UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ESTUDO DE PLANO DE FOGO PARA OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE TRANSPORTE E BRITAGEM
LUIZ EDUARDO OLIVEIRA CUNHA
JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA DA UFJF 2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA FACULDADE DE ENGENHARIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
ESTUDO DE PLANO DE FOGO PARA OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE TRANSPORTE E BRITAGEM
LUIZ EDUARDO OLIVEIRA CUNHA
JUIZ DE FORA 2013
LUIZ EDUARDO OLIVEIRA CUNHA
ESTUDO DE PLANO DE FOGO PARA OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE TRANSPORTE E BRITAGEM
Trabalho Final de Curso apresentado ao Colegiado do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Juiz de Fora, como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro Civil.
Área de Conhecimento: Mecânica das Rochas
Orientador: Guilherme Soldati Ferreira M. Sc.
Juiz de Fora Faculdade de Engenharia da UFJF 2013
ESTUDO DE PLANO DE FOGO PARA OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE TRANSPORTE E BRITAGEM
LUIZ EDUARDO OLIVEIRA CUNHA
Trabalho Final de Curso submetido à banca examinadora constituída de acordo com o Artigo 9o do Capítulo IV das Normas de Trabalho Final de Curso estabelecidas pelo Colegiado do Curso de Engenharia Civil, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Civil.
Aprovado em: ____/________/_____ ____/________/_____ Por:
______________________ _________________________________ _______________ ____ Prof. Guilherme Soldati Ferreira, M.Sc. (Orientador)
______________________ _________________________________ _______________ ____ Prof. Márcio Marangon, D.Sc.
______________________ _________________________________ _______________ ____ Prof. Roberto Lopes Ferraz, D.Sc.
AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus, por tudo que me proporcionou até hoje em minha vida e o que ainda está por vir. Aos meus pais, Luiz Carlos e Dalva, as pessoas mais incríveis e importantes em minha vida, que amo e admiro. Por me apoiarem em todos os momentos. Aos meus familiares, que de algum modo me incentivaram e me deram força. Ao meu primo, padrinho e irmão Fábio Vargas, que sempre me deu suporte e apoio em minha vida acadêmica. A todos os meus amigos de faculdade, pelos grandes momentos em que estivemos juntos por esses cinco anos de aprendizado. Aos amigos Carolina Goretti, Leonardo Assis e Lilian Cardoso pelo apoio. Ao meu orientador Prof. Guilherme Soldati Ferreira, pela paciência, ajuda, incentivo e sugestões durante este trabalho. A todos os professores que muito me ensinaram e me ajudaram a cumprir mais esta etapa da minha vida. E finalmente, a todos que proporcionaram a realização deste sonho, um muitíssimo obrigado!
RESUMO O presente trabalho, intitulado Estudo de Plano de Fogo para Otimização dos Custos de Transporte e Britagem, se apresenta como uma avaliação das variações dos parâmetros do plano de fogo para desmonte de rocha a céu aberto, destinado à produção de agregados para construção civil . Um condicionante que interfere diretamente no dimensionamento e nos custos do plano de fogo é a fragmentação, pela detonação, da rocha em função de sua destinação final. Para obtenção de uma fragmentação de qualidade, com características que atendam o método de produção do agregado, assim como compatível com os equipamentos utilizados pela empresa, o plano de fogo utilizado no desmonte primário do maciço deverá ser bem definido. A fragmentação do maciço foi estudada de acordo com o modelo de Kuz-Ram, onde inicialmente, procurou-se analisar os resultados da fragmentação do maciço variando-se apenas os parâmetros do plano de fogo, para um mesmo maciço rochoso, com o objetivo de se obter parâmetros de avaliação de sua granulometria e analisar a melhor fragmentação possível para a situação de produção de agregados. Em um segundo momento, para o plano de fogo com melhor resultado, segundo sua fragmentação ideal, foram alterados os tipos de explosivos usados e analisadas as variações na fragmentação final. Os resultados esperados foram confirmados após a análise, onde se pode observar que menores espaçamentos e afastamentos (malhas mais “apertadas”) geram um resultado melhor na fragmentação do maciço e consequentemente atingindo o objetivo principal que é a otimização dos custos para o processo de transporte e britagem do material.
LISTA DE FIGURAS Figura 1: Homem com utensílios ut ensílios de rocha..................................... rocha............................................................ ......................................... .................. 01 Figura 2: Produção de agregados no Brasil.............................................. Brasil.................................................................... ............................... ......... 03 Figura 3: Consumo de agregados no Brasil.......................................... Brasil.................................................................. ................................... ........... 05 Figura 4: Diferentes tipos de rochas ígneas.......... í gneas................................... ................................................ .......................................... ................... 07 Figura 5: Diferentes tipos de rochas sedimentares................................................. sedimentares................................................................... .................. 08 Figura 6: Diferentes tipos de rochas metamórficas......................................................... metamórficas.................................................................. ......... 09 Figura 7: Pedra britada e agregados agregados para construção civil ...................................................... ...................................................... 10 Figura 8: Rochas para revestimento ...................................................... ............................................................................. .................................. ........... 11 Figura 9: Blocos de rocha em muros de gabião......................................................... gabião....................................................................... .............. 11 Figura 10: Perfuratriz percussiva manual ............................................................ ............................................................................... ................... 12 Figura 11: Perfuratriz rotativa ............................................ ................................................................... ............................................. .............................. ........ 13 Figura 12: Perfuratriz percussivo-rotativa ..................................................... ........................................................................... ......................... ... 13 Figura 13: Perfuratriz furo-abaixo – DTH ............................................ .................................................................. .................................. ............ 14 Figura 14: Explosivo tipo pólvora negra ............................................................... ................................................................................. .................. 20 Figura 15: Explosivo tipo gelatinoso ....................................................... ............................................................................... ............................... ....... 21 Figura 16: Explosivo tipo ANFO .......................................................... ................................................................................ .................................. ............ 21 Figura 17: Explosivo tipo granulado - ANFOMAX......................................... ANFOMAX............................................................... ........................22 ..22 Figura 18: Lamas explosivas ............................................. .................................................................... ............................................. ............................... ......... 22 Figura 19: Emulsão encartuchada ................................................ ...................................................................... ........................................... ..................... 23 Figura 20: Emulsão bombeável ................................................ ...................................................................... ............................................. ........................... 23 Figura 21: Bancada para desmonte de rocha com os parâmetros para plano de fogo ............ 32 Figura 22: Diferentes tipos t ipos de malha de perfuração .......................................................... ............................................................... ..... 33 Figura 23: Seção transversal da face durante a detonação mostrando a expansão das ondas e choque ............................................. ................................................................... ............................................ .............................................. ............................................ .................... 40 Figura 24: Teoria da reflexão das ondas de choque.................................................. choque................................................................ .............. 40 Figura 25: Interação dos eventos T1 e T4 em bancada típica de pedreira .............................. .............................. 41 Figura 26: Zonas radiais de ruptura ............................................... ..................................................................... ......................................... ................... 41 Figura 27: Transporte de material detonado por caminhões fora de estrada........................... estrada........................... 51 Figura 28: Corte de um britador b ritador de mandíbulas .............................................................. ..................................................................... ....... 52 Figura 29: Corte de um britador br itador giratório ................................................................ ............................................................................... ............... 52 Figura 30: Transporte de material por esteira e seu beneficiamento ...................................... ...................................... 53
