Mecânica das Rochas: Análise de Tensões e Vibrações em Desmonte com Explosivos

MECÂNICA DAS ROCHAS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM Relacionar as vibrações de detonação com as tensões nos maciços rochosos Identificar descontinuidades produzidas por tensões anômalas nos maciços rochosos Indicar técnicas para manejar as descontinuidades produzidas por tensões anômalas Introdução A mecânica de rochas é um campo muito amplo especialmente quando re lacionada à mineração As descontinuidades presentes no maciço rochoso e sua influência nas atividades mineiras podem ser vistas de forma favorável ou desfavorável dependendo sempre da ótica abordada e da qualificação técnica de quem analisa No contexto de desmonte de rochas com uso de explosivos as tensões vibra ções e descontinuidades são de suma relevância para o planejamento e a eficácia da detonação Também é importante destacar que existe um arcabouço legal que deve ser respeitado quando se trata de vibrações oriundas do uso de explosivos em desmonte de rochas Fenômenos relacionados com tensões anômalas Sheila Mena Barreto Silveira Neste capítulo você vai aprender a relacionar as tensões atuantes no maciço rochoso durante e após a detonação assim como identificar as descontinuida des produzidas por essa atividade além de vislumbrar técnicas de redução das descontinuidades no maciço rochoso Vibrações de detonação e novas tensões nos maciços rochosos As atividades de perfuração e detonação com uso de explosivos são intrínsecas às atividades mineiras uma vez que permitem a desagregação do minério para posterior transporte e processamento No entanto a realização dessas tarefas gera vibrações no maciço rochoso alterando a estabilidade e con sequentemente as tensões atuantes Ou seja conforme Hudson e Harrison 1997 apud CERVANTES 2011 p 66 todo maciço rochoso está submetido a um estado de tensões inicial também conhecido por estado de tensões in situ Com a detonação novas superfícies são formadas gerando planos de tensões principais diferentes daqueles existentes anteriormente às escavações CERVANTES 2011 p 66 Para compreender como a detonação ocorre em um maciço rochoso no âmbito de tensões Almeida e Luz 2009 p 115 resumem o processo para bancadas a céu aberto da seguinte forma Resumidamente o processo envolvido a partir da detonação do explosivo compreende inicialmente uma forte compressão do maciço rochoso por uma onda de choque que se propaga pela rocha com velocidades no intervalo de 2000 7000 ms dependendo do tipo de rocha e explosivo utilizado Essa onda de compressão provoca microfissuras no entorno do furo carregado com explosivos dando início ao processo de fraturamento da rocha Na sequ ência a onda de choque pode sofrer reflexões a partir de superfícies livres face da bancada ou planos de descontinuidade existentes na rocha A onda de compressão é então transformada em ondas de tração e cisalhamento aumentando o processo de fraturamento Observase o alargamento do furo pela onda compressional com o aparecimento de fraturas radiais As ondas de tração geradas pela reflexão das ondas de choque nas superfícies livres induzem a continuidade do fraturamento da rocha e o desplacamento spalling na face da bancada Scott et al 1996 A seguir grandes volumes de gás são liberados penetrando e expandindo as fissuras existentes O gás pode promover também o lançamento da rocha no sentido da face da bancada e o mecanismo de ruptura flexural Para entender melhor observe as Figuras 1 e 2 Fenômenos relacionados com tensões anômalas 2 Figura 1 Propagação da onda de choque no maciço rochoso Fonte Adaptada de Almeida e Luz 2009 Figura 2 Ruptura flexural da bancada promovida pela expansão dos gases promovendo o lançamento do material para frente da bancada Fonte Adaptada de Almeida e Luz 2009 Logo quando há alteração na geometria do maciço rochoso as tensões se redistribuem existindo uma zona de alívio de tensões na face do talude tanto em desmontes com uso de explosivos em lavra a céu aberto quanto subterrânea cuja redistribuição das tensões resulta em um desconfinamento do maciço rochoso Nessa região a tensão vertical diminui provocando a abertura de fendas preexistentes juntas de alívio subhorizontais Isso ocorre devido ao decréscimo