Aula escavacao rocha xerox

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Aula escavacao rocha xerox

  1. 1. Disciplina: ETG033 Construção de Estradas e Vias Urbanas Profa. Jisela Aparecida Santanna Greco Escavação em Rochas O texto aqui apresentado consiste em uma compilação do seguinte material: - Livro : Manual Prático de Escavação. Terraplenagem e Escavação de Rocha. Autores: Hélio de Souza Ricardo e Guilherme Catalani. 2ºed. Editora PINI. 1990. - Apostila do Prof. Gil Carvalho Paulo de Almeida, da Faculdade de Engenharia da Universidade Federal de Juiz de Fora - Livro: Terraplenagem. Autor: Wlastermiler de Senço. Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. 1980. - Livro: Manual Prático de Terraplenagem. Autores: Isaac Abram e Aroldo V. Rocha. Salvador, Bahia. 2000. 1
  2. 2. ESCAVAÇÃO EM ROCHA INTRODUÇÃO O processo de corte em rocha deve ser iniciado com - Limpeza do corte, com remoção de toda a camada de solo existente sobre a rocha - Remoção da camada de rocha decomposta existente sobre a rocha sã (ou de uma capa de rocha muito fissurada, Através de escarificação pesada, feita com trator de esteiras pesado, usando um só dente no escarificador - o do centro entremeada ou não de terra) Quando a rocha compacta (ou rocha sã) é atingida Usar explosivos para reduzir as suas dimensões, tornando possível removê-la TIPOS DE ESCAVAÇÃO ESCAVAÇÃO A CÉU ABERTO: Executada em construção de estradas, fundações, fundações de barragens, exploração de jazidas. ESCAVAÇÃO DE TÚNEIS (não será abordada aqui) Processos convencionais de escavação de rocha a céu aberto Operações: Perfuração Explosão (fogo) Remoção da rocha PERFURAÇÃO: NOÇÕES BÁSICAS EQUIPAMENTOS DE PERFURAÇÃO Em geral, são constituídos por: perfuratriz; dispositivos de apoio e locomoção; fonte de ar comprimido. Perfuratrizes: percussivas, rotativas ou percussivo-rotativas Perfuratrizes percussivas: golpe, roda, golpe, roda, etc. Podem ser a ar comprimido (mais comum); à gasolina (leves, para blocos pequenos, com dimensões menores que 1m); hidráulicas (muito pesadas). Percussão pelo movimento de pistões, controlados por válvulas. Limpeza do furo por ar ou água. A limpeza do furo por ar é mais comum, sendo a água mais empregada em túneis, para evitar a formação de poeira (coletores de pó também podem reduzir a poluição do ar). 2
  3. 3. Perfuratrizes rotativas: demolição apenas por rotação. Montadas sobre plataformas ou carretas, podem demolir a rocha por uma das seguintes maneiras: corte da rocha; abrasão ou esmagamento. Uso principal em furos de grande profundidade. Perfuratrizes percussivo-rotativas: apresentam rotação contínua, além de percussões sobre a broca. Diferem das perfuratrizes percussivas porque estas apresentam rotação da broca descontínua e são de menor porte. Nas perfuratrizes percussivo-rotativas em geral os furos são de diâmetros maiores, de 38 (1 ½”) a 89 mm (3 ½”), podendo chegar a 125 mm (5”). Permitem rotação reversível para retirada e alongamento da broca. CUIDADOS COM A PERFURAÇÃO: - Reduzir o comprimento das mangueiras de ar, pois quanto mais comprida for essa mangueira, maior será a perda de carga na linha, reduzindo a pressão do ar. - Verificar a afiação das brocas de perfuração, para se obter melhores rendimentos e evitar perdas de ferramentas por quebra. LOCOMOÇÃO DAS PERFURATRIZES: Existem três tipos de deslocamento: entre furos; abrigo durante explosões; mudança de frente de trabalho. Locomoção manual: pequenas perfuratrizes, distâncias pequenas. Para distâncias maiores: caminhão basculante. Locomoção tracionada: nesse caso as perfuratrizes são montadas em chassis sobre rodas. Geralmente são equipamentos de peso médio e, para pequenas distâncias, a tração pode ser manual. Locomoção própria: perfuratrizes montadas sobre tratores, geralmente de esteiras, que podem inclusive rebocar os compressores de ar. Para equipamentos possantes. TAMANHO DAS PERFURATRIZES: Perfuratrizes MANUAIS são usadas em: pequenas pedreiras, pequenos cortes rodoviários, serviços que exijam pequena produção mensal, desmonte de matacões e aprofundamento de escavação para fundações, perfurações esporádicas em jazidas para pavimentação e acabamento de cortes e valas de drenagem. Transportadas manualmente a pequenas distâncias e em caminhões. WAGON-DRILL: perfuratriz sobre carreta com três ou quatro rodas e com barra de tração. Motor de rotação. Permite perfurações inclinadas até 40º com a vertical. Freios e estabilizadores, brocas de extensão. Diâmetros de furo de 40 a 64 mm, perfuratriz de 45 a 170 kg. Uso: desmonte para britagem, escavação rodoviária 2ª e 3ª categoria, escavação para fundação de barragens, desmonte para produção de rachão para enrocamento, perfuração para ancorar muros atirantados. 3
  4. 4. PERFURATRIZ SOBRE TRATOR: (CRAWLER DRILL): As unidades dotadas de perfuratriz única mais comuns trabalham com prefuratrizes de 170 a 270 kgf de peso; rotação independente; φ entre 2” e 5” (5 a 12,5 cm); consumo de ar para acionamento do conjunto da ordem de 17 m3/min à pressão de 7 kgf/cm2 (100psi). No caso de uma unidade tratora com duas perfuratrizes, as brocas possuem diâmetro de 27 a 45 mm, as perfuratrizes pesam cerca de 30 kg, o consumo de ar gira em torno de 10,3 m3/min à pressão de 7 kgf/cm2. Trata-se de um equipamento mais leve em comparação com aquele dotado de perfuratriz única. As alternativas quanto a tamanhos são muitas. A angulação frontal ou lateral é muito versátil. 4