Figura 31: Classificação geomecânica do maciço rochoso r ochoso ..................................................... ..................................................... 57 Figura 32: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 1 ....................................................... ....................................................... 66 Figura 33: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 1 ............................................ ............................................ 66 Figura 34: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 2 ....................................................... ....................................................... 70 Figura 35: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 2............................................. 2............................................. 70 Figura 36: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 3........................................................ 3........................................................ 74 Figura 37: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 3............................................. 3............................................. 74 Figura 38: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 4........................................................ 4........................................................ 78 Figura 39: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 4............................................. 4............................................. 78 Figura 40: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 5 ....................................................... ....................................................... 82 Figura 41: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 ............................................ ............................................ 82 Figura 42: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 1,2 e 3 .............................................. .............................................. 83 Figura 43: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 1 e 4 ................................................. ................................................. 84 Figura 44: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 2 e 5 ................................................. ................................................. 84
LISTA DE TABELAS Tabela 1: Valores médios do consumo de agregados no Brasil de acordo com o tipo de obra ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................ .............................................. .................................... ............ 04 Tabela 2: Diâmetro de perfuração dos equipamentos ............................................................. ............................................................. 33 Tabela 3: Dados de entrada do plano de fogo ............................................................... ......................................................................... .......... 58 Tabela 4: Parâmetros do plano de fogo ............................................................ .................................................................................. ........................ 59 Tabela 5: Dados de entrada da fragmentação da rocha ......................................................... ............................................................. 60 Tabela 6: Resultados da fragmentação da rocha ....................................................... ..................................................................... .............. 61 Tabela 7: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 1 .................................... 63 Tabela 8: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 1.............................................. 1.............................................. 63 Tabela 9: Dados de entrada da fragmentação fr agmentação da rocha – situação situação de cálculo 1...................... 64 Tabela 10: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 1............................... 1............................... 65 Tabela 11: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 2 .................................. 67 Tabela 12: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 2 ........................................... ........................................... 67 Tabela 13: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 2 ................... 68 Tabela 14: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 2 .............................. .............................. 69 Tabela 15: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 3 .................................. 71 Tabela 16: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 3 ........................................... ........................................... 71 Tabela 17: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 3 ................... 72 Tabela 18: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 3 .............................. .............................. 73 Tabela 19: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 4 .................................. 75 Tabela 20: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 4 ........................................... ........................................... 75 Tabela 21: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 4 ................... 76 Tabela 22: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 4 .............................. .............................. 77 Tabela 23: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 .................................. 79 Tabela 24: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 ........................................... ........................................... 79 Tabela 25: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 5 ................... 80 Tabela 26: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 5 .............................. .............................. 81
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃ INTRO DUÇÃO O .......................................... ................................................................ ............................................ ............................................. ................................ ......... 1 1.1
Desmonte de Rocha no Cenário Brasileiro ........................................... ................................................................. ........................ 2
1.2 Objetivo ............................................ ................................................................... ............................................. ............................................. ................................... ............ 3 1.3 Justificativa....................................... ............................................................. ............................................. .............................................. ................................... ............4 2 REVISÃO BIBLIOGR BIBL IOGRÁFICA ÁFICA ............................................ ................................................................... ............................................. ........................... ..... 6 2.1 Introdução........................................................ .............................................................................. ............................................. ........................................... ....................6 2.2 Classificação das rochas ............................................. .................................................................... ............................................. ............................... ......... 6 2.2.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas ....................................................... ............................................................................. ........................... ..... 6 2.2.2 Rochas Sedimentares .................................... .......................................................... ............................................. ....................................... ................ 7 2.2.3 Rochas Metamórficas ............................................................. .................................................................................... ................................... ............ 8 2.3 Utilização das Rochas na Indústria da Construção Civil ......................................... .................................................. ......... 9 2.4 Equipamentos de Perfuração ................................................. ........................................................................ ......................................... .................. 11 2.4.1 Tipos de Perfuratrizes ........................ .............................................. ............................................. ............................................. ......................... ... 11 2.4.2 Avanços ......................................... ............................................................... ............................................ ............................................. .............................. .......14 2.4.3. Locomoção Locomoção das Perfuratrizes...................................... Perfuratrizes............................................................ ............................................ ...................... 15 2.4.4 Dimensionamento Dimensionamento e seleção das perfuratrizes ........................................... ......................................................... .............. 16 2.5 Explosivos ............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. .............................. ....... 18 2.5.1 Propriedades dos Explosivos ............................... ..................................................... ............................................. .............................. ....... 18 2.5.2 Tipos de Explosivos ............................................ ................................................................... ............................................. ............................. ....... 20 20 2.5.3 Escolha do Explosivo ......................................................... ................................................................................ ..................................... .............. 24 2.5.4 Acessórios de Detonação............................................. .................................................................... ............................................ ..................... 24 2.5.5 Armazenamento Armazenamento e Manuseio dos Explosivos ............................................ .......................................................... .............. 25 2.5.6 Carregamento dos Explosivos ............................................ ................................................................... ..................................... .............. 25 2.6 Escavações Escavações de Rocha ........................ ............................................... .............................................. ............................................. ................................ .......... 26 2.6.1 Escavações Escavações com Auxílio de Explosivos ......................... ................................................ ......................................... .................. 26 2.6.2 Escavações Escavações Mecânicas a Frio ................................................. ........................................................................ ................................. .......... 27
