de fratura.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
As ondas de detonação são de dois tipos: longitudinais ou primárias (ondas P) e transversais ou
secundárias (ondas S). As velocidades de propagação das ondas P e S dependem do tipo de
rocha, sendo maiores para as compactas e sãs. Alguns valores estão na tabela abaixo, para
ilustração.
VELOCIDADE(m/s)
MATERIAL DENSIDADE Onda P Onda S
Granito 2.67 3960 - 6100 2130 - 3350
Gabro 2.98 6650 3440
Basalto 3.00 5610 3050
Arenito 2.45 2440 - 4270 910 - 3050
Calcário 2.65 3050 - 6100 2740 -3200
Folhelho 2.35 1830 - 3960 1070 -2290
Sal 2.20 4390 - 6490 --
Gipsita 2.30 2130 - 3660 1100
Ardósia 2.80 3660 - 4450 2870
Mármore 2.75 5790 3510
Quartzito 2.85 6050 --
Xisto 2.80 4540 2870
Gnaisse 2.65 4720 - 5580 --
Argila 1.40 1130 - 2500 580
Areia 1.93 1400 460
Tilito 1.5 - 2.0 400 --
Água 1.0 1460 0
Ar -- 340 0
Apresenta - se abaixo o modelo do Prof. Mello Mendes, que explica o fenômeno da
reflexão das ondas de choque e o aparecimento de fraturas tangenciais.Admitindo
p
U
e
e
=
×ρ 2
4
onde pe é a pressão exercida pela frente da onda de detonação
ρe é a massa específica do explosivo
U é a velocidade de detonação do explosivo
pode - se calcular a tensão de compressão atuante na rocha que rodeia o explosivo:
σi
m
pe0
2
1
=
+
∗ , [1 ]
onde m é a impedância da superfície de separação explosivo-rocha e que caracteriza as
condições de propagação da energia da onda de choque para a rocha, e vale a seguinte relação:
m
C
C
e e
R R
=
•
•
γ
γ
, [ 2 ]
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
onde γe , γR = pesos específicos do explosivo e da rocha
Ce, CR = velocidade. da onda de choque no explosivo . e na rocha
Mas como a rocha não é um corpo elástico perfeito, a tensão de compressão σio sofre
atenuações, e a uma distância r do centro da carga de raio r0, tem - se:
σ σi
r
r
i
x
=



 •0 0 , [ 3 ]
onde x varia de -1.5 e -2.5
Usando o mesmo raciocínio para a interface rocha-ar, define-se uma impedância n:
n
C
C
R R
A A
=
•
•
γ
γ
, [ 4 ]
onde γA, γR = pesos específicos do ar e da rocha
 CA, CR = velocidades de propagação da onda longidudinal no ar e na rocha
Esta impedância n rege a distribuição da tensão de compressão σi em duas outras: σR
(tensão de onda refletida, de tração) e σP (tensão de onda transmitida para o ar na forma de
ruído), segundo as seguintes relações:
σ σR
n
n
i=
−
+



 ⋅
1
1
 [ 5 ]
σ σP n
i=
+



 ⋅
2
1
 [ 6 ]
Como n é muito elevada, praticamente toda a energia da onda de choque incidente
(compressiva) transfere-se para a onda refletida (de tração), que é o resultado das equações [ 5 ]
e [6 ] quando n →∞ resultando, como simplificação.
σσσσR = - σσσσi
e
σσσσP = 0
A ocorrência de fraturas tangenciais, fenômeno que encerra a fase dinâmica, obedece à
seqüência apresentada no esquema abaixo (em seção transversal, no sentido de propagação
da onda):
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
+d
-d
fd
+d
-d
fd
+d
-d
f
d
+d
-d
f
d
f f f
1
123
a)
b)
c)
d)
Fig. 4 Ondas de Choque
No desenho a) está representada a onda de choque incidente ao atingir a face livre.
No desenho b) já começam a atuar as tensões de tração refletidas da onda incidente.