  5. 5. PERFURATRIZES SOBRE CARRETAS E GRANDES PERFURATRIZES: PRODUÇÃO HORÁRIA DA PERFURAÇÃO: Fases de um ciclo de perfuração: T1) alinhar a broca e embocar o furo (tempo fixo); T2) perfuração (tempo variável com profundidade, tipo de rocha, velocidade de avanço da perfuratriz); T3) manuseio e colocação de hastes (tempo fixo para cada extensão); T4) retirada das hastes (tempo fixo para cada haste retirada); T5) deslocamento para novo furo (tempo fixo). T = T1+T2+T3+T4+T5 Chamando η o número de minutos efetivamente trabalhados por hora, (geralmente 50), e H1 a extensão do furo em metros, temos, em metros por hora, Ph = (η/60). H1 / T (T em horas) 5
  6. 6. EXECUÇÃO DO DESMONTE DE ROCHA (visão geral e definições) Perfuração, carga, detonação, remoção. BANCADAS: Praça, face, topo. Planejamento das bancadas: para facilitar desmonte. PLANO DE FOGO: É a definição da forma de se trabalhar em uma bancada. Inclui a definição dos seguintes parâmetros: diâmetro das perfurações (φ); afastamento (Vt , Vp); espaçamento ( E ); inclinação da face; altura da bancada (H); profundidade dos furos (H1); carga de fundo (Cf, If); carga de coluna (Cc, Ic); tampão. DIÂMETRO DAS PERFURAÇÕES (φ): As grandezas do plano de fogo dependem de φ Tipo de equipamento Diâmetro de perfuração( " ) Perfuratriz manual 1¼ Wagon drill 1½a2½ Perfuratriz sobre trator 2a5 Conjunto de perfuração 4 a 10 (ou mais) AFASTAMENTO (V): Distância entre a face da bancada e a linha de furos, e entre duas linhas de furos. Regra prática: "o afastamento teórico (Vt) é igual a 45 vezes o diâmetro da perfuração em mm." Devido a desvios por desalinhamento das perfurações, define-se o afastamento prático Vp: Vp =Vt – 0,02 H Vp = Vt – 0,05 H (linha singela) (linhas múltiplas) Sendo H a altura da bancada 6
  7. 7. ESPAÇAMENTO (E) ENTRE FUROS: Até que o espaçamento ideal seja definido, nas primeiras bancadas fazer: E = k × V (afastamento) k variando entre 1 e 1,3 Aumentar depois, conforme observação dos resultados. INCLINAÇÃO DA FACE: Geralmente de 10 a 25 º com a vertical. A inclinação ideal deve ser verificada experimentalmente. É importante conferir o paralelismo dos furos antes da carga, para evitar faces irregulares. Vantagens: - reduz sobrefuração no pé da bancada; economia de explosivos; face mais segura. Desvantagens: - maior possibilidade de desvios; cuidado no embocamento reduz produção. ALTURA DA BANCADA (H): Evitar bancadas muito altas(> 20 m) preferível escalonar em menor altura Quanto maior a altura, maior a potência necessária do equipamento de perfuração. A altura da bancada depende: Do equipamento de perfuração: Tipo de equipamento Profundidade Diâmetro do furo Perfuratriz manual Até 4 m 1 ¼" Wagon drill 3a9m 1 ½ a 2 ½" Perfuratriz sobre trator, coroa normal 6 a 18 m 2 a 5" Perfuratriz sobre trator, DTH (furo-abaixo: mecanismo de percussão na extremidade da broca, junto à coroa, para evitar dissipação de energia) 18 a 30 m 3½a7" Conjunto de perfuração 30 a 60 m 4 a 10" (ou mais) Das peculiaridades geológicas : Atravessar fraturas pode travar a broca, fazendo com que esta seja perdida. Pode ser conveniente limitar a altura da bancada em função da ocorrência de fraturas na rocha. Do acesso às bancadas: A topografia local pode alterar a escolha da altura. PROFUNDIDADE DE PERFURAÇÃO (H1 ou Hfuro): É função da altura da bancada. Em bancadas verticais, perfura-se H +0,3V, e em bancadas inclinadas, H/cos∝ +0,2 V , para evitar o repé. 7
  8. 8. H furo = H + 0,2 V cosα 0,2 V Fórmulas simplificadas, para as inclinações mais comuns: INCLINAÇÃO DA BANCADA VERTICAL 3:1 2:1 PROFUNDIDADE DA PERFURAÇÃO H+0,3 V 1,05 H + 0,2 V 1,12 H + 0,2 V Todos os elementos e critérios vistos até aqui são dados para o planejamento das bancadas, para a definição de sua geometria final. Mas o critério final de aprovação para um projeto - normalmente a escolha do menor custo aliado à maior produção - pode ser influenciado por fatores muito variados, como: - equipamento de perfuração disponível - tipo e dimensões das brocas - plano de fissuramento das rochas, que pode produzir alteração na relação espaçamento x afastamento - presença de construções civis nas proximidades, que pode limitar o tamanho ou a inclinação das faces (lançamento de pedras) - geologia e topografia locais, que podem exigir adaptações, etc CARGAS: EXTENSÃO E CONCENTRAÇÃO Extensão (I) é o comprimento da carga em metros. É função da altura de furo e do afastamento. Concentração (C) é a quantidade de explosivo por metro, expressa em g/m. Também é chamada Razão Linear de Carregamento. TAMPÃO é a parte superior do furo, cheia com areia seca, pó de pedra ou argila. Geralmente tem extensão V, e ocasionalmente Vp. A existência do tampão aumenta o poder destrutivo da explosão (fogo). 8
  9. 9. TAMPÃO lT = V CARGA DE FUNDO: Tem a maior concentração de explosivo, distribuído por igual na extensão 1,3 V. Deve ter concentração Cf em g/m igual ao quadrado do diâmetro do furo em mm. Quando detonadas várias linhas de fogo, as mais distantes da face têm quantidade maior de explosivo, para conseguir empurrar o material das primeiras linhas. CARGA DE COLUNA: Concentração Cc de 40 a 50 % da concentração da carga de fundo, distribuída na extensão lc = H1 - 2,3 V. A distribuição é conseguida por espaçadores de material inerte. (Um experimento utilizando a carga de coluna como tampão para a detonação da carga de fundo, realizada microsegundos antes da detonação principal resultou em tal poder destrutivo que não pôde ser aproveitada a brita resultante: havia se transformado quase totalmente em pó de pedra, e com lançamentos a distâncias excessivas) SEQÜÊNCIA DE FOGO: Seqüência cronológica das explosões. Linha singela de furos: zero zero zero zero Seqüência de fogo instantâneo: (em milissegundos) 25 0 0 0 0 25 Seqüência de fogo com retardo da detonação das minas junto ao talude (milissegundos) 9