2.6.3 Desmonte Escultural ............................. .................................................... .............................................. ............................................ ..................... 28 2.7 Escavações Escavações............................................ .................................................................. ............................................ ............................................. .............................. ....... 28 2.7.1 Desmonte de Rochas em Bancadas ................................. ....................................................... ........................................ .................. 29 2.8 Plano de Fogo ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. .......................... ... 30 2.8.1 Escolha do Plano de Fogo ......................................................... ................................................................................ .............................. ....... 30 2.8.2 Custo de Perfuração e Detonação ............................................ .................................................................. ................................ .......... 31 2.8.3 Parâmetros do Plano de Fogo .............................. .................................................... ............................................. .............................. ....... 31 2.8.4 Volumes de Escavação (VF e VT) ............................................. .................................................................... ............................. ...... 37 2.8.5 Razão Linear de Perfuração (RP) .............................................................. ............................................................................ .............. 38 2.8.6 Razão de Carga (RC) ................................ ...................................................... ............................................. ......................................... .................. 38 2.8.7 Sequência de fogo............................................. .................................................................... ............................................. ................................ .......... 38 2.8.8 Consumo de Explosivo ......................... ................................................ .............................................. ............................................ ..................... 38 2.9 Mecanismo de Ruptura da Rocha pelos Explosivos............................................. ....................................................... .......... 39 2.9.1 Conceitos ........................................... ................................................................. ............................................ ............................................. .......................... ...39 2.10 Desmonte de Pedreiras – Seleção de Frentes ................................................. ............................................................... .............. 42 2.11 Desmonte de Pedreiras – Desenvolvimento da Jazida ................................................. ................................................. 43 2.11.1 Abertura de Acessos ....................................... ............................................................. ............................................. ................................. .......... 43 2.11.2 Decapagem Decapagem .......................................... ................................................................. ............................................. ........................................... .....................44 2.11.3 Abertura de Bancadas............................................ ................................................................... ............................................. ......................... ... 44 2.11.4 Implantação Implantação de Pátios e ADME. .............................................. ..................................................................... ............................. ...... 44 2.12 Desmonte de Pedreiras – Níveis Níveis de Produção, Abertura de Frentes ............................ ............................ 44 2.13 Desmonte de Pedreiras – Equipamentos e seu Dimensionamento ............................... ............................... 45 2.14 Conceitos, Normas e Padrões Internacionais para o Controle de Vibrações................ 47 2.14.1 Vibrações pelo Terreno ............................................. .................................................................... ............................................ ..................... 47 2.14.2 Vibrações pelo Terreno, Normas e Padrões Internacionais................................... ................................... 48 2.15 Desmontes Cuidadosos, Ajustes no Plano de Fogo............................................ ...................................................... .......... 49 2.16 Transporte do material ............................ .................................................. ............................................. ............................................. ......................... ... 50
2.17 Beneficiamento e Armazenamento do Material ...................................... ........................................................... ..................... 51 4.18 Plano de Fogo X Fragmentação do Maciço..................................... Maciço........................................................... ............................. ....... 53 4.18.1 Introdução....................................................... .............................................................................. ............................................. ................................ .......... 53 4.18.2 O Modelo de Fragmentação de Kuz-Ram ............................ ................................................... ................................. .......... 54 5 APLICAÇÃO DO MÉTODO ........................................... .................................................................. ............................................. ............................. ....... 58 58 5.1 Aplicação das Planilhas Desenvolvidas: situação de cálculo ......................................... ......................................... 61 5.1.1 Situação de Cálculo 1 .................................................. ......................................................................... ............................................ ..................... 62 5.1.2 Situação de Cálculo 2 .................................................. ......................................................................... ............................................ ..................... 67 5.1.3 Situação de Cálculo 3 .................................................. ......................................................................... ............................................ ..................... 71 5.1.4 Situação de Cálculo 4 .................................................. ......................................................................... ............................................ ..................... 75 5.1.4 Situação de Cálculo 5 .................................................. ......................................................................... ............................................ ..................... 79 6 CONCLUSÕES............................................................. .................................................................................... .............................................. ................................. ..........86 REFERÊNCIAS ......................................... ............................................................... ............................................. .............................................. ................................. .......... 88
1 INTRODUÇÃO Desde os primórdios que a vida do homem está ligada à dependência dos recursos minerais tanto para a fabricação de utensílios e até mesmo como seu habitat, por meio de cavernas, grutas e abrigos naturais. Os primeiros seres humanos tinham uma vida nômade, indo sempre em busca de locais com solos férteis f érteis e ricos em minerais, desta forma garantindo seu desenvolvimento de maneira sustentável (CAVADAS, 2012). Com o passar dos tempos, o homem aprendeu a manusear “ferramentas” feitas com
lascas de pedras e madeira, na qual as utilizavam para quebrar blocos de rochas mais frágeis, como, por exemplo, os arenitos, obtendo blocos menores. Estes tiveram grande importância no desenvolvimento das primeiras edificações que o homem passou a construir, sendo estas mais uniformes e resistentes. Mais tarde, pedras pontiagudas passaram a ser utilizadas, o que facilitou, e muito, na abertura de furos nas rochas proporcionando um material com características mais consistentes como tamanho e forma. Com este novo método de exploração, passou a se utilizar os blocos de rochas para outros fins além da construção (GERALDI, 2011).
Figura 1 – Homem Homem com utensílios de rocha (WIKIPEDIA, 2013). O Brasil é um país rico em maciços rochosos, onde encontramos o chamado “Escudo Brasileiro”, localizado na
região Centro-Oeste do país. Devido a sua grande formação
geológica de grandes maciços, as escavações de rocha são necessárias para atender projetos tanto na área da mineração quanto na construção civil. Estas escavações escavações refletem diretamente, com volumes significativos, nos custos das obras. 1
Atualmente o Brasil, encontra-se em crescimento, com grandes obras de infraestrutura e superestrutura, na qual uma grande demanda de agregados minerais é indispensável indispensável para sua execução. Rocha é um corpo sólido natural, resultante de um processo geológico determinado, formado por agregados de um ou mais minerais, arranjados segundo as condições de temperatura e pressão existentes durante sua formação (OLIVEIRA E BRITO, 1998). Para obtenção deste material, o projeto de escavação de rocha deve ser executado de forma eficiente baseado nos parâmetros que interferem diretamente tanto nos resultados de produção quanto no custo.
1.1 Desmonte de Rocha no Cenário Brasileiro No Brasil, o mercado da mineração vem desempenhando desempenhando um papel de grande importância na retomada do crescimento econômico nos últimos anos. O Brasil está entre os países com maior potencial mineral do mundo conforme o Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM, 2011). A partir do litoral do Estado de Santa Catarina, surgem as grandes extensões costeiras dominadas pelas serras litorâneas, formadas predominantemente por maciços gnáissicos, denominadas sequencialmente como Serra Geral e Serra do Mar. Estas serras se estendem pela costa atlântica dos Estados do Paraná, São Paulo e seguem dominando dominando praticamente toda a extensão e caracterizando a topografia abrupta do território dos Estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, adentrando também a faixa limítrofe destes estados com o Estado de Minas Gerais (GERALDI, 2011). Frente a esse cenário, qual o Brasil é um grande explorador de rochas, um dos principais fatores que interferem de maneira maneira direta no dimensionamento dimensionamento e nos custos do plano de fogo é a fragmentação da rocha, ou seja, a faixa granulométrica ideal que a rocha detonada deve apresentar. Ao fim do processo de desmonte cogita-se que o material obtido esteja em conformidade com a finalidade do seu destino final. No Brasil, Brasil, “agregados para construção civil” é termo usado para identificar um segmento do setor mineral que produz matéria-prima mineral bruta ou beneficiada de uso imediato na indústria da construção civil de acordo com o Instituto Brasileiro de Mineração (IBRAM , 2012) Em 14 anos, a demanda por agregados da construção civil partiu de 460 milhões de toneladas em 1997 para 673 milhões de toneladas em 2011, crescimento correspondente a 46,2% ou a taxa composta de crescimento anual (CAGR – Coumpound Coumpound Annual Growth Rate) 2
de 2,8% a.a (ao ano). Durante o período de 2001 a 2011, o aumento da demanda foi de 92,3% correspondente a 6,8% a.a. no CAGR, representando um aumento significativo, e com obras de grande porte para o futuro, a produção de agregados continuará a crescer até o ano de 2022 como mostra o gráfico abaixo. (IBRAM, 2012).