da tensão normal diminuição da resistência ao cisalhamento caracterizando uma região com sérios problemas de es corregamento MORAIS 2004 A detonação gera ondas de tensões e significantes pressões de gás resul tando em complexas refrações e reflexões dessas ondas nas descontinuidades existentes no maciço rochoso causando danos O dano pode ser definido Fenômenos relacionados com tensões anômalas 3 como qualquer mudança das propriedades de um material que altere seu comportamento No caso de detonações é considerado como dano induzido por não ser de origem natural MORAIS 2004 Portanto considerando o exposto em relação às tensões atuantes nos maciços rochosos oriundas da detonação é possível notar que existem re arranjos durante e após o desmonte com uso de explosivos gerando novos conjuntos de tensões estáveis assim como descontinuidades induzidas nessa região É importante entender essa dinâmica pois as descontinuidades podem ser geradas ao longo de um certo tempo não ficando visíveis a olho nu no momento imediato após a detonação Sendo assim as vibrações oriundas das ondas de choque tração e compres são modificam o arranjo de tensões no maciço rochoso resultando na fragmenta ção e no desplacamento spalling do material além de novas descontinuidades no maciço rochoso É importante ressaltar que a alteração na estabilidade do maciço rochoso ocorre tanto em escavações a céu aberto quanto subterrâneas sendo primordial o controle das vibrações nos dois tipos de ambientes Os maciços rochosos apresentam diferentes comportamentos du rante as etapas de perfuração e desmonte de rochas com uso de explosivos devendo ser cuidadosamente avaliados antes do início das ativida des pois a falta de identificação das descontinuidades pode gerar problemas ambientais sociais e operacionais Descontinuidades oriundas das tensões anômalas ocasionadas por detonação Após a detonação ocorrer os profissionais responsáveis pela execução do desmonte liberam a área e então retornam as atividades usuais de mineração iniciando o carregamento e transporte do material desmontado Concomitan temente devese averiguar a integridade do maciço rochoso Nessa etapa iniciase a identificação visual de descontinuidades produzidas por tensões anômalas nos maciços rochosos oriundas de detonações A inspeção visual deve ser realizada por profissional capacitado que consiga identificar as novas descontinuidades registrando para posterior processamento dessas novas informações No entanto apenas a inspeção visual não permite o mapeamento na íntegra das novas descontinuidades uma vez que os danos remanescentes podem não ser visíveis a olho nu Hud Fenômenos relacionados com tensões anômalas 4 son 1993 apud CERVANTES 2011 p 66 afirma que as aberturas de fraturas decorrentes de detonações em rocha tendem a ser maiores na direção da tensão principal maior E para Bhandari 1997 apud CERVANTES 2011 p 66 Sob ação destas condições dois efeitos ocorrem Primeiramente as fissuras pré existentes cruzam o furo e isto altera o crescimento e o desenvolvimento das fraturas sob a ação do explosivo E o outro efeito decorre da concentração de tensões em torno do próprio furo sendo o padrão de faturamento influenciado pela presença de um campo de tensões não uniforme Desta forma a diferença entre as duas tensões principais no plano normal ao eixo do furo gera fraturas radiais não padronizadas uma vez que as fraturas começam a se propagar radialmente mas tendem a se desenvolver paralelamente à direção da tensão principal maior Observe a Figura 3 Figura 3 Influência do estado de tensões na propagação das fraturas produzidas pela detonação no furo Fonte Bhandari 1997 apud CERVANTES 2011 p 67 De acordo com Morais 2004 os danos remanescentes ocorrem quando há fraturamento inclusive por esmagamento e formação de fissuras radiais em torno dos furos detonados e fissuras tangenciais paralelas às faces livres Logo há sempre novas descontinuidades em diferentes escalas no maciço rochoso quando há detonação uma vez que o resultado da detonação provoca o fratura mento dinâmico da rocha pela interação de ondas de choque e da pressurização do gás no interior dos furos e das fraturas à medida que estas se desenvolvem Fenômenos relacionados com tensões anômalas 5 