No desenho c) a tensão de tração atinge o valor da resistência da rocha à tração, surgindo assim
a primeira fratura tangencial f1. Esta superfície f1 passa a atuar como uma nova face livre, e a parte
remanescente da onda incidente passa a refletir nesta superfície, repetindo o fenômeno e dando
origem a novas superfícies de ruptura.
No desenho d) as tensões de tração já não são suficientes para romper a rocha, e não
surgem novas fraturas tangenciais, terminando esta fase do processo de detonação.
2. Fase Quasi-Estática:
Esta fase recebe este nome por se tratar de um processo relativamente lento (cerca de 50
ms, contra os 5 ms da fase anterior).
É nesta fase que ocorre o desmonte propriamente dito, em função da influência da
pressão dos gases do explosivo, que penetram nas gretas radiais, e depois nas tangenciais,
separando os blocos e lançando toda a massa rochosa para frente.
Quando o Volume frontal se move, ocorre um alívio de pressão, aumentando a tensão nas
gretas primárias, que se inclinam. Se o afastamento (distância entre o plano dos furos e a
superfície livre) não é muito grande, as gretas se estendem até a superfície livre, e ocorre o
desprendimento total do bloco rochoso. Neste caso, é alcançado o maior efeito por furo e
quantidade de carga explosiva. Por esta razão, o estudo da malha de perfuração e o cálculo da
carga explosiva tornam-se vitais.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
A fig. 5 Efeito de arqueamento que ocorre na porção desmontada do maçico, o que contribui para
aumentar a fragmentação do material rochoso por flexão. Somam-se aí os efeitos dos gases que
penetram e escapam pelas fendas verticais de tração e pelas fendas horizontais produzidas nessa
fase.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Fig. 6.Rede de fraturas formada na detonação da frente livre de um talude em rocha.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Fig.7. Mostra uma vista frontal do desmonte da fig. 5. Este resultado é explicado também no
esquema da página anterior.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
3.Geometria dos desmontes e fragmentação.
Pode-se estudar a expansão das gretas em função da carga de explosivo, como mostrado na
figura abaixo.
Fig. 8. 8a), em que a carga explosiva é insuficiente, as gretas não se extendem totalmente, mas
percebe-se que algumas, a um ângulo de 90o e 120o, teriam capacidade para originar a fratura
total se a pressão estática aumentasse. 8b) com uma carga maior, obteve-se uma fratura
completa a um angulo aproximado de 110o.
Os ângulos naturais de fratura esperados estão representados na figura 8, abaixo, em dois casos
principais: fundo livre e fundo confinado. Nos dois casos o ângulo de fratura β será de
aproximadamente 90o. Com fundo livre, o ânguloα, na parte inferior, será de 135o. Com fundo
confinado, o ângulo pode oscilar de 90 a 135o, dependendo da carga e profundidade do furo. Se
o cálculo da carga está correto, o ângulo será de 90o, podendo-se esperar ângulos menores
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
somente em condições especiais, acarretando menor ângulo de fratura, como está indicado na
parte sombreada da figura.
Fig. 9. Ângulos de fratura para furo de fundo aberto e furo de fundo confinado.
A formação de gretas depende muito da relação entre afastamento e espaçamento entre furos. Se
o espaçamento é relativamente pequeno, a face livre é abatida sem maiores deformações, e os
esforços do corte são pequenos no interior da rocha. Nos casos de detonação simultânea de uma
linha de furos, a fragmentação da rocha é bastante falha, acarretando maiores dificuldades nos
processos posteriores de corte e cominuição do material. Por esta razão, existe um retardo entre a
detonação de duas fileiras subsequentes de furos, e neste caso a fragmentação é bem mais
acentuada.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Fig. 10 relação entre afastamento (V) e espaçamento (E)
A fragmentação depende também da relação entre afastamento (V) e espaçamento (E). Para
exemplificar, veja-se o caso de duas malhas cujos furos sejam carregados com as mesmas
quantidades de explosivos e que sejam também detonados simultâneamente: no primeiro caso
(figura 9a), em que V / E = 2, temos uma fragmentação bastante ruim, e num segundo caso
(figura 9b), em que V / E = 0.5, a fragmentação já é bem satisfatória. Esse exemplo é bastante
ilustrativo de quão importante é o estudo da malha de perfuração para o seu controle e a
obtenção de desmontes mais efetivos.