Figura 2 – Produção Produção de Agregados no Brasil (milhões/ton.), (mil hões/ton.), (IBRAM, 2012)
1.2 Objetivo Este trabalho tem por objetivo realizar um estudo de um plano de fogo, para realização do desmonte de rochas em bancadas através de explosivos para a produção de material rochoso, na forma de agregados, destinado à construção civil. Para a execução de um desmonte seguro e eficiente é necessário conhecimento e entendimento dos parâmetros do plano de fogo a ser executado, da formação geológica do local, da propagação das vibrações pelo terreno, impactos na atmosfera e etc. (GERALDI, 2011). Este estudo, o desmonte de rocha em bancadas com explosivos determinado por um plano de fogo, será realizado com o intuito de evitar evitar que erros como: a inutilização precoce precoce de pedreiras devido às maneiras erradas de exploração, danos a áreas próximas habitadas devido às vibrações provocadas pelas detonações, entre outras, ocorram novamente, e ao mesmo tempo gerando como resultado um baixo custo unitário final de produção do material para britagem. Primeiramente, será apresentada uma revisão sobre as escavações de rocha, suas características e classificações. Também as definições, tipos de perfuratrizes utilizadas no desmonte de rocha, tipos e propriedades dos explosivos a serem utilizados. Questões de 3
segurança e controle nas detonações de rochas serão analisadas ao final da revisão bibliográfica. Atualmente a maneira de se obter o plano de fogo ideal é empírica, onde inicialmente, através de correlações práticas, um plano de fogo é elaborado. Porém devido a grande diversidade dos maciços rochosos, os ajustes vão sendo feitos após tentativas e análises dos resultados a fim de se obter o plano de fogo ideal. Logo, planilhas serão elaboradas, em que os parâmetros principais de um plano de fogo, como profundidade do furo, inclinação do furo, afastamento, espaçamento, entre outros, serão variados a fim de se obter diferentes resultados em termos de quantidades, dimensões (granulometria), operações de carga e transporte e britagem da rocha, tendo como objetivo sempre o menor custo unitário para o serviço e ao mesmo tempo alcançando a fragmentação desejada para o produto final, agregado para construção civil.
1.3 Justificativa O Brasil encontra-se em uma fase de aquecimento das obras em geral, principalmente de infraestrutura. Com isto, cada vez mais, obras vêm sendo realizadas e consequentemente o aumento no consumo de materiais como os agregados de origem mineral (rochosa) que são fundamentais em produtos como, o concreto empregado na construção civil e também na execução de rodovias, ferrovias, etc. Tabela 1 – Valores Valores médio do consumo de agregados no Brasil de acordo com o tipo de obra (IBRAM, 2012)
Antigamente os afloramentos rochosos eram explorados de forma equivocada, com frente de escavação única, formando paredões rochosos, subverticais e com grandes alturas 4
que ultrapassam os 70 m. Desta forma muitas pedreiras se tornaram inexploráveis muito antes de sua capacidade total. Segundo Geraldi (2011), com este aumento nas obras de infraestrutura, frentes antigas e já quase esgotadas das pedreiras são frequentemente reaproveitadas, passando por serviços de abertura de acessos e execução de bancadas, que afeta diretamente nos custos de produção deste material, por se tratarem de serviços extremamente difíceis de executar. O segmento de produção de agregados movimenta cerca de R$ 8,3 bilhões em negócios e é responsável pelo emprego direto de 68 mil novos trabalhadores. A produção desses agregados superou a de minério de ferro, sendo este o carro-chefe da mineração brasileira. Este é um sinal de que há uma melhoria na qualidade de vida, visto que a produção desses minérios resulta em mais saneamento, habitação, infraestrutura de transporte, e em outras obras de utilidade pública (PENNA, 2010). Este estudo se torna importante, frente a crescente demanda de agregados no Brasil e no mundo inteiro. Segundo (IBRAM, 2012). com o aumento dos investimentos nacionais em infraestrutura para que o Brasil seja o país sede de eventos como a Copa do Mundo de 2014 e as Olimpíadas de 2016, garantirão a crescente alta no consumo de agregados até 2022.
Figura 3 – Consumo Consumo de Agregados no Brasil (milhões/ton), (IBRAM, 2012) No Brasil, as leis ambientais estão cada vez mais restritivas. Com a fiscalização intensa, dificuldade de obtenção e renovação de licenças, a exploração de novas pedreiras para obtenção de agregados para construção civil se torna cada vez mais difícil, portanto a maneira correta de explorá-las é muito importante, buscando sempre os melhores resultados de produção. 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Introdução Os minerais que constituem as rochas são substancias químicas que se originam a partir de processos processos inorgânicos, de decomposição química, química, geralmente geralmente definida, e encontrados encontrados naturalmente na crosta terrestre (AZEVEDO E MARQUES, M ARQUES, 2006). Devido à ocorrência de uma grande diversidade de minerais no globo terrestre que, agregados uns aos outros, formam os diversos tipos de rocha (GERALDI, 2011). Segundo Azevedo e Marques (2006), formadas naturalmente por agregados de matéria mineral, que se apresentam em grandes massas ou fragmentos, as rochas são materiais sólidos e consolidados. As rochas constituintes do globo terrestre são classificadas e agrupadas de acordo com a sua litologia, sua gênese e por suas características estruturais. Desta forma, foi determinada uma subdivisão das rochas em três grandes grupos ou classes, para os estudos da geologia do planeta (GERALDI, (GERALDI, 2011).
Rochas ígneas ou magmáticas.
Rochas sedimentares.
Rochas metamórficas.
2.2 Classificação das rochas 2.2.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas Segundo Geraldi (2011), as rochas ígneas ou magmáticas são originadas a partir do resfriamento do próprio magma original, formador do globo terrestre. Ocorrem geralmente na forma de grandes massas originadas em profundidades, denominadas batólitos, ou na forma de derrames superficiais e diques intrusivos, provenientes de efeitos de vulcanismos (rochas vulcânicas). As rochas ígneas ou magmáticas geralmente são duras, cristalinas, com composição mineral bastante definida. Segundo Azevedo Azevedo e Marques (2006), as rochas magmáticas podem ser:
Intrusivas – a formação se da pelo resfriamento lento do magma no interior da Terra, através de fenômenos internos conhecidos como plutonismo, permitindo a perfeita cristalização cristalização dos minerais.
Extrusivas – devido devido aos derrames de lava, que se resfriam r esfriam rapidamente, impedindo a cristalização dos minerais. Estão ligados aos fenômenos externos, conhecidos como vulcanismo. 6
Figura 4 – Diferentes Diferentes tipos de rochas ígneas (CIENTIC, 2013). (CIENTIC, 2013).