Zagreba 2003 apud Cervantes 2011 afirma que o número de superfícies livres coluna detonada precisão dos furos e geometria da rocha são fatores diretos no fraturamento rochoso ocasionado por desmonte de rochas com uso de explosivos No entanto como cada maciço rochoso apresenta aspectos geológicos e físicos praticamente únicos como competência famílias de descontinuidades litologias etc assim como o desmonte de rochas com uso de explosivos carga malha e produtos utilizados o fraturamento rochoso resultado da detonação também tende a ser distinto em cada local Nesse contexto se enquadra a Figura 4 que demonstra o efeito que cau sam famílias de descontinuidades no entorno de um furo de detonação e a forma da fragmentação obtida Notase que se há descontinuidades prévias estas podem auxiliar na redução do dano no maciço restringindoo em área menor do que se não houvesse a descontinuidade O oposto também pode ocorrer ou seja maciços com poucas descontinuidades podem ampliar a área de descontinuidades geradas pela detonação Nesse sentido no interior do maciço rochoso fissuras intensas podem ser geradas em ambientes onde ocorram mecanismos de propagação de tensões de tração resultando numa acumulação de danos BRADY BROWN 1993 apud CERVANTES 2011 p 63 Novamente é demonstrada a importância do mapeamento pretérito e de Plano de Fogo adequado Figura 4 Efeitos das descontinuidades na fragmentação do maciço Fonte Cervantes 2011 p 59 Fenômenos relacionados com tensões anômalas 6 Portanto Dobereiner Camargo e Jácomo 2011 p 17 expõem a importância da caracterização geomecânica que deve ser aplicada da forma mais correta sempre que possível Para uma adequada caracterização geomecânica de maciços rochosos é importante que se obtenham informações quantitativas das propriedades do maciço tanto de suas descontinuidades como também da massa rochosa sendo necessário para tal uma descrição quantitativa das descontinuidades consubstanciada com ensaios expedidos que forneçam resultadosíndice a baixos custos Saiba mais As descontinuidades originadas de detonações podem gerar problemas operacionais e com a vizinhança Logo o controle de vibrações e os mapeamentos geológicos constantes permitem reduzir esse tipo de incómodo Técnicas para manejar as descontinuidades produzidas pela detonação Considerando que cada ambiente mineiro é distinto inúmeras técnicas podem ser aplicadas para reduzir ou evitar as descontinuidades oriundas de detonações As principais técnicas de acordo com Cervantes 2011 empregadas atualmente serão apresentadas a seguir Controle na perfuração como a perfuração em si causa descontinuidades no maciço pois altera o regime de tensões a realização de furos com equipamentos adequados e com a aplicação de boas práticas auxilia a reduzir de forma considerável a geração das descontinuidades A análise geotécnica com interface de geologia estrutural permite identificar zonas mais sensíveis em que os cuidados devem ser redobrados A Figura 5 demonstra as zonas de desintegração oriundas da perfuração sendo que quando não há controle a tendência é expansão dessas áreas Figura 5 Zonas de desintegração britada e fissurada devido à perfuração da rocha Fonte Kou et al 2004 apud CERVANTES 2011 p 56 Dimensionamento adequado do Plano de Fogo o excesso de carga ou a malha de perfuração inadequada aumenta a probabilidade de geração de descontinuidades no maciço em que há detonação Logo o correto dimensionamento é essencial para evitar a presença de descontinuidades excessivas e desnecessárias na região onde ocorre desmonte de rochas com uso de explosivos A Figura 6 ilustra as zonas de fragmentação em torno de um furo detonado sendo que as zonas britada e fraturada podem ter dimensões muito distintas da imagem se não houver um adequado dimensionamento da carga e da disposição dos furos no projeto de desmonte Précorte é realizada uma linha de furos com diâmetro carga e espaçamento reduzidos o mais próximo do fim da área a ser desmontada garantindo assim a preservação do talude e consequentemente a redução das descontinuidades geradas pela detonação Essa técnica é amplamente utilizada em desmonte em bancadas e a carga explosiva utilizada é o cordel detonante de alta gramatura A seguir é possível observar fotos da