  10. 10. Em detonações que precisam ser limitadas, para que a vibração não atinja locais indesejados, e quando se quer a superfície das faces bem definida, utilizam-se esperas ou retardos. No exemplo acima, o plano de fogo estabelece que primeiro sejam detonadas as minas do centro, para em seguida serem detonadas aquelas junto ao talude. Pneus acorrentados sobre a bancada também reduzem arremessos. zero 25 50 75 100 125 Seqüência de detonação em milissegundos, para mínima vibração em linha única. Linhas múltiplas de furos: Nas detonações de linhas múltiplas, o esquema mais comum é apresentado abaixo. (momentos de explosão) O objetivo é criar faces livres, facilitando a explosão. No momento em que for ocorrer a explosão das minas nº1, já haverá faces livres nos lugares onde estavam as minas zero. CONSUMO DE EXPLOSIVOS – RAZÃO DE CARREGAMENTO A razão de carregamento é expressa em quilos de explosivo por m3 de rocha (em geral, detonada, medida no transporte). Consumo de explosivo por m3 de rocha, medida no corte Rochas ígneas 0,45 a 0,62 kg/m3 Rocha branda estratificada 0,15 a 0,25 kg / m3 Rocha sedimentar dura 0,40 a 0,50 kg/m3 É possível reduzir o consumo de explosivos diminuindo o diâmetro das perfurações e a malha (espaçamento/afastamento), o que implica em aumentar a quantidade de metros perfurados. É preciso verificar a configuração de menor custo. PRODUÇÃO POR METRO DE PERFURAÇÃO Cada furo produz um volume de rocha detonada dado por v = V× E × H (mesmo com bancada inclinada). A produção por metro linear de perfuração será 10
  11. 11. P = V . E . H / H1 (m3 / m ) P = produção por metro linear de perfuração H1 = a metragem do furo O número de metros de perfuração por m3 de rocha será a perfuração específica. f = H1 / ( V . E . H ) (m / m3 ) f = perfuração específica PLANO DE FOGO ESCOLHA DO PLANO DE FOGO Depende primeiro do equipamento de perfuração disponível, que limita o diâmetro dos furos. Dentro dessas limitações, escolher o mais econômico, compatível com o tamanho dos blocos desejados (função do equipamento de carga/transporte ou das dimensões da boca do britador). Chamando: q = consumo de explosivos por m3 no corte; A= custo do quilo de explosivo; M =custo do metro de perfuração de um determinado diâmetro; f = metros de perfuração por m3 de rocha, IC = índice de custo IC = q . A + f . M Quanto menor IC, menor o custo do plano de fogo. Exemplo de um cálculo de plano de fogo (valores aleatórios) “planilha distribuída em sala de aula” EXPLOSÃO OU FOGO: DEFEITOS: OBTENÇÃO DE SUPERFÍCIES REGULARES: Os principais métodos para a obtenção de superfícies regulares a céu aberto são: Perfuração linear, detonação amortecida, e pré-fissuramento ou pré-seccionamento. MÉTODO DA PERFURAÇÃO LINEAR. Funciona bem apenas em maciços homogêneos, sem planos de estratificação, fraturas ou veios. Requer muitos furos, pouco econômico. 11
  12. 12. Executar linha de furos de pequeno diâmetro e espaçamento também pequeno sobre a linha limite da escavação Esses furos não são carregados, apenas enfraquecem o maciço, criando um plano enfraquecido de corte. Furos de diâmetro variando de 2 a 3 polegadas, espaçamento de 2 a 4 vezes o diâmetro. A profundidade mais eficiente é limitada pelos desvios da perfuração: para os diâmetros de 2 a 3" não deve ultrapassar 9 m. A última linha de furos do plano de fogo deve apresentar menor espaçamento e menor afastamento que as outras, e as duas últimas devem ser detonadas após as demais. 0,75 e MÉTODO DE DETONAÇÃO AMORTECIDA A linha de perfurações ao longo da linha limite de escavação é feita com cuidado redobrado para evitar desvios, carregada com explosivo leve (carga no fundo = 60 a 90 % da carga usada na coluna) e detonada com uma espera de atraso em relação às normais (ou após a retirada do material principal). O desvio máximo permitido no pé da perfuração é de 15 cm. A profundidade depende da exatidão no alinhamento de furação. O diâmetro dos furos varia de 2 a 6 ½ polegadas e o afastamento varia de 1,20 a 2,70 m, proporcionalmente ao diâmetro de furação. Quanto maior o diâmetro, maior a precisão do método. 12
  13. 13. Detonação amortecida : perfuração e carga Diâmetro do furo (mm) Espaçamento (m) Afastamento (m) Explosivo (kg/m) 50-62 0,90 1,20 0,12-0,37 75-88 1,20 1,50 0,200-0,759 100-112 1,50 1,80 0,37-1,10 125-137 1,80 2,10 1,10-1,50 150-162 2,10 2,70 1,50-2,20 Método do pré-seccionamento ou pré-fissuramento: Antes da escavação principal, são feitos furos (como na perfuração linear) com pequeno espaçamento na linha limite de escavação, mas que são carregados e detonados antes, para produzir um fissuramento ao longo das linhas de perfuração. Só funciona bem com desvios de perfuração menores que 15 cm no pé do furo. O melhor espaçamento é de 600 mm entre centros dos furos, e a carga de fundo deve ser de 60 a 90% da usada por metro linear na coluna. A partir da observação dos resultados, são feitos ajustes e correções. 4 LINHAS LIMITE DE ESCAVAÇÃO Pré-fissuramento : espaçamento e cargas Diâmetro do furo (mm) Espaçamento no limite (m) Explosivo (kg/m) 38-44 0,30-0,45 0,12-0,37 50-83 0,45-0,60 0,12-0,37 75-88 0,45-0,90 0,20-0,75 100 0,60-1,20 0,37-1,10 NOTAS SOBRE DESMONTE DE PEDREIRAS (PRODUÇÃO DE BRITA): Antes de iniciar a exploração de uma pedreira, deve-se remover a capa, solo superficial que, se misturado à rocha detonada, contamina a brita produzida. A escolha da técnica de desmonte a ser adotada visa evitar blocos de tamanho incompatível com a boca dos britadores primários. Quando ocorrem blocos muito grandes, devem ser fracionados por "fogachos" ou pela introdução de cunhas. Embora tenham – individualmente – baixo custo, atrasam e encarecem a extração. As pedreiras podem ser desmontadas através dos seguintes métodos: - perfurações de pequeno diâmetro e bancada baixa; - perfurações de pequeno diâmetro e bancadas altas; - perfurações de diâmetro médio; - perfurações de grande diâmetro. 13