2.2.2 Rochas Sedimentares Devido à ação dos processos de intemperismo e desagregação, provocados por agentes da natureza, como a chuva, a neve e o vento, em maciços já existentes, e a posterior sedimentação dos componentes minerais liberados, provenientes destes maciços, são formadas as rochas sedimentares. Formações sedimentares jovens (recentes), correspondentes ao Eon Fanerozoico, Períodos Terciário e Quaternário (2 milhões de anos) e também rochas mais antigas, correlacionadas aos períodos imediatamente posteriores à formação do globo terrestre podem ser identificadas (GERALDI, 2009). Segundo Geraldi (2009), as formações recentes, podem ser classificadas como:
Aluviões: Depósito de fragmentos arredondados de rocha, de faixa granulométrica variada, transportados por curso de água e depositados em seu próprio vale, no leito do rio ou em suas margens, ou ainda em sua foz.
Eluviões: também denominados terraços, provenientes da fragmentação da rochamatriz por processos erosivos naturais são formados os depósitos de rocha, sem que ocorra o carreamento e transporte dos fragmentos de rocha. São denominados depósitos in situ.
Coluviões: compostos por blocos e fragmentos de rocha de diversos formatos e diferentes tamanhos, envolvidos por material de textura granular e fina. Os coluviões se formam devido à processos erosivos, desagregação e decomposição natural de rochas, que são transportados por gravidade e carreados por pequena distância. Estes, de acordo com sua granulometria, são denominados da seguinte forma: 7
Tálus: sedimentos predominantemente composto por grandes blocos, angulosos, tamanhos diferentes e envolvidos por material de granulometria mais fina.
Colúvios: sedimentos compostos por blocos de tamanhos menores, granulometria homogênea e fina.
Depósitos marinhos e lacustres: devido à solubilidade dos componentes minerais, sendo estes transportados pelos cursos d’água e depositados mais à frente, em águas calmas, que facilitam a sedimentação pela precipitação. Estes depósitos apresentam características físicas totalmente diferentes das citadas acima.
Figura 5 – Diferentes Diferentes tipos de rochas sedimentares (CIENTIC, 2013). (CIENTIC, 2013).
2.2.3 Rochas Metamórficas A partir de rochas preexistentes, originam-se as rochas metamórficas a partir de transformações litológicas e estruturais causados por efeitos termodinâmicos, gerados pelos fenômenos de dinâmica interno do globo terrestre, como erupções vulcânicas e terremotos. Estes efeitos aprecem nos maciços pelos planos de falha, fraturas e dobramento das camadas mais antigas (GERALDI, 2011). Segundo Geraldi (2011), as rochas metamórficas apresentam estruturas de aspecto maciço ou apresentam foliações mais atuantes, como a xistosidade, que podem ser planas ou dobradas devido à efeitos de estresse próprio aos processos metamórficos.
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Figura 6 – Diferentes Diferentes tipos de rochas metamórficas (CIENTIC, 2013). (CIENTIC, 2013).
2.3 Utilização das Rochas na Indústria da Construção Civil Segundo Oliveira e Brito (1998), os materiais rochosos são utilizados na construção civil em diferentes formas para diferentes usos:
Pedra britada, pedrisco, areia artificial, pó de pedra, seixos e areia natural usados em concretos hidráulicos e betuminoso, como filtros e transições em barragens de terra e de enrocamento, como lastro de ferrovia e como drenos em outras obras civis, tais como estradas, aeroportos, estações de tratamento de água, etc.;
Placas de pedra para revestimentos de paredes e pisos;
Blocos usados como elementos estruturais em barramento de água ou como proteção de taludes, encostas e portos marítimos, na forma de enrocamentos e como muros de arrimo.
Para a utilização dos materiais rochosos nas diferentes formas, os mesmos devem atender a determinadas especificações técnicas como (GERALDI, 2011):
Dureza e tenacidade.
Baixa abrasividade.
Composição mineralógica adequada, com ausência de elementos radioativos e sujeitos a alterações por intemperismos.
Resistência a polimentos.
Resistência à compressão.
Baixa capacidade de absorção de líquidos.
Quando britados – apresentar apresentar formas equidimensionais e regulares das partículas.
Quando serrados em chapas – apresentar apresentar maior resistência à flexão. 9
Segundo Geraldi (2011), na seleção de pré-jazidas de materiais rochosos para utilização na construção civil, ensaios e normas técnicas são seguidos. A seguir são apresentados alguns tipos de rocha para cada finalidade:
Pedra britada e agregados: rochas como granitos, sienitos, basaltos, granodioritos e outras rochas magmáticas; rochas metamórficas do tipo gnaisses e migmatitos; rochas sedimentares do tipo cascalhos e areias. Tipos de calcários e dolomitos mais resistentes também podem ser usados. Materiais com grande abrasividade, como os quartizitos e alguns xistos mais duros e resistentes, são evitados pois provocam um desgaste prematuro nas ferramentas de perfuração e nos componentes componentes de britagem.
Figura 7 – Pedra Pedra britada e agregados para construção civil (IBRAM, 2012).
Placas para revestimento: antigamente só utilizavam os mármores, ardósias e folhelhos para pisos e revestimentos, mas com o avanço tecnológico outros materiais passaram a ser utilizados para esta função, tais como os granitos, alguns tipos de quartizitos e mesmo basaltos, riolitos e diabasios.
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Figura 8 – Rochas Rochas para revestimento (KARILLASANTOS, 2013). (KARILLASANTOS, 2013).
Blocos de rocha: esses materiais em geral são utilizados em obras como alvenarias de pedras, muros de arrimo e enchimento de gabiões como mostra a figura abaixo. Nessas obras obras são empregadas empregadas todas as rochas rochas que são utilizadas para a produção produção de agregados. Já para obras de maior porte, somente maciços com baixo grau de fraturamento e com ausência de foliações, como os granitos, gnaises oriundos de formações cristalinas maciças podem ser utilizados. util izados.
Figura 9 – Blocos Blocos de rocha em muros de gabião (GOOGLE, 2013). (GOOGLE, 2013).
2.4 Equipamentos de Perfuração 2.4.1 Tipos de Perfuratrizes Perfuratrizes Segundo Ricardo e Catalani (2007), os furos feitos a distâncias predeterminadas, em diâmetros que no Brasil varia de 33 mm a 100 mm, requerem a utilização da perfuratriz, sistemas de avanço, apoio e locomoção e fonte de ar comprimido. 11
As perfuratrizes usadas na escavação de rocha são classificadas em: percussivas, rotativas, percussivo-rotativas e de furo-abaixo (DTH).