4.A Importância da Face Livre:
Nos itens anteriores admitiu-se como condição intrínseca ao processo de desmonte, a
existência de uma face livre, ou face de bancada, ou talude, sem discussão.
De fato, nos fenômenos descritos, a reflexão da onda de choque e as ações dos gases
produzidos,não se daria da forma apresentada se não houvesse a presença de uma face livre que
fosse paralela ou pouco inclinada em relação aos planos imaginários que contêm os furos de
mina constituintes da malha de detonação.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Assim, a presença dessa face de reflexão, na posição descrita, e afastada dos furos de
mina na distância conveniente ( afastamento ), é que permite que a ação dos explosivos se dê
como descrito.
O que ocorreria se o afastamento fosse pouco maior que o adequado?
• Certamente o desmonte seria bastante prejudicado e não se teria a fragmentação e o
lançamento previstos, ocorrendo praticamente sem controle.
O que ocorreria se o afastamento fosse muito maior que o adequado?
• Provavelmente nada. Isto é, a onda de choque certamente desenvolveria todos os fenômenos
descritos na Fase Dinâmica : zona hidrodinâmica, zona plástica, gretas radiais ( zona fraturada ),
mas como o afastamento será muito grande, as gretas radiais não atingirão a face livre e a
energia da onda de choque será fortemente dissipada em seu percurso, principalmente através
da produção de vibrações, e ao atingir a frente da bancada as ondas refletidas de tração terão
pouca intensidade e não produzirão lascamentos ou trincas de tração.
Da mesma forma a fase Quasi - Estática se manifestará apenas parcialmente havendo o
alargamento de fendas, mas sem força suficiente para o lançamento à frente.
Assim, se não existir face livre, ou se ela situar-se muito distante e os furos de mina forem
carregados com as quantidades normais para desmonte em bancadas - após a detonação,
restarão no furo apenas os sinais da alta temperatura desenvolvida (calcinação das paredes dos
furos ) e algumas trincas pouco visíveis a olho nu.
5. Síntese do Aproveitamento da Energia da Detonação:
A detonação de um explosivo é um processo químico no qual a energia termoquímica transforma-
se em energia das ondas de choque dos gases, que realizam trabalho mecânico, e energia
térmica, que é perdida sob a forma de liberação de calor para a atmosfera.
A energia cinética das ondas de choque produz o trabalho mecânico de
compartimentação do maciço (fraturas radiais e tangenciais), e a energia potencial dos gases
produz o trabalho mecânico de separação e movimentação dos blocos, conforme esquema
abaixo.
Nos dois casos o rendimento não é de 100%, e as perdas de energia serão sob a forma de
vibrações do terreno vizinho e ruído para o caso de τ1 , e escape prematuro dos gases
constituindo ruído e calor para o caso de τ2 .
Os valores dos fatores de rendimento serão tanto maiores quanto melhores forem as
condições da detonação. Para tanto, torna-se vital a escolha adequada do explosivo e da malha
de perfuração.
Fica aí explicitada, também, a importância do conhecimento da termoquímica dos
explosivos.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Energia
Termoquímica
Energia Cinética
(Onda de Choque)
Energía Potencial
(En Gases)
Calor
Atmósfera
Compartimentação
do maciço
Separação e Movimentação
dos Blocos
 FRAGMENTAÇÃO E LANÇAMENTO DA ROCHA
+ +
DETONAÇÃO
τ2τ1
Fig. 11. Energía de detonación
Parte B - Principais propriedades geomecânicas que influenciam no plano de fogo.
Entre as propriedades dos maciços rochosos que influem de maneira mais evidente no projeto de
desmonte por explosivos tem-se: resistência da rocha, descontinuidades estruturais, velocidade
de propagação das ondas sísmicas, propriedades elásticas das rochas, anisotropia e a
heterogeneidade dos maciços.
