MODELAÇÃO DO CONTROLE DE IMPACTES

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XV Encontro Nacional do Colégio de Engenharia Geológica e de Minas da Ordem dos Engenheiros
MODELAÇÃO DO CONTROLE DE IMPACTES AMBIENTAIS ASSOCIADOS
AO DESMONTE COM EXPLOSIVOS NA PEDREIRA “VALE GRANDE N.º 3”
Navarro Torres, Vidal
Centro de Geotecnia do Instituto Superior Técnico, Lisboa, [email protected]
Ferreira e Silva, Júlio
Sociedade de Britas e Calcários da Carapinha de Alenquer, [email protected]
Dinis da Gama, Carlos
Centro de Geotecnia do Instituto Superior Técnico, Lisboa, [email protected]
Resumo
A detonação de cargas explosivas em furos confinados, gera grandes volumes de gases a altas temperaturas
(2000 – 5000 ºC) e pressões (10 – 40 GPa). Uma grande parte da energia útil do explosivo realiza a acção de
fragmentação do maciço, outra parte se propaga em forma de ondas sísmicas e outra fracção se transforma em
ondas aéreas.
Estes efeitos do desmonte de rochas com explosivos podem causar alterações ambientais através das
projecções, poeiras, ondas sonoras, e vibrações (Fig. 1) que podem perturbar as edificações circunvizinhas e o
conforto humano.
FONTE
AVALIAÇÃO
. Perturbação com as projecções
. Poeiras
. Distância (d)
Vibrações
. Perturbação a edificações
. Perturbação humana
. Velocidade (v)
. Frequência (f)
Ondas áreas
. Sobrepressão
. Perturbação acústica
. Poeiras
Fragmentação
ENERGIA ÚTIL DO
EXPLOSIVO
ALTERAÇÕES AMBIENTAIS
. Ruído (LeqA)
. Quantidade (g/disparo)
Figura 1 - Alterações ambientais produzidas pelo desmonte de rochas com explosivos
Na nossa época contemporânea, as operações de exploração de pedreiras devem-se realizar com rentabilidade
económica, e em simultâneo com medidas de protecção ambiental e com responsabilidade social, sendo o
desmonte de rochas com explosivos como uma das operações determinantes nestas actividades, não pode estar
ao margem de uma acção sustentável.
Para contribuir adequadamente a atingir as metas e objectivos ambientais do desmonte de rochas com
explosivos é necessário usar meios tecnológicos mais adequados e nesse sentido as aplicações computacionais
Ponta Delgada, 26 a 29 de Maio de 2005
Modelação do controle de impactes ambientais associados ao desmonte com explosivos na pedreira “Vale Grande N.º 3”
contribuem grandemente para a caracterização e análise de possíveis riscos ambientais, permitindo procurar
medidas correctivas e conseguir uma adequada protecção ambiental.
O presente artigo trata da modelação do controle de impactes ambientais associados ao desmonte com
explosivos na pedreira “Vale Grande N.º 3” da Sociedade de Britas e Calcários da Carapinha de Alenquer
(SBCCA), usando os programas adequados.
1. Modelos matemáticos para o controle de impactes ambientais
1.1. Modelos para o controle de projeções de fragmentos de rochas
O modelo de controle de projeções de fragmentos de rocha é baseada na distância máxima de projeção dos
fragmentos de rochas. Pois, a afetação ambiental estaria para distâncias menores a esta máxima.
O modelo para avaliar a distância e altura máximas (Workman, J.L. et al., 1995) para duas possíveis condições
de saída do fragmento de rochas da frente é a expressa pelas equações (1), (2), (3) e (4).
vo .sen 2α
g
2
Dmáx 1 =
Dmáx 2 =
(Equação 1)
(
vo . cos α vo .senα + (vo .senα ) 2 + 2 gh
2
)
(Equação 2)
Onde, Dmáx1 é a distância máxima de lançamento desde o pé da bancada e queda em plano horizontal, Dmáx2 é
desde uma cota superior em relação ao pé da bancada, vo é a velocidade inicial de um fragmento de rocha na
frente, α é o ângulo de saída do fragmento de rocha em relação a horizontal, h é a altura do ponto de
lançamento sobre o plano horizontal de queda e g é a aceleração gravítica.