2.4.1.1 Percussivas Percussivas A perfuratriz percussiva reproduz um giro na broca, imediatamente após cada golpe. Esse giro, sempre de um pequeno arco de círculo, é, portanto, descontínuo. Assim, ocorre a perfuração manual, caracterizada por dois movimentos distintos e independentes: independentes: golpeamento da broca, seguido de rotação da broca. O acionamento geralmente é por ar comprimido, mas também à gasolina (para pequenos trabalhos) ou hidráulica (muito pesadas) (RICARDO E CATALANI, 2007).
Figura 10 – Perfuratriz Perfuratriz percussiva manual (REZENDE, 2012).
2.4.1.2 Rotativas O equipamento é montado sobre uma plataforma, permitindo uma maior facilidade de locomoção e não há percussões, pois a perfuratriz transmite à broca somente movimento de rotação, podendo demolir a rocha por corte, abrasão e esmagamento. São utilizadas utili zadas para furos de grandes profundidades, como prospecções geológicas, poços artesianos, prospecção e exploração de poços petrolíferos. Também utilizados para perfuração das rochas para a introdução de explosivos (RICARDO E CATALANI, 2007).
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Figura 11 – Perfuratriz Perfuratriz rotativa (REZENDE, 2012).
2.4.1.3 Percussivo-rotativas Percussivo-rotativas Ao contrário da perfuratriz percussiva que apresenta porte menor e tem rotação da broca descontínua, as perfuratrizes percussivo-rotativas possuem percussões sobre a broca, além da rotação contínua. Geralmente utilizada para perfuração de diâmetro maior (38 mm a 89 mm), podendo chegar a 125 mm. O movimento da rotação pode ser produzido por motor de pistões, colocado no cabeçote do equipamento ou por motor independente. Ambos a rotação é reversível, facilitando, assim, o alongamento da broca e a retirada da perfuração (RICARDO E CATALANI, 2007).
Figura 12 – Perfuratriz Perfuratriz percussivo-rotativa percussivo-rotativa (REZENDE, 2012).
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2.4.1.4 Furo-abaixo (DTH) Ao se atingir profundidades razoavelmente grandes para o avanço do furo, o esforço percussivo produzido na superfície é transmitido por meio das hastes até a extremidade do furo, acarretando uma dissipação de energia prejudicando o avanço da perfuração. A perfuratriz furo-abaixo evita essa dissipação de energia, uma vez que o mecanismo de percussão está na extremidade da broca, junto à coroa, parte mais extrema da broca e que efetivamente trabalha contra a rocha. Geralmente é aplicada em pedreiras de bancadas altas, acima de 20 m e possui um diâmetro de 75 mm a 225 mm. As vantagens é que a limpeza do furo é mais eficiente e o rendimento em metros de furo é maior para a mesma quantidade de ar comprimido, e, as desvantagens, em que a velocidade de perfuração e a vida útil das pastilhas são menores, menores, não trabalham muito bem em rochas fraturadas ou na presença presença de água (RICARDO E CATALANI, 2007).
Figura 13 – Perfuratriz Perfuratriz furo-abaixo (REZENDE, 2012).
2.4.2 Avanços Para que se possa progredir com o furo e que ocorra um bom trabalho de demolição da rocha, é necessário um esforço sobre a perfuratriz. Nas perfuratrizes manuais, o operador executa o esforço, porém com a redução de custos da mão-de-obra e aumento da produção, avanços que dispensam o esforço humano foram desenvolvidos. Estes sistemas de avanço exercem pressão sobre o equipamento, podendo ser pneumático, de corrente e de parafuso (RICARDO E CATALANI, 2007).
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2.4.2.1 Avanço Pneumático O seu acionamento se dá por ar comprimido. Um conjunto pistão-cilindro é ligado à perfuratriz, sendo o esforço sobre ela produzido produzido pelo deslocamento deslocamento do pistão contra o cilindro apoiado em um ponto fixo. Este avanço foi muito utilizado na escavação de túneis, obtendo como vantagens a economia de mão-de-obra, a pressão de avanço é mantido com maior uniformidade e uma maior produtividade da perfuratriz. Nas escavações a céu aberto apareceram com o nome de “bencher” (RICARDO E CATALANI , 2007).
2.4.2.2 Avanço de Corrente Diferente do avanço pneumático, o esforço é exercido mecanicamente por uma corrente ligada à perfuratriz, tracionada provocando uma pressão da perfuratriz contra a broca, e desta contra a rocha. Nas escavações a céu aberto, o avanço da corrente é largamente utilizado, embora a perfuração possa não ser muito exata com relação à direção, e sendo a pressão exercida sobre a perfuratriz constante, quanto mais branda a rocha, maior a velocidade de perfuração (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.4.2.3 Avanço de Parafuso Igual ao avanço de corrente, este avanço também é feito mecanicamente, mas há a substituição da corrente por um longo parafuso. O avanço de parafuso quando comparado ao de corrente apresenta maior rapidez na perfuração, a posição do motor na extremidade superior torna-o menos vulnerável vulnerável a choques e a vida útil do parafuso é da ordem de 50 mil m de perfuração, mas no caso do parafuso ser danificado, ele deverá ser substituído e sua estrutura de suporte de liga de alumínio é facilmente prejudicada por choques (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.4.3. Locomoção das Perfuratrizes É necessário o deslocamento dos equipamentos para que se possa perfurar diferentes furos localizados no canteiro de obras e após esse processo, a retirada e abrigo dos mesmos para que ocorra a detonação, e consequentemente, consequentemente, o deslocamento para novas frentes de trabalho (GERARD, 2006).
2.4.3.1 Locomoção Manual As perfuratrizes manuais são operadas e deslocadas manualmente por seus operadores na sequência dos furos. Para distâncias maiores, o transporte é feito por veículo, geralmente
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um caminhão basculante que serve na linha de transporte da rocha detonada (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.4.3.2 Locomoção Tracionada Com a introdução de rodas e de uma estrutura de suporte, os deslocamentos ficaram mais simples e a produção das perfuratrizes não dependeu tanto de mão-de-obra. O equipamento foi montado em chassi sobre rodas, facilitando sua locomoção. Com esta locomoção tracionada ocorreu o desenvolvimento de perfuratrizes maiores, com maior produção (GERARD, (GERARD, 2006).
2.4.3.3 Locomoção própria Com a evolução do mercado, as perfuratrizes foram montadas sobre tratores, geralmente sobre esteiras, dispensando a utilização de qualquer outro veículo auxiliar. Assim, gerou a facilidade e rapidez de deslocamentos mais longes e também o desenvolvimento de equipamentos mais pesados e com rotação independente. As perfuratrizes montadas sobre esteiras facilitaram o acesso em rampas íngremes e o deslocamento sobre terrenos irregulares, o que é comum no serviço de escavação de rocha (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.4.4 Dimensionamento e seleção das perfuratrizes Para selecionar e dimensionar as perfuratrizes deve-se seguir alguns parâmetros, como:
Velocidade de perfuração dos equipamentos;
Litologia dos maciços rochosos – tipo tipo de rocha a perfurar;
Condições estruturais dos maciços rochosos.