  14. 14. Perfurações de pequeno diâmetro, em bancadas baixas: Solução adotada no caso de: Pedreiras de material irregular, com planos de fratura impedindo perfurações profundas Perfuratrizes manuais: diâmetro dos furos geralmente 7/8 ", altura máxima 6 m. Furos de levante com 3,5 a 6 m podem aumentar a produção, conforme a formação rochosa. Perfurações de pequeno diâmetro, em bancadas altas : Furos de 1 ½ a 2 ½ " executados por wagon-drill ou crawler-drill. Face da bancada vertical (mais comum) ou inclinada. Devido a grande profundidade (até 20 m), desvios são comuns, e furos de levante ajudam a evitar o repé. Para reduzir vibrações indesejáveis, por proximidade urbana ou estruturas sensíveis a essas vibrações, usar intervalos entre as detonações. A malha deve ser ajustada para produzir blocos compatíveis com a boca do britador primário. Perfurações de diâmetro médio (3 a 5 "): executadas por perfuratriz percussivo-rotativa, podem chegar a profundidades de até 30 m. Grande vibração, geralmente face inclinada. Perfurações de grande diâmetro (5 a 9 "): usadas quando o topo da bancada permite fácil acesso de conjuntos pesados de perfuração. Essa faixa de diâmetros é usada quando se deseja alta produção, grandes blocos, e pode haver grande consumo de explosivos por fogo. NOTAS SOBRE DESMONTE COM EXPLOSIVOS, DE MATERIAL DE SEGUNDA CATEGORIA: Utilizado quando o escarificador é insuficiente par arrancar o material de corte (alteração de rocha ou rocha branda). Geralmente são usadas perfuratrizes manuais, a não ser quando é preciso alta produção, quando então são usadas wagon-drills ou crawler-drills e furos de até 1 ½ ou 2 ½ ". Profundidades raramente são maiores que 3 m e não é necessária uma malha precisa, exceto para grandes blocos. ESCAVAÇÃO DE VALAS EM CORTES: Objetivo: drenagem profunda, construção de adutoras de água potável, coletores de esgoto, etc. Em valas de até 1 m de largura no fundo, são feitas duas linhas de perfuração distantes 15 a 30 cm das paredes laterais, com furos opostos ou alternados. 14
  15. 15. Furos alternados Furos opostos Quando a largura é maior que 1 m, há a necessidade de mais uma linha de perfuração central, detonada antes ou ao mesmo tempo que as laterais. A sobrefuração (excesso da altura do furo) será de 30 a 50 cm, chegando até a 90 cm em rochas muito duras. Usar dinamite 40 % (40% em peso de nitroglicerina no explosivo) ou gelatina 40 a 60 %, em ambos os casos contendo parte de nitrato de amônio na composição. Alta razão de carregamento: 0,5 a 2 kg/m3. Diâmetro dos furos de 7/8" (perfuratriz manual) ou 1 ½ a 2 ½" (perfuratrizes montadas sobre carreta ou trator). Indicações para detonação de valas Profundidade da vala (m) 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,5 2 2,5 3 3,5 4,0 Profundidade do furo (m) 0,6 0,9 1,1 1,4 1,6 1,9 2,4 3,0 3,5 4,0 4,5 Afastamento (m) 0,4 0,6 0,8 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 REMOÇÃO DO DESMONTE DE ROCHA: Destino: base de aterro ou bota-fora, enrocamentos, britadores. Equipamentos: Carregamento: escavadeiras , carregadeiras (esteira ou pneus); Transporte: caminhões basculantes (comuns: 7 a 12 t; ou fora-de-estrada : 7 a 200 t). Praças de trabalho e caminhos de serviço: fazer boa manutenção e sinalização para obter rapidez, segurança e o menor desgaste possível para o material rodante. 15
  16. 16. EXPLOSIVOS: Após a furação, os furos são carregados com explosivos, sendo o fogo iniciado pela detonação de um explosivo iniciador (uma espoleta por exemplo) no interior da massa de explosivos introduzida nas perfurações. Histórico dos explosivos, tendências 1. China : pólvora usada como pirotécnico. Mais tarde como propelente de projéteis (primeiros canhões). 2. 1354 DC: monge Shwartz: mistura explosiva semelhante à pólvora, usada para fins bélicos: morteiros, bombardas, etc. 3. 1847: Nitroglicerina (Ascanio Sobreno). Explosão muitas vezes maior que a da pólvora, mas é perigosa com movimentos bruscos ou atrito. 4. 1863: Alfred Nobel misturou Kieselguhr (base inerte absorvente) à Nitroglicerina, criando a Dinamite: explosivo com boas condições de segurança. 5. 1923, cidade de Oppan (Alemanha): ao dinamitar uma partida de Nitrato de Amônio empedrada pela umidade, provocou-se enorme explosão. 6. De outro acidente nasceu o ANFO (Ammonium Nitrate and Fuel Oil) mistura de Nitrato de Amônio e Óleo Diesel, quando o choque de um navio, carregando os dois produtos, resultou em incêndio seguido de violenta explosão que arrasou o Porto do Texas. 7. 