A altura máxima atingida no lançamento hmáx1 e hmáx2 dos fragmentos para as duas condições já referidas
podem se calculadas com as equações (3) e (4).
hmáx1 =
vo .sen 2α
2g
hmáx 2 =
vo .sen 2α
+h
2g
2
(Equação 3)
2
(Equação 4)
O parâmetro determinante na solução de este modelo é a velocidade inicial do fragmento de rocha na frente,
que pode ser determinado usando o modelo Sueco (5) e figura 1 (esquerda) (Swedish Detonic Research
Foundation) ou Canadiano (Fig. 1 direita).
vo =
26000.D
Tb .d q
(Equação 5)
Onde D é o diâmetro do furo (polegadas), Tb é o tamanho do fragmento de rocha (m) e dq é a densidade de
carga (kg/m3).
Velocidade vo (m/s)
Distância máxima (m)
Diâmetro de furos
Afastamento/concentração linear de carga0.5
dc
Tb (m)
2600
Figura 1 – Distância máxima e velocidade inicial de um fragmento de rocha na frente
1.2. Modelos para o controle de vibrações e ondas aéreas
O controle ambiental de vibrações consiste em realizar desmontes evitando ultrapassa o nível máximo da
velocidade de vibração de partículas contemplado pelas normas NP 2074 e ISO 2631 relativas a danos e
incomodidade humana, respectivamente.
Para este os modelos práticos são as propostas por Attewell, P. B., et al., (1973) e Wiss, J. F. (1981)
denominado modelo de distância escalonada, expressa pela equação (14) e o modelo proposto por Dinis da
Gama, C. (1978), Holmberg e Person (1982) expreso pela equação (7).
 D 
V = K

 Q 
−N
(Equação 6)
V = aQ b D − c
(Equação 7)
onde V é a velocidade de vibração de partículas, Q é carga explosiva usada e os representados por K, N, a, b e c
são coeficientes obtidas com medições in situ e determinados mediante análise de regressão múltipla.
Para o controle da onda aérea usa-se a onda de pressão associada a detonação de uma carga explosiva, que
são vibrações no ar a baixas frequências e menores a 20Hz. O modelo usado está expressa na equação (8)
(López Jimeno C., et al. 2003).
 D 
S P = k  0.33 
Q 
b
(Equação 8)
Onde, SP é a sobrepressão (dB ou Pa), k e b são coeficientes empíricos de propagação das ondas no ar, D a
distância e Q é a carga explosiva usada.
1.3. Modelo para o controle de poeiras
Para o controle ambiental de poeiras produzidas pelo desmonte de rochas é necessário determinar a produção
de poeiras, que uma tarefa muito complicada, mas existem interessantes estudos realizados que podem servir
de base, como são a Environmetal Protection Agency (EPA) de Austrália e a de Environmental Protection Agency
(EPA) de Estados Unidos da América, que possibilitam estimar a emissões de poeiras e determinar a deposição a
distintas distâncias usando o modelo de dispersão atmosférica de partículas.
2. Resultados da modelação na pedreira “Vale Grande N.º 3”
2.1. Caracterização da operação de desmonte na pedreira “Vale Grande N.º 3”
A pedreira “Vale Grande n.º 3” da Sociedade de Britas e Calcários da Carapinha de Alenquer (SBCCA), localizada
na Serra da Ota a uns 3 km a Norte de Alenquer, explora calcário fortemente fracturado, com pega diária de 7 a
8 furos para atingir uma produção da ordem de 85000 toneladas/mês.