A determinação destes parâmetros por métodos diretos, ou de laboratório, resulta muito difícil e
onerosa, já que os corpos de prova testados não incluem as descontinuidades nem as mudanças
litológicas do maciço rochoso do qual provém. Para obter uma amostra representativa é
necessário que esta tenha dimensões compatíveis com a escala de estudo do maciço (Ayres da
Silva, 1992). Lopes Jimeno (1994), por exemplo, afirma que estas dimensões sejam dez vezes
maiores do que a meia distância entre as descontinuidades. Não obstante, constituem um
complemento na caracterização dos maciços rochosos a fragmentar-se.
De um modo geral as propriedades antes citadas podem ser agrupadas nas seguintes categorias.
1. Resistência.
As resistências estáticas à compressão e tração foram inicialmente utilizadas como parâmetros
indicativos do comportamento da rocha nas detonações. Assim Hino (1959) definiu o índice de
desmontabilidade por explosivos em função destes dois parâmetros. As resistências à
compressão, tração e cisalhamento, geralmente são determinadas por testes de laboratório
especializados em amostras cuidadosamente preparadas. O número de testes deve ser grande
para ter uma representativa e significativa relevância estatística e evitar grandes dispersões.
O tratamento racional dos problemas reais exige considerar as resistências dinâmicas, já que
estas se incrementam com o índice de carga podendo atingir valores entre 5 a 13 vezes
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
superiores às resistências estáticas. As rochas enfraquecidas mostram, de um modo geral, uma
maior dependência do índice de deformação do que as rochas mais resistentes. Isto significa que
os valores apropriados das resistências para as análises das detonações são diferentes daqueles
considerados pelos métodos clássicos de determinação das resistências estáticas.
A resistência dinâmica à compressão geralmente é consideravelmente superior à resistência
dinâmica à tração, conseqüentemente o fraturamento por tração é um mecanismo de ruptura
importante nas rochas massivas e duras. Sendo que os esforços compressivos associados com a
onda de choque são significativamente superiores aos esforços tangenciais de tração, nas rochas
de baixa resistência dinâmica à compressão, a ocorrência extensiva de fraturas é muito provável,
produzindo-se a moagem da rocha no redor do furo que não é considerado como desejável, pois
uma alta taxa de energia de choque é atenuada quando entra na zona elástica, o que limita a
propagação radial das fraturas de tração geradas pela detonação, evidenciando seus efeitos
deletérios na subseqüente fragmentação do maciço rochoso.
A resistência dinâmica à tração da rocha é importante por duas razões: primeiramente, esta
deverá ser excedida pelo esforço de tração tangencial para desenvolver o fraturamento radial, e
também, para que o lascamento aconteça, este deverá ser excedido pelo esforço de tração radial
resultante da reflexão da onda de choque na face livre.
2. Propriedades elásticas
As propriedades elásticas do modulo de Young e o coeficiente de Poisson, controlam o
comportamento da rocha sob condições de carga. O modulo de Young relaciona a tensão
aplicada e a correspondente deformação da rocha, sempre que a rocha se deforme
elasticamente. O coeficiente de Poisson é o valor absoluto da relação entre a deformação
transversal e a correspondente deformação axial da rocha quando submetido a um esforço
uniaxial.
Para a maioria das rochas o coeficiente de Poisson está na faixa de 0,2 e 0,3. Quando este
decresce, a velocidade de detonação e a pressão máxima no furo devem ser incrementadas para
se obter uma fragmentação aceitável. Estas mudanças nas propriedades dos explosivos tendem a
incrementar a proporção da energia de deformação para promover uma fragmentação por meio
de uma rápida propagação das fraturas. Geralmente, o valor dinâmico do coeficiente de Poisson é
menor do que o valor em condições estáticas possibilitando este tipo de fragmentação.
O coeficiente de Poisson tem um comportamento anisotrópico, mesmo quando a rocha é
relativamente homogênea, devido à presença de micro emacro fissuras, a influencia da alteração
da rocha por processos intempéricos ou pelo estado de tensão existente no maciço rochoso.
Se a deformação crítica é considerada como critério de fraturamento – falhamento, sempre que o
valor do módulo de Young cresce, a tensão e deformação que é provocada pelo explosivo
também se incrementará. O módulo de Young também é dependente, de um modo geral do
estado de tensão na rocha, da quantidade de carga e da heterogeneidade estrutural tais como:
estratificação, xistosidade e microestruturas.