1958: Surgem as Lamas Explosivas: tipo de explosivo que tem água como principal componente. A água possibilita a elaboração de uma solução que assume a consistência de um gel, no qual ficam em suspensão os componentes explosivos sólidos, como o nitrato de amônio e o nitrato de sódio. O gel confere à lama explosiva alta resistência à água. Pela enorme quantidade de energia útil desenvolvida, apresentam grande capacidade de trabalho na ruptura de rochas e materiais duros em geral. As lamas podem ser produzidas em fábrica ou no próprio canteiro de obras. Se produzidas em fábrica, são apresentadas em cartuchos plásticos, geralmente de 24” de comprimento e diâmetro a partir de 2”. As lamas produzidas no próprio canteiro são bombeadas para dentro das perfurações por meio de caminhões dotados de bombas. A existência de fraturas ou falhas significativas na rocha poderá ser um empecilho à utilização da lama explosiva bombeada, pois provocarão a fuga da lama. Explosivos industriais: São substâncias ou misturas de substâncias que quando excitadas por algum agente externo, são capazes de decompor-se quimicamente gerando considerável volume de gases a altas temperaturas Estas reações de decomposições podem ser iniciadas por: - agentes mecânicos (pressão, atrito, impacto, vibração, etc.) - ação do calor (aquecimento, faísca, chama, etc.) ou ainda - ação de outro explosivo (espoletas ou outros iniciadores) 16
  17. 17. A tendência atual sugere que na fabricação de explosivos industriais sejam utilizados componentes que isoladamente não sejam substancias explosivas, de forma a garantir completa segurança dentro das fábricas. É o caso da moderna lama explosiva, que é misturada no próprio local de consumo e bombeada para dentro dos furos na rocha Somente alguns segundos após o lançamento da mistura dentro dos furos (tempo necessário para a complementação da reação química) o produto torna-se uma substância explosiva Combustão, Deflagração e Detonação A reação química de decomposição do explosivo pode dar-se sob a forma de combustão, deflagração ou detonação, em função - das características químicas da substância explosiva e - das condições de iniciação e confinamento desta Combustão - É uma reação química de oxidação e geralmente ocorre por conta do oxigênio do ar. O fenômeno ocorre em baixas velocidades e tem como exemplo a queima de um pedaço de carvão. Deflagração- velocidade da reação de decomposição da substância explosiva maior que no caso anterior, chegando em alguns casos a 1.000 m/s - nesta reação há a participação não só do oxigênio do ar mas também daquele intrínseco à substância - é o caso da decomposição das pólvoras, ou ainda de explosivos mais potentes (se submetidos a condições desfavoráveis de iniciação e confinamento) Detonação- É uma reação de decomposição com a participação exclusiva do oxigênio intrínseco da substância explosiva. - Ocorre com velocidades que variam de 1.500 m/s a 9.000 m/s. Em função da quantidade de energia envolvida no processo A reação é acompanhada de uma onda de choque, também chamada onda de detonação Essa onda de choque, com sua frente de elevada pressão dinâmica Confere à detonação um enorme poder de ruptura 17 17
  18. 18. CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS: Os explosivos são classificados basicamente em três categorias Explosivos Primários ou Iniciadores: São materiais utilizados nos processos de iniciação dos explosivos propriamente ditos: Espoletas, Cordéis Detonantes. Os mais usados industrialmente são: Azida de Chumbo, Estifinato de Chumbo, Fulminato de Mercúrio, Nitropenta, etc. Não têm força para detonar a rocha, apenas para iniciar a explosão. Muito sensíveis. Explosivos secundários ou Altos explosivos: São os explosivos propriamente ditos ou explosivos de ruptura. São mais estáveis que os explosivos comuns necessitam de uma maior quantidade de energia para iniciar o processo de detonação energia esta geralmente fornecida pela ação direta da detonação de um explosivo primário É o caso das Dinamites, Gelatinas, ANFOS (mistura de Nitrato de Amônio e Óleo Diesel), Lamas, etc. Alguns materiais podem atuar tanto como primários como secundários em um processo de detonação: - É o caso da Nitropenta que no Cordel Detonante atua como explosivo primário ou iniciador e em cargas especiais (cargas de demolição) atua como secundário. Detonam com velocidades de 2500 a 7500 m/s, com pressões de até 100 000 atmosferas. Quanto ao desempenho: Explosivos Deflagrantes: São aqueles que se decompõe através de uma reação de deflagração. São também denominados baixos explosivos - Produzem queima rápida, sem grande onda de choque. - Usados na produção de mármores, paralelepípedos de calçamento, etc. O único ainda usado é a pólvora negra. Explosivos Detonantes: Decompõe-se pela reação de detonação e apresentam grande capacidade de trabalho, pelo que são também conhecidos como explosivos de ruptura. - São os explosivos industriais propriamente ditos. PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS: Força: traduz a quantidade de energia liberada pela comparação com a energia liberada por uma gelatina composta de 92% de nitroglicerina com 8% de nitrocelulose, e expressa como percentagem em relação a este padrão. Outro padrão utilizado é o nitrato de amônio. 18