Estudos in situ, ensaios laboratoriais e modelação com uso do DISVOL v1.0 permitiram caracterizar que o
maciço rochosos tem uma resistência a compressão de 42.3 MPa (Is50=1.9 MPa), uma densidade de 2.5 t/m3 e
um Blastability Index de 59.8, valor que corresponde a uma qualificação de rocha fraca (Fig. 2).
Figura 2 – Blastability Index do maciço de calcário da pedreira “Vale Grande N.º 3”
Os parâmetros do diagrama de fogo utilizados na pedreira são apresentados na Tabela 1, onde H é a altura da
bancada, D é o diâmetro do furo, B é o afastamento, S é o espaçamento, L é a subfuração, i é a inclinação do
furo, L é o cumprimento do furo, Qf é a carga de fundo, Qc é a carga de coluna, Qt é a carga total e Ce é o
consumo específico de explosivo (Fig. 3).
O escorvamento é com detonadores eléctricos com micro-retardo de 25 ms e o explosivo utilizado para carga de
fundo EMULEX 731 e de coluna EMULIGTH.
Tabela 1 – Parâmetros do diagrama de fogo utilizado na pedreira “Vale Grande N.º 3”(Ferreira e Silva, J., 2005)
H(m)
D(mm)
B(m)
S(m)
J(m)
i(º)
l(m)
Qf(kg)
Qc(kg)
Qt(kg)
Ce(g/t)
15
105
3.5
4
1.3
10
16.5
15
40
55
102
Figura 3 – Parâmetros do digrama de fogo
2.2. Resultados da modelação para o controle das projeções
2.2.1. Distância máxima de projecção desde o pé da bancada e queda em plano
horizontal
A modelação das projeções de fragmentos de rocha para como o programa AIRVOL v.1.0 para este caso da
uma distância máxima de 20.06 m e altura máxima de 5.01 m (Fig. 4).
Figura 4 – Distância máxima de projeção desde o pé da bancada e queda em plano horizontal
2.2.2. Distância máxima de projecção desde uma cota superior em relação ao pé
da bancada
A modelização da projeção para o caso de fragmentos de rocha localizados a uma cota superior ao pé da
bancada da como resultado uma distância máxima de 66.44 m e altura máxima de 100.96 m (Fig. 5).
Figura 5 - Distância máxima de projeção desde uma cota superior ao pé da bancada
Estes resultado conduzem a concluir que em áreas circunvizinhas menores a 66.44 metros distância e no
sentido da frente de fogo existe risco ambiental e que é necessário ter medidas de prevenção e evitar danos.
2.3. Resultados da modelação para o controle de vibrações e onda aérea
2.3.1. Vibrações
A modelação para a predição de vibrações com o programa VIBRAVOL v.1.0 mostra que a 100 da frente de fogo
com retardos por cada furo, nesta pedreira a velocidade de vibração atinge 35 mm/s atenuando-se
gradualmente, a os 2 km é de 1.3 mm/s e a 3 km é 0.9 mm/s. Igualmente para estas distâncias as freqüências
são de 25, 15 e 14 Hz respectivamente (Fig. 6 e Tabela 2).
Figura 6 – Velocidade de vibração de partículas e freqüências em função da distância
Tabela 2 – Amplitude, velocidade, aceleração e freqüências em função da distância
Uma avaliação dos danos a edificações circunvizinhas segundo a Norma Portuguesa NP 2074 para o tipo de
maciço desmontado (1000 m/s <cp<2000 m7s), com solicitações menor que 3 por dia (1), a velocidade limite
de vibração é de 10 mm/s para construções correntes, 5 mm/s para construções que exigem cuidados especiais
(hospitais etc.). Portanto, o risco de danos existe até uma distância de 300 m a 600 m respectivamente e,
como não existem estas situações dentro de estas distâncias no caso em análise não existe risco de danos
estruturais.
No que respeita à incomodidade humana, a Norma ISO 2631 considera uma vibração mínima de 0.3 mm/s por
tanto é provável que as pessoas sintam uma ligeira vibração em zonas circunvizinhas de 3 a 4 Km, mas por
realizar-se só uma vez por dia não tem mair significado.