2.4.4.1 Velocidade da perfuração perfuração Segundo Geraldi (2011), a velocidade é expressa em metros/minuto ou em metros/hora, sendo este o principal parâmetro na escolha de uma perfuratriz nos projetos de escavações em rocha. Para um mesmo tipo de rocha, a velocidade pode variar muito, pois outros parâmetros influenciam na velocidade a ser alcançada, alcançada, como:
Classe e potência da perfuratriz a ser utilizada;
Diâmetro de perfuração;
Maior ou menor profundidade do furo;
Tecnologias modernas utilizadas em perfuratrizes e ferramentas;
Problemas operacionais; 16
Perfil dos furos: verticais, inclinados incli nados ou horizontais.
Em relação à velocidade de perfuração deve-se estar atento às seguintes condicionantes:
As perfuratrizes percussivas ou rotopercussivas terão um desempenho melhor do que as rotativas em se tratando de rochas sãs, duras e resistentes;
As perfuratrizes percussivas geralmente são mais lentas que as rotopercussivas;
Furos de diâmetro superior serão executados mais lentamente que os de menor diâmetro;
Para furos com diâmetros acima de 45mm devem ser utilizadas perfuratrizes montadas sobre carretas de perfuração, enquanto que de diâmetros inferiores à este, as perfuratrizes percussivas manuais atendem de forma rotineira;
Com o aumento da profundidade do furo, a velocidade da perfuração cai devido à necessidade de manobras e acoplamento de hastes e pela perda gradual de energia de percussão e rotação, provocada pela extensão e pelo peso da coluna de perfuração;
As perfuratrizes DTH terão melhor desempenho em furos profundos, se tratando de rocha sã. Na situação de rocha alterada ou branda, as perfuratrizes rotativas terão melhor desempenho;
A velocidade das perfuratrizes hidráulicas são superiores quando comparadas às perfuratrizes pneumáticas; pneumáticas;
Os próprios operadores e as condições mecânicas das perfuratrizes são os problemas operacionais mais comuns, interferindo assim, na velocidade da perfuração. As deficiências de ar comprimido, a capacidade instalada ou perda de carga são os causadores dos problemas nas perfuratrizes pneumáticas;
Os furos inclinados ou horizontais são perfurados com uma velocidade menor se comparado com os furos verticais, mesmo com diâmetro e profundidade iguais. Em furos horizontais, geralmente usados em escavações subterrâneas, são utilizados braços, lanças ou avanços para suportar o peso da perfuratriz e impulsionar a ferramenta contra a superfície rochosa, com isso a velocidade praticamente se iguala a velocidade velocidade que os furos verticais atingiriam.
É necessário estabelecer uma velocidade de perfuração média que atenda aos planos de fogo e aos volumes de escavação de rocha, previstos no projeto e nos cronogramas da obra 17
ou da mineração. Após, será feito a seleção e a quantificação das máquinas necessárias e o fornecimento de ar comprimido. Segundo Geraldi (2011), outros fatores que podem interferir no cálculo da velocidade são: maior grau de fraturamento do maciço; presença de faixas ou bolsões de rocha alterada; condições topográficas locais; condições mecânicas da perfuratriz; problemas de operação; manobras e posicionamento das perfuratrizes; necessidade de furos com maiores diâmetros e maior profundidade dos furos.
2.4.4.2 Emboque dos furos e pressão de avanço Independente da perfuratriz em utilização, do diâmetro e a natureza do furo a executar e a classe de maciço rochoso a perfurar, alguns cuidados deverão ser tomados com relação ao emboque dos furos e a pressão de avanço. (GERALDI, 2011). O ponto de emboque do furo deverá estar convenientemente limpo, onde a remoção manual o solo capeante e de lascas rochosas é muito importante. Ao se prosseguir com a perfuração, já com a lança ou o braço da perfuratriz apoiado e pressionado contra o maciço, o operador deverá utilizar a percussão e a rotação em níveis reduzidos até que se configure o perfil ou a circunferência do furo. Para que toda a energia gerada pelos p elos impactos do pistão seja transmitida através da haste para a coroa que vai quebrar a rocha, executando o furo, o operador deverá aumentar gradativamente a percussão e a rotação, mantendo a pressão de avanço da perfuratriz firme e constante. Caso isso não ocorra, poderá causar danos mecânicos e uma queda brusca na velocidade de perfuração (GERALDI, 2011).
2.5 Explosivos 2.5.1 Propriedades dos Explosivos É importante conhecer as propriedades dos explosivos, pois, com os diferentes tipos do mesmo, cada um será utilizado para um tipo de serviço. Do ponto de vista da escavação a céu aberto, as propriedades são classificadas em (RICARDO E CATALANI, 2007):
2.5.1.1 Força É a quantidade de energia liberada na detonação, expressa em porcentagem (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.5.1.2 Sensitividade Segundo Geraldi (2011), é a capacidade de um explosivo ser detonado por choques. A nitroglicerina é extremamente sensitiva, sendo facilmente detonada. 18
2.5.1.3 Velocidade Após a explosão da rocha, ocorre uma reação química com a produção de luz, calor e gases a uma pressão elevada. A velocidade com que a frente da reação química avança num explosivo de forma cilíndrica é definida como velocidade de detonação do explosivo. Esta velocidade varia de 1.500 a 7.500m/s (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.5.1.4 Sensibilidade É a capacidade de propagação da onda gerada pelo explosivo de um cartucho a outro, ou de toda a coluna explosiva presente no furo. A sensibilidade pode ser afetada pela falta de contato entre cartuchos ou por “vazios” criados em furos mal carregados (GERALDI, 2011).
2.5.1.5 Resistência à água Ao se detonar uma rocha, é importante saber se tem concentração de água nos furos, pois alguns tipos de explosivos explosivos não são resistentes resistentes à água, água, e assim, ficarão neutralizados e não não detonarão. Esta resistência é medida pelo número de horas em que, tendo o explosivo ficado submerso em água, é ainda capaz de ser iniciado com eficiência e detonar completamente através de uma espoleta nº 6, conforme o “Bureau of Mines -USA”
(RICARDO E
CATALANI, 2007).
2.5.1.6 Densidade Segundo Geraldi (2011), explosivos com maior densidade significam maior concentração de carga explosiva por metro linear de furo, consequentemente aumentando a razão de carregamento que é representada pela carga do explosivo (kg) por metro cúbico de rocha a detonar.
2.5.1.7 Segurança no manuseio Para Ricardo e Catalani (2007), até o explosivo chegar à área de detonação, ele sofre vários choques e transbordos, assim é de suma importância a segurança no manuseio para que não ocorra a detonação com facilidade.