  19. 19. Velocidade: a explosão é uma reação química rápida que se inicia em um ponto da massa do explosivo e se propaga por essa massa produzindo luz, calor e gases a pressão muito elevada. Supondo cilíndrica a forma do explosivo, a velocidade é medida ao longo da altura do cilindro, e pode variar de 1500 a 7500 m/s. - Os mais velozes têm nitroglicerina como base: velocidade entre 4000 a 7500 m/s - Os de nitrato de amônio: 1500 a 3000 m/s. Denomina-se velocidade estabilizada à atingida após a fase de aceleração. Varia com o diâmetro da carga explosiva. Podemos considerar como explosivo de baixa velocidade todo aquele que detonar com até 3.000 m/s, e de alta velocidade todo aquele que superar isto. Densidade (d) : quanto maior a densidade maior a concentração em um furo maior a fragmentação da rocha Na prática, a densidade de dinamites e gelatinas é medida pela quantidade de cartuchos em uma caixa de 25 kg. Quanto maior o número de cartuchos em uma caixa, menor a densidade do explosivo. A unidade de medida teórica é expressa em kg/dm3 . Segurança no Manuseio: Capacidade de resistir à explosão ou projétil (tiro), onda de choque, descarga elétrica, etc. Define forma e tipo de transporte, armazenagem, etc. Resistência à água: Alguns explosivos, como os de nitrato de amônio, não detonam quando molhados. Por isso é necessário saber se há água nos furos, para a escolha do explosivo. De um modo geral, as dinamites tem grande resistência à água, ao passo que os explosivos à base de nitrato de amônio não a têm, ou tem pouca resistência à água. A resistência à água é medida pelo número de horas que o explosivo pode ficar submerso e ainda assim iniciar com eficiência e detonar completamente com a espoleta. Quanto à resistência à água, os explosivos industriais podem ser classificados como tendo: - Nenhuma resistência à água. - Boa resistência à água- Não perdem sua sensibilidade mesmo quando submersos por um período de até 24 horas em condições de pressão hidrostática de até 3 atmosferas. - Ótima resistência à água- Desenvolvem seu trabalho normal dentro de um intervalo de 72 horas de submersão em condições de pressão hidrostática de até 3 atmosferas. 19
  20. 20. Quanto à resistência à água, os explosivos também são divididos em classes: Classe Resistência à água (horas) 1 Indefinida 2 32 a 71 3 16 a 31 4 8 a 15 5 4a7 6 1a3 7 Não resiste Sensibilidade: - quanto a sensibilidade à iniciação: - diz-se que um explosivo é sensível ao cordel detonante, à espoleta simples n.º 6, n.º 8 , etc. - quanto à indução pela explosão de um cartucho próximo, classifica-se um explosivo pela distância máxima entre cartuchos, que provoca a iniciação da explosão. É chamada sensibilidade à propagação e é expressa em centímetros. Volume de Gases: (na temperatura e pressão da explosão): De baixa expansão gasosa (até 800 l/kg) e De alta expansão gasosa (acima de 800 l/kg) TIPOS DE EXPLOSIVOS: Pólvora Negra: Baixa velocidade, baixo explosivo, higroscópico. A pólvora negra explosiva é produzida em dois tipos: Tipo A : contém nitrato de potássio, enxofre e carvão vegetal. É utilizada nas escavações a céu aberto, em corte de rocha. Praticamente não é mais utilizada no desmonte intensivo de rochas. Tipo B: contém nitrato de sódio, enxofre e carvão vegetal. Mais lenta que a do tipo A e também de menor força. É utilizada na detonação de argilas e folhelhos. Além de apresentadas na forma de pó, também podem ser apresentadas em cartuchos cilíndricos, φ 1 ¼ a 2" . Também chamada pólvora tubular, mas não tem aplicação nos desmontes de rocha. Dinamites : consistência variando de semiplástica a sólida, densidade 1 a 1,3 g/cm3 .São comercializadas na forma pura (dinamite comum) e na forma com a adição de nitrato de amônio (dinamite especial). As dinamites puras contêm nitroglicerina, nitrato de sódio, celulose, e, em alguns casos, enxofre. Nas dinamites amoniacais (dinamites especiais) parte da nitroglicerina é substituída por nitrato de amônio. De um modo geral as dinamites comuns têm elevada resistência à água. Gelatinas : São também explosivos contendo nitroglicerina, mas com consistência diferente da dinamite. Consistência plástica , caixas com 25 kg com 96 a 220 cartuchos, φ 7/8" a 1 ½." As gelatinas têm na sua composição nitroglicerina, nitrato de sódio, enxofre, farinhas orgânicas etc. Há gelatinas nas quais parte da nitroglicerina foi substituída por nitrato de amônio. São as gelatinas amoniacais, também chamadas especiais. As gelatinas amoniacais têm baixa resistência à água, mas são mais econômicas. 20
  21. 21. Anfos (Ammonium Nitrate + Fuel Oil) : basicamente nitrato de amônio . Os explosivos à base de nitrato de amônio são extremamente seguros por não ser o nitrato de amônio detonável através de espoletas. Requer a detonação de um cartucho de alto explosivo para ser iniciado. É um explosivo que precisa de escorva para detonar. Geralmente semigelatinoso ou gelatinoso. Sem resistência à água, baixa densidade, baixo custo. Devido à baixa densidade, usados em carga de coluna. Granulados : geralmente carbonitratos em forma de grãos, precisam explosão iniciante. Baixa densidade, sem resistência à água. Facilmente manuseáveis à granel. Carregamento por derrame nos furos. Principal uso em carga de coluna. Lamas explosivas: pasta fluida, com nitroglicerina e água. A água possibilita uma solução que assume a consistência de um gel, no qual ficam em suspensão os ingredientes explosivos sólidos, como o nitrato de amônio e o nitrato de sódio. O gel confere à lama explosiva alta resistência à água. Outras características: alta densidade e – pela plasticidade – alta razão linear de carregamento. Uso: carga de fundo ou – alternando com Anfo – em carga de coluna. Qualquer tipo de rocha. Cartuchos de polietileno, φ 2 a 5 ". Pastas: (Aquagel) : semelhantes à lamas explosivas, mas sem nitroglicerina. Têm partículas metálicas finas que aumentam a quantidade de energia liberada. Caixas de 25 Kg com 32 a 96 cartuchos, φ 7/8 a 1 ½". Fogachos, túneis, aplicação geral. Emulsões: Líquidos, fácil carregamento por bombeamento. Densidade maior que a da água, conseguem expulsá-la. Excelente resistência à água e densidade de carregamento. Muito estável ao atrito e choque. Iniciação com cordel detonante ou espoleta n.