2.3.2. Onda aérea
A modelação do nível de sobrepressão da onda aérea e os efeitos ambientais para este desmonte permite
concluir que por exemplo a uma distância de 1 km do fogo existe uma sobrepressão de 4.12 Pa que eqüivale a
106.32 dB. Para esta distância o nível da onda aérea está no limiar das queixas pudendo provocar vibração nos
vidros das casas (Fig. 7); mas no caso desta pedreira não existe esta situação pelo que não existe problema
ambiental devido a ondas aéreas.
Figura 7 – Efeitos da onda aérea durante o fogo
2.4. Resultados da modelação para o controle de poeiras
O resultado da modelação de poeiras produzidas durante o desmonte, com o programa AIRVOL v.1.0 indica que
se gerará 11.86 kg de poeira de um total de 525 toneladas de rocha arrancada (superfície de 112 m2). O
tamanho das partículas variam de 50 a 10 micras que caem a uma velocidade de que de 0.01 a 0.19 m/s,
respectivamente (Fig. 8).
Para condições de velocidade do vento de 20 m/s e condições atmosféricas de dia ligeiro sol no momento da
realização do fogo, a uma distância de 5 km e no sentido do vento dominante a poeira em suspensão será de
61% do total inicial, quer dizer de 7.20 kg tendo depositado 7. 7 kg.
O resultado da modelação das poeiras permite obter concentrações a distintas distâncias, o que permite
comparar com os valores máximo admissíveis contemplados pelas normas em vigor e procurar alternativas de
prevenção no caso de ser maior do admitido.
Figura 8 – Geração de poeiras no fogo e partículas suspensas
3. Conclusões
A aplicação de programas para a modelação dos possíveis impactes ambientais devido a desmonte de rochas
constitui um procedimento de apoio muito importante no controle dos impactes ambientais associados.
A modelação no caso da pedreira “Vale Grande N.º 3”, permitiu concluir que as projecções não constituem
riscos ambientais, mas tem importância na prevenção de segurança do pessoal envolvido na exploração dentro
de uma distância de 66 m. As vibrações, segundo a Norma Portuguesa NP 2074, geram risco de danos até uma
distância de 300 m para construções correntes e até 600 m para construções que requerem cuidados especiais
e, a onda aérea a 1 km está no limiar das queixas. Finalmente, no que diz respeito as poeiras a modelação
permitiu estimar a geração de poeira no ar de 23 g/t de calcário desmontado que pode ser útil para fins de
identificação de riscos ambientais a causa das poeiras.
4. Bibliografia
ATTEWELL P.B. E FARMER, I.W., 1973. Attenuation of Ground Vibrations from Piles. Ground Engineering, Vol 6.
DINIS DA GAMA, C. 1978. Dynamic Stresses from Blasting Vibrations: a better to Dam Foundations.
International Symposium on Rock Mechanical Related to Dam Foundations. Rio de Janeiro.
FERREIRA E SILVA, J. 2005. Visita a uma Pedreira da Sociedade de Britas e Calcários da Carapinha de Alenquer.
VI Curso de Explosivos para responsáveis técnicos de Pedreiras e Obras de Escavação. IST Lisboa
HOLMBERG, R., 1982. Charge Calculations for Tunneling. Underground Mining Methods Handbook. W. Hustrulid
(Editor). AIME, New York.
LÓPEZ JIMENO, C. e GARCÍA BERMUDEZ, P. (2003). Manual de Perforación y Voladura de Rocas. U. D.
Projectos E.T.S.I. Minas – U.P.M. Madrid.
WISS, J.F., 1981. Construction vibrations: State-of-the-Art. American Society of Civil Engineers, ASCE Journal of
Geotechnical Engineering, Vol. 107 No. GT2.
WORKMAN J.L. AND CALDER, P. 1995. Fly rock Prediction and Control in Surface Mine Blasting. Queen’s
University, Canada.

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