técnica de précorte em suas etapas desde a perfuração Figuras 7b e 7c até o acionamento da carga explosiva Figuras 7a e 7d Figura 8 Propagação das ondas a partir de uma detonação com o efeito em uma edificação e a influência na descontinuidade do maciço rochoso Fonte Adaptada de Cervantes 2011 Além das técnicas apresentadas que são aplicadas diretamente na deto nação existem métodos corretivos no próprio maciço rochoso que aumentam o suporte ou a resistência do maciço rochoso como jet grounding que é o preenchimento de descontinuidades grampeamento que consiste na fixa ção através de grampos das descontinuidades cortina atarantada isto é inserção de elementos externos como concreto armado para conter talude e gabião ou seja módulos de aço e fragmentos rochosos a fim de conter talude É possível notar a grande influência de aspectos estruturais do maciço rochoso para a redução dos danos causados pela detonação assim como para a aplicação das técnicas expostas Logo o engenheiro de minas precisa ter bons conhecimentos acerca de geologia para desenvolver um trabalho técnico de qualidade Desse modo existem diversas técnicas que podem ser empregadas e que permitem o manejo das descontinuidades provenientes do desmonte de rochas com uso de explosivos devendo ser avaliado o custobenefício técnico e econômico no momento da seleção Uma mineração a céu aberto tinha de forma recorrente problemas com geração de descontinuidades nos taludes após os desmontes com uso de explosivos A fim de resolver a situação contratou um profissio nal para auditar as operações relacionadas com a detonação O profissional percebeu que diversos fatores não estavam em conformidade com as boas Fenômenos relacionados com tensões anômalas 10 práticas de operações mineiras tais como correta marcação dos furos pela equipe de topografia uso correto de EPIs e sinalização adequada para a área de desmonte Com essa análise repassou os dados levantados aos gestores e em comum acordo realizaram um workshop para os funcionários demonstrando as principais falhas e como corrigilas Após essas etapas os colaboradores da empresa agora mais capacitados conseguiram diminuir a incidência de descontinuidades oriundas do desmonte demonstrando que com técnicas adequadas e treinamento de pessoal é possível reduzir problemas no maciço rochoso oriundos da detonação Portanto o conhecimento básico das tensões anômalas oriundas do desmonte de rochas com uso de explosivos é essencial para o profissional que atua em minerações especialmente para as atividades de lavra Com esse entendimento é possível fazer bom uso das técnicas disponíveis no mercado o que permite a otimização econômica e a operacional fatores primordiais para o bom desenvolvimento de qualquer empreendimento mineiro Referências ALMEIDA S L M LUZ A B Manual de agregados para construção civil Rio de Janeiro CETEMMCTI 2009 Disponível em httpswwwcetemgovbrlivrositemdownload 988148aef8567b4aca75b46fb4423016e5 Acesso em 2 dez 2020 CERVANTES L M T Resistência de maciços rochosos estruturalmente complexo de mineração submetidos a carregamentos dinâmicos Tese Doutorado em Geotecnia Faculdade de Tecnologia Universidade de Brasília Brasília 2011 Disponível em httpsrepositoriounbbrhandle1048211090 Acesso em 2 dez 2020 DOBEREINER L CAMARGO F P JÁCOMO A A C Caracterização geomecânica do maciço rochoso de fundação da UHE Cachoeira Porteira Revista Brasileira de Geologia de Engenharia e Ambiental v 1 n 1 Ed Especial p 1727 2011 Disponível em https wwwabgeorgbrdownloadsrevistasRevistaABGELorenzpdf Acesso em 2 dez 2020 MORAIS J L Simulação da fragmentação dos desmontes de rochas por explosivos Tese Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Minas Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2004 Disponível em httpsrepositorioufmgbrhandle1843 BUDB8DNHFR Acesso em 2 dez 2020 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados e seu funcionamento foi comprovado no momento da publicação do material No entanto a rede é extremamente dinâmica suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo Assim os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade precisão ou integralidade das informações referidas em tais links Fenômenos relacionados com tensões anômalas 11 Contenido