º 8 . Alta velocidade, cartuchos de polietileno em caixas de 25 kg. Bombeados : pastas explosivas, emulsões ou granulados, bombeados diretamente de caminhões para os furos. Seguros no transporte, porque só se tornam explosivos após mistura (nos furos). Inconveniente: vazam, quando a rocha é fraturada. ESCOLHA DO EXPLOSIVO: Levar em conta: Condições de entorno: Características da rocha; presença de água; região de aplicação (coluna, fundo); diâmetro dos furos; custo. Características do explosivo: Pressão de explosão, velocidade de detonação (para cada diâmetro), volume de gases, energia de detonação, potência disponível (p/ cada diâmetro). Não fazer grande demolição sem testar antes a eficiência. É impossível escolha definitiva sem testes locais. Consultar assistência técnica do fabricante, pois folhetos não informam tudo. ACESSÓRIOS DE DETONAÇÃO: Depois de introduzidas as cargas nos furos, é necessário fazêlas detonar, ou seja, criar uma detonação inicial que provocará a explosão das cargas. Os principais acessórios de detonação são: espoletas comuns; espoletas elétricas; cordel detonante e ascendedores. Acendedores: para iniciar a detonação de espoletas. Podem ser: estopim de segurança, estopim ultra-rápido, conectores para estopim, cordão ignitor, reforçadores. Estopim de segurança: aspecto de cordão. Núcleo de pólvora negra de nitrato de potássio, revestido com tecido impermeabilizante. Queima com velocidade uniforme, conhecida (145 m/s, ± 10%). Para detonar pólvora negra, precisa espoleta, o mesmo ocorrendo para gelatinas e dinamites. Usado para iniciar cargas a distâncias curtas e cordéis detonantes. Estopim ultra-rápido: para iniciar dinamites e nitrocarbonitratos. Alta segurança contra impacto, correntes parasitas, eletricidade estática. Velocidade na ordem de 2000 m/s. Conector numa 21
  22. 22. ponta, e na outra espoleta instantânea ou retardo. Conectores para estopim: mesmo princípio do estopim, providenciam a ligação destes com o cordão ignitor. Cordão ignitor: cordão fino e flexível , revestido com polietileno, que queima com chama firme. Usado para acender linhas de estopins em qualquer quantidade. Reforçadores (boosters): cargas explosivas de alta potência usadas para iniciar a explosão de explosivos de baixa sensibilidade, como ANFOS, pastas detonantes, e para assegurar a continuidade da onda explosiva ao longo da coluna. Combinam alta velocidade de detonação com alta energia. Geralmente são iniciados com cordel detonante, espoleta simples ou elétrica. Aumentam a segurança contra detonações falhas. Espoletas simples : cápsulas de alumínio com tetra-nitrato de penta-eritritrol (ou nitropenta) e carga iniciadora de azida de chumbo. Ligam o explosivo ao estopim comum por pressão de alicate especial. Usadas quando se quer ou pode haver seqüência de explosão (como nos fogachos, por exemplo), não quando o fogo é simultâneo, pois dificilmente os estopins atingiriam todas as espoletas ao mesmo tempo. Espoletas elétricas: são detonadas por uma corrente elétrica, sendo necessária uma intensidade mínima para provocar a detonação. Permitem detonações simultâneas. Podem ser instantâneas ou "de tempo" (que detonam instantes após a passagem da corrente elétrica; as espoletas de tempo são semelhantes às comuns, diferindo apenas por possuírem um elemento de retardo colocado entre a ponte elétrica e a carga explosiva): As espoletas de tempo podem ser "regulares", com espera de 500 milisegundos, ou "rápidas", com intervalos de tempo de 25, 50 ou 100 milisegundos, com detonações produzidas em 19 tempos de seqüência de detonação (são numeradas). Caixas de 100 unidades. Recomendações gerais dos fabricantes: • Usar fonte de energia adequada, quanto à capacidade e intensidade da corrente. • Conferir visualmente o circuito e medir as resistências elétricas. • Precauções contra choques. Somente retirar o dispositivo de proteção na hora da detonação. Evitar rádios transmissores ou outras fontes de correntes parasitas. • Manter as emendas isoladas. No mesmo fogo, usar espoletas de mesmo fabricante e modelo, para evitar variações na resistência. • Nas detonações em série, usar corrente maior que nas detonações isoladas. Nas detonações em série e paralelo, usar tabelas para determinar a intensidade da corrente. • Sempre verificar as resistências do circuito. Utilizar cordéis detonantes na iniciação à distância. Detonação: A intensidade da corrente deve ser a indicada para a espoleta, pois se MENOR, pode atrasar o aquecimento e a detonação, se MAIOR, pode avariar a espoleta sem detoná-la, ou abreviar a detonação. Circuitos de detonação: Em série: 22