3. Propriedades de absorção.
A capacidade do maciço rochoso para transmitir ou absorver a energia de detonação influi na
seleção do explosivo, sua distribuição espacial no furo assim como o espaçamento temporal no
fogo “Timing”. A amplitude dos pulsos sísmicos diminui quando esta se propaga no maciço
rochoso, isto é o resultado de dois mecanismos: a expansão geométrica da onda, que resulta
numa diminuição da energia contida por volume unitário de rocha, sem provocar nenhuma perda
de energia; o mecanismo de dissipação da energia, que remove efetivamente a energia do pulso.
Esta perda de energia é resultado do atrito interno no material rochoso. A energia pode estar
sendo armazenada localmente no material ou ser dissipada na forma de calor.
Nos maciços rochosos onde a dissipação da energia de detonação por meio do atrito interno é
elevada, e conseqüentemente a dissipação da onda de choque, o processo de fraturamento é
fraco ou inexistente.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
4. Propriedades estruturais.
As estruturas tipicamente presentes nos maciços rochosos são: juntas, falhas, planos de
estratificação, diaclasamento e xistosidade. As principais informações quantitativas das
descontinuidades, que podem ser registradas, estão ilustradas na figura a seguir:
Fig. 12. Ilustração dos dez parâmetros utilizados para descrever as propriedades das descontinuidades estruturais dos
maciços rochosos.
As propriedades das descontinuidades estruturais dos maciços rochosos (J. Hudson, 199 ) são
listadas a seguir:
! Orientação, definido por seu rumo e mergulho.
! Espaçamento, que é a distancia perpendicular entre descontinuidades adjacentes.
! Persistência, que é a extensão com que a descontinuidade se manifesta.
! Rugosidade, definida pelas ondulações ou aspereza com relação ao plano médio da
descontinuidade.
! Resistência das paredes, referida à resistência a compressão das paredes das
descontinuidades.
! Abertura é a distancia perpendicular que separa as paredes adjacentes de uma
descontinuidade aberta.
! Condutividade hidráulica refere-se à percolação de água através das descontinuidades.
! Preenchimento, material depositado entre as paredes adjacentes da descontinuidade.
! Número de famílias, definido pelos diferentes grupos de descontinuidades com características
comuns.
! Tamanho dos blocos, que são determinados pelo espaçamento, pelo número de famílias e
pela persistência das descontinuidades.
As mais importantes desde o ponto de vista do desmonte de rochas são: o espaçamento e a
orientação.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Parte C – Analise qualitativa da interação entre o plano de fogo e as principais características
estruturais dos maciços , com relação a estabilidade dos taludes.
As descontinuidades que estão favoravelmente orientadas com respeito ao furo serão
preferencialmente estendidas pela onda de choque. As superfícies de paredes pré-existentes
atuarão como faces livres parciais dos quais uma quantidade significativa de ondas de reflexão e
refração surgirá. Já as rochas que apresentam planos de estratificação possuem diferentes
impedâncias, o que favorece a geração de complexas interações de ondas e que contribuem à
atenuação da onda de choque.
As estruturas abertas ou estendidas pela onda de choque atuam de modo que permitam o escape
dos gases de explosão, o incremento de volume aberto dentro do maciço rochoso antecede à
redução na pressão de gás confinado e limita o trabalho feito durante a fase de expansão dos
gases. A interligação de descontinuidades pode permitir a perda antecipada dos gases de
explosão e uma rápida redução da pressão dos gases confinados. Destaque-se também a
dificuldade no carregamento de explosivo com o vazamento de material pelas aberturas,
ocasionando um aumento de carga por espera na região.
A presença de uma grande quantidade de fraturas reduz o esforço requerido para atingir um
desmonte com características pré-estabelecidas, mas a ausência de descontinuidades faz com
que o desmonte do maciço rochoso seja mais previsível, em conseqüência à aplicabilidade de
determinadas teorias de desmonte por explosivo. A presença de fraturas espaçadas numa
distância aproximada do afastamento e espaçamento, ou a presença de matacões de rocha dura
numa matriz de rocha mole usualmente encabeça os problemas relacionados à fragmentação.