  23. 23. Paralelos Em série, máximo de 50 espoletas, exceto em fogachos. Se usar corrente alternada, a intensidade da corrente deve ser maior que na contínua, devido às variações. No cálculo, levar em consideração a resistência de cada espoleta. Em circuitos paralelos: Considerar apenas a resistência dos fios. Quando usadas espoletas comuns, devem ficar nas extremidades, para evitar que sua detonação antecipada corte a corrente, impedindo a detonação das espoletas com espera. Não há limitação teórica quanto à quantidade de espoletas. Os limites são práticos. No insucesso de detonação muito extensa, torna-se muito difícil e perigoso o desarmamento. Também aumenta o tempo, e em conseqüência o risco de detonação antecipada (causada por relâmpagos, eletricidade estática da atmosfera, proximidade de linhas de alta-tensão, eletricidade estática produzida por equipamentos de rádio, televisão ou radar). Em série-paralelo : Cordéis detonantes: Forma mais segura para a detonação de fogo a céu aberto. São explosivos, e dispensam espoletas, funcionando como escorva para as cargas explosivas. Têm núcleo de alto explosivo (PETN – tetra-nitrato de penta-eritritol) e revestimento (fibras de PVC ou náilon) conforme a finalidade. Velocidade de detonação de 7000 m/s, superior a dinamite e gelatinas. Fornecido em rolos, aspecto de cabo elétrico. Circuitos como os elétricos. Ligações por nós padronizados ou fita isolante. Inicialização por espoleta elétrica ou simples (n.º 8) ou por cordel de diâmetro igual ou maior. Cuidados: Fazer ligações perpendiculares. Evitar cruzamento de pontas. Não permitir cruzamento de linhas nem mesmo aproximações. Proteger entrada de água nos furos com tampa plástica, e evitar que os cordéis se umedeçam com óleo do explosivo. Em presença de umidade, isolar extremidades. Evitar atrito e esmagamento do cordel. Antes da iniciação, conferir todas as ligações e o tensionamento dos circuitos. 23
  24. 24. Retardos para cordel detonante: 5, 10, 20, 30 , 50 e 100 milisegundos, diferenciados por cores azul, verde, amarela, laranja, vermelha e branca, respectivamente. Caixas com 50 unidades. ARMAZENAMENTO E MANUSEIO DE EXPLOSIVOS: Regulamentados pelo R-105 do Ministério do Exército. Acessórios de detonação devem ficar em paiol diferente dos explosivos, com projeto aprovado pelo prefeito do município e fiscalizado quanto à localização, proximidade de rodovias, ferrovias e habitações, etc. Quantidades de estoque são limitadas pelo projeto aprovado. Irregularidades devem ser imediatamente comunicadas à autoridade policial ou militar mais próxima. Os fabricantes costumam prestar todo o apoio em todas as fases de projeto e execução. CARREGAMENTO DOS FUROS: Regra principal: cuidado ! O carregamento pode ser manual (o mais comum) ou mecânico. É sempre lento, cuidadoso, e se mal executado pode levar a explosões incompletas, que – se não detectadas e tomadas as providências necessárias, causam acidentes. Carregamento Manual: Os furos devem estar limpos e desobstruídos. Após a furação são limpos com sopro de ar (ou colher) e removidas pedras soltas. Depois são tampados com cones de plástico (no Brasil ainda se usa capim). Os explosivos são cortados ao longo do comprimento, colocados em posição e adensados, para ocupar todo o volume do furo. Em furos lisos admite-se folga entre o diâmetro dos cartuchos e o do furo de ½", ou ¼ " em furos estreitos. Quando as paredes são ásperas, dobrar a folga. Cartuchos de dinamite não precisam ser rasgados, pois quando apiloados, o material pulverulento se amolga. Explosivos granulares podem ser despejados no furo, com auxílio de funil. A escorva, cartucho que inicia o fogo, não é socada, não pode entrar primeiro. No caso de espoleta elétrica, fica no fundo, com a ponta para cima, e inicia a explosão pela carga de fundo. No caso de cordel detonante, a carga de coluna inicia a explosão, na velocidade de propagação do cordel (~7000 m/s). Os soquetes são de madeira, às vezes de plástico, nunca metálicos. A densidade ideal é obtida socando-se mais a carga de fundo ou usando espaçadores na coluna, ou ainda utilizando explosivos de densidades diferentes. Nos furos estreitos, a carga desce por tubos de cobre ou espetada em bambu, enquanto o cordel ou fio elétrico permanece esticado por uma vara, que é retirada ao final do carregamento do furo. Nos furos estreitos e compridos, o adensamento é feito com um pilão cilíndrico de madeira, lastreado com bronze ou chumbo e suspenso por corda (se encravar um cartuxo, tem de ser desencravado). Nos furos de grande diâmetro e profundidade, o soquete é um bloco de madeira lastreado. Quando existe água no furo, o lastro é aumentado. Se os cartuchos descem pendurados por cordéis, usar cartuchos com alça ou prender a ponta da corda com cunhas (soltam-se com puxões secos). Controle de profundidade é feito com trenas de pano, lastreadas com 150 a 200 g de chumbo. NUNCA se faz o carregamento de furos quando houver possibilidade de temporal. O tamponamento é feito com o próprio resíduo da furação, com areia, com argila ou com argamassa de argila e areia (1:2); tem a finalidade de evitar a interferência indesejável de explosão de furos próximos, durante o fogo, ou a propagação de alguma explosão antecipada, acidental. Carregamento mecânico: Ainda pouco usado no Brasil, testado e aprovado para explosivos de dinamite gelatinosa. A introdução dos cartuchos através do carregador pneumático é feita por meio de ar comprimido. O operador controla a entrada de ar comprimido através de um pedal que aciona uma válvula. Os cartuchos são introduzidos manualmente e impulsionados e conduzidos para dentro do furo através de tubo metálico ou de polietileno (preferível). Os carregamentos são rápidos e produzem densidades maiores que no processo manual. Também existem carregadores mecânicos para explosivos granulares, principalmente de nitrato de amônio. 24

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