Planos de fraqueza horizontais dentro do maciço rochoso, em geral, são favoráveis para o
desmonte, possibilitando adequada fragmentação do pé da bancada e um piso uniforme, que
melhora o trabalho de carregamento do material fragmentado. As juntas verticais com direção
paralela à face são também favoráveis por permitir dirigir a energia de detonação
perpendicularmente à estrutura da rocha. Quando juntas subverticais mergulham dentro da face,
a fragmentação no pé da bancada tende a ser deficiente, criando uma superfície não uniforme e
ruim para trabalho. Juntas subverticais mergulhando para fora da face facilitam a fragmentação do
pé, mas possibilitam uma ruptura na crista devido à formação de cunhas nas paredes da bancada
remanescente.
Planos de descontinuidades mergulhando para fora do talude, em ângulos próximos ao ângulo de
atrito interno do material rochoso, são notoriamente planos potenciais de ruptura. Observe-se que,
mesmo quando tais planos, em virtude das características das descontinuidades, pareçam
suficientemente estáveis logo que escavados, no decorrer do tempo, com sucessivos desmontes
e conseqüentes vibrações ocorrendo nas proximidades, podem provocar sua progressiva
abertura e, no decorrer da lavra, podem vir a ser perigosamente instáveis. Daí ressaltar-se a
necessidade de um monitoramento constante de tais taludes, tanto mais importantes e até
imprescindíveis no caso de cavas profundas de mineração a céu aberto.
 Parte D - Exemplos ilustrativos.
A seguir se apresentam alguns exemplos ilustrativos mostrando a influência das feições
estruturais no resultado das detonações numa pedreira na qual as operações são feitas a céu
aberto.
No primeiro caso, observa-se na face da bancada planos de fraquezas sub horizontais. Assim, se
caracteriza uma situação negativa para a fragmentação do pé da bancada, que vai gerar repés,
causados principalmente pela perda de gases da explosão através das aberturas, pela escolha do
local de iniciação da detonação (sentido contra mergulho) e provável falta de cuidado no
dimensionamento do comprimento de subperfuração (fig. 14 e 15).
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Fig. 14. Geração potencial de repé.
Fig. 15. Repé gerado a partir de planos de descontinuidade sub horizontais.
Outro caso observado foram descontinuidades inclinadas ortogonais à face, que influenciam no
resultado final do desmonte em função do local e sentido de abertura. Neste caso, a má
fragmentação é causada pelo escorregamento de blocos de rocha em função da liberação do
material adjacente (figs. 16 e 17).
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Fig. 16. Desmonte e escorregamento.
Figura 17: Escorregamento de blocos
As figuras 18 e 19 apresentamum caso no qual se têm planos de descontinuidades horizontais
constituindo uma família com espaçamento bastante pequeno, tornando o maciço altamente
fraturado e que, como conseqüência quase inevitável, apresentará fragmentação excessiva.
Recomenda-se o uso de explosivos com baixa energia de choque como alternativa para controlar
esta situação.
 Observa-se que, neste caso, a malha de perfuração adotada foi a mesma utilizada em regiões de
rocha pouco fraturadas, assim como uma mesma razão de carga
Outra conseqüência importante observada foi a geração de desníveis ocasionados pela sub-
perfuração. Como as descontinuidades eram paralelas ao piso, a subperfuração foi reduzida e em
alguns casos até suprimida; entre os efeitos favoráveis conseguidos pela diminuição do
comprimento perfurado podem ser listados o incremento da vida útil dos equipamentos de
perfuração e o menor consumo de explosivos - o que finalmente se traduz numa redução dos
custos operacionais.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Figura 18. Descontinuidades horizontais num maciço altamente fraturado.
Fig 19. Maciço altamente fraturado a ser desmontado.
As figuras 20 e 21 ilustram o caso de um escorregamento ocorrido em 1992 na mina de Águas
Claras, da MBR em Belo Horizonte, MG. Percebe-se claramente que o escorregamento ocorreu
em planos de estratificação que foram soerguidos com mergulho próximo ao ângulo de talude.
Como foram detectados anteriormente movimentos de deslocamento progressivo na direção da
cava, o autor acredita que sua origem pode ser atribuída aos fogos sucessivos que mobilizaram
as tensões de cisalhamento nos planos de estratificação.
Fig. 20 MBR- Mina de Águas Claras - Escorregamento de 1992
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
Figura 19- MBR- Mina de Águas Claras- Ao fundo, detalhe do escorregamento.
FIGURA 20 - MBR - Situação em 1995
CONCLUSÃO.
A caracterização de maciços rochosos para o desmonte por explosivos é uma importante
ferramenta que ajuda a otimizar esta operação, por permitir instaurar planos de fogo adequados a
determinadas condições. Racionaliza-se assim o uso de explosivos, acessórios e equipamentos
de perfuração, minimizando efeitos e resultados indesejáveis, e reduzindo os custos de lavra.
Observa-se com os trabalhos de campo que medidas simples de classificação do maciço, aliado
a um planejamento correto, podem proporcionar melhores resultados em curto prazo, reduções
de impactos, desmontes secundários, além da redução dos custos operacionais e situações de
risco.
Geomecánica aplicada a la pequeña minería
Curso - Proyecto CYTED XIII - 3 - Junio 2005 - Córdoba - Argentina
REFERÊNCIAS.
AYRES DA SILVA,L.A. Mecânica de rochas aplicada à mineração, 1993.(Apostilas de aula).
AYRES DA SILVA,L.A. Mecânica de rochas aplicada à mineração, 1993.(Apostilas de aula).
AYRES DA SILVA,L.A. Proposta de metodologia para determinação da resistência a compressão
de maciços rochosos, a partir de ensaios de laboratório, São Paulo, 1992 (Tese Livre Doc),
EPUSP.
CANDIA, R.C. Desmonte de rocha com furos de grande diâmetro, 2004. (projeto de pesquisa) –
Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo.
EXPLO - INDÚSTRIAS QUÍMCAS E EXPLOSIVOS S. A. Técnicas básicas de desmonte de rocha.
Lorena, s. d. Cap2
EXSA, S.A. Manual prático de voladura, 3aEdição, 1996.
JULIUS KRUTTSSCHMITT RESEARCH CENTRE. Open pit blast design, 1996.
LANGEFORS, U.; KIHLSTROM, B. Tecnica moderna de voladura de rocas.1968. Cap1 Bilbao,
Urmo, .
LOPEZ, J.C. Drilling and blasting of rocks, 1994.
OLOFSSON, S. O. Applied explosives technology for construction and mining. 2. ed. Arla, Applex,
1990. Cap. 3b, p. 33-58: Firing devices.
PEREIRA, L. G. E.; TAMAI, S. M. Segurança no transporte, armazenamento, manuseio e
destruição de explosivos. São Paulo, EPUSP s.d./ Apresentado a Disciplina PMI 413 - Perfuração e
desmonte de rochas/
PERSSON, P.A. Rock Blasting and explosive engineering, CRS Press Inc.,1994.
R. COLLANTES CANDIA, L.M.CAMARGO SILVA, L. A. AYRES DA SILVA.
O Controle estrutural do maciço no desmonte por explosivos, Universidade de São Paulo, Escola
Politécnica. I Semana Ibero-Americana de Engenharia de Minas, S.Paulo,Sp.2004.
SILVA, L.M.C. Desmonte não agressivo em zonas sensíveis, 2001. (projeto de formatura
graduação) –da, São Paulo.
TAMROCK. Handbook on surface drilling and blasting, Painofaktorit, 1984.
WEYNES, G.R.S. Segurança no uso de explosivos. In: HENNIES, W. T. Segurança na mineração e
no uso de explosivos. 2. ed. São Paulo, FUNDACENTRO, 1986.
OBS. As partes B e C deste trabalho, baseiam-se , em grande parte, no artigo apresentado por R.
Collantes Candia, L.M. Camargo Silva e este autor, no I Simpósio Ibero-Americano de Engenharia
de Minas, na I Semana Ibero Americana de Engenharia de Minas, realizada em São Paulo, na
semana de 9 a 13 de Agosto de 2004.