2.5.1.8 Volume de gases Segundo Ricardo e Catalani (2007), os gases se desenvolvem ao longo da explosão e seu volume refere-se ao volume na temperatura e pressão de explosão, sendo divididos em duas classes: baixa expansão gasosa (até 800L/Kg) e alta expansão gasosa (acima de 800L/kg). 19
2.5.1.9 Gases tóxicos Os gases gerados a partir da explosão nas escavações em subsolos podem causar nos trabalhadores do desmonte, dores de cabeça e náuseas (RICARDO E CATALANI, 2007). Estes gases são classificados em:
Categoria A: até 22,6L/Kg – classe classe 1 (pouco gases tóxicos)
Categoria B: de 22,6L/Kg até 46,7L/Kg – classe 2 (quantidade elevada de gases tóxicos)
Categoria C: mais de 46,7L/Kg e menos de 94,8L/Kg – classe 3 (quantidade elevada de gases tóxicos).
2.5.2 Tipos de Explosivos 2.5.2.1 Pólvoras negras Com a descoberta da nitroglicerina, a pólvora foi sendo pouco utilizada. São de baixa velocidade, enquadradas na categoria de baixos explosivos, muito higroscópicas, não podem ser utilizadas na presença de água. A pólvora é produzida em dois tipos (RICARDO E CATALANI, 2007):
Tipo A: Praticamente utilizada para cortar pedras na produção de paralelepípedos, lajotas para revestimento de pisos e paredes, sendo pouco utilizada para desmonte intensivo de rocha.
Tipo B: Utilizada na detonação de argilas e folhelhos, sendo de menor força e mais lenta.
Figura 14 – Pólvora Pólvora Negra (JROMAO, 2013). (JROMAO, 2013). 20
2.5.2.2 Gelatinas e Semi – Gelatinas Gelatinas Utilizados no desmonte de rochas muito duras, médias, a céu aberto, subterrâneas ou subaquáticas e apresentam alta resistência à água, baixa quantidade de nitroglicerina, menor velocidade e custo (MANUAL BRITANITE, 2010).
Figura 15 – Explosivo Explosivo gelatinoso (BRITANITE, 2012). (BRITANITE, 2012).
2.5.2.3 Anfos Basicamente composto de nitrato de amônia e é necessária a utilização de outro explosivo semigelatinoso, gelatinoso ou de um reforçador para iniciar o processo de detonação. Não possuem resistência à água, contém baixa densidade e baixo custo. Por ter baixa densidade, é utilizado para preenchimento de carga de coluna (RICARDO E CATALANI, 2007).
Figura 16 – Explosivo Explosivo tipo ANFO (WORLDAFFAIRSBOARD, (WORLDAFFAIRSBOARD, 2013). 2013).
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2.5.2.4 Granulados Segundo Ricardo e Catalani (2007), são em formatos de grãos e é necessária a detonação prévia de uma carga explosiva para dar início à explosão dos granulados. Não possuem resistência à água, são de baixa densidade e são facilmente f acilmente manuseáveis a granel e adequados ao carregamento pneumático dos furos.
Figura 17 – Explosivo Explosivo tipo granulado Anfomax (BRITANITE, 2012). (BRITANITE, 2012).
2.5.2.5 Lamas explosivas Possuem consistência de uma pasta fluida contendo principalmente água em sua fórmula. Têm alta densidade e por ter uma consistência pastosa, ocorre o preenchimento total do furo, ajudando assim, na energia liberada. Pode ser aplicado em quase todos os tipos de rocha (RICARDO E CATALANI, 2007).
Figura 18 – Lama Lama explosiva (MANUAL BRITANITE, 2012)
22
2.5.2.6 Pastas Semelhantes às lamas explosivas, porém não contém nenhuma sensibilização por nitroglicerina e por conter uma adição de partículas metálicas finíssimas, aumentam a quantidade de energia liberada (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.5.2.7 Emulsão Encartuchada E ncartuchada Explosivo encartuchado com alto poder de ruptura, alta resistência à água e grande potencia de detonação. Ideal para aplicação em minerações subterrâneas, a céu aberto, desmontes subaquáticos subaquáticos e construção civil em geral (MANUAL BRITANITE, 2010).
Figura 19 – Emulsão Emulsão encartuchada EMEX (EMEX, 2013).
2.5.2.8 Emulsão Bombeável São explosivos que preenchem totalmente o volume do furo, resultando em uma melhor distribuição e transmissão da energia para a rocha, eliminado os espaços anelares tomadores de energia. A facilidade na aplicação otimiza o ciclo de carregamento e reduz os custo com mão-de-obra. Sua aplicação é feita por unidades móveis de bombeamento, caminhões especiais (MANUAL BRITANITE, 2010).
Figura 20 – Explosivo Explosivo tipo emulsão bombeada (BRITANITE, 2012). 23
2.5.3 Escolha do Explosivo Segundo Ricardo e Catalani (2007), para que se possa escolher o tipo de explosivo certo, é necessário levar em consideração alguns fatores, como:
Dureza da rocha (dura, média, branda);
Tipo de rocha (ígnea, metamórfica, sedimentar);
Natureza da rocha rocha (homogênea (homogênea fraturada);
Presença de água;
Região a que se destina (carga de fundo, carga de coluna);
Diâmetro dos furos;
Custo.
Além das informações dos folhetos técnicos, é bom procurar informações que permite uma previsão do desempenho do explosivo, como:
Pressão de explosão;
Velocidade de detonação;
Volume de gases;
Energia absoluta;
Energia relativa;
Razão linear de energia;
Potência disponível.
Outro fator importante é testar o explosivo com a rocha a ser escavada e comprovar a sua eficiência antes de comprar uma grande quantidade.
2.5.4 Acessórios de Detonação É através dos acessórios que ocorre a detonação inicial, que provocará a explosão, sendo estes utilizados na escavação a céu aberto:
Espoletas simples;
Espoletas elétricas;
Cordel detonante;
Acendedores;
Reforçadores (“boosters”);
Escorvas;
Sistema Não Elétrico. 24
2.5.5 Armazenamento e Manuseio dos Explosivos Deve seguir estritamente aos regulamentos ditados pelo Ministério do Exército através do R-105, não podendo o armazenamento, o manuseio e o transporte dos explosivos serem feito de forma improvisada. Segundo Ricardo e Catalani (2007), os explosivos e os acessórios de detonação não podem ficar armazenados em um mesmo paiol. Este, deve se localizar a uma distância mínima das ferrovias, rodovias e de outros paióis, conforme regulamento R-105. Os explosivos devem ficar em local desmatado para evitar que eventuais incêndios possam atingir os paióis e o acesso dos veículos deve ser de fácil acesso para permitir a operação de descarga e carga dos explosivos com menores riscos.
2.5.6 Carregamento dos Explosivos O carregamento é a introdução dos explosivos nas perfurações e deve ser feito com bastante cuidado, pois além dos riscos gerados, depende do carregamento a eficiência do fogo. Quando o carregamento não é feito apropriadamente, pode ocorrer a não-explosão dos cartuchos em alguns furos, o que acarretará um risco na operação subsequente se não for detectado, localizado e solucionado a tempo. O carregamento pode ser das seguintes formas (RICARDO E CATALANI, 2007):
2.5.6.1 Carregamento manual Segundo Ricardo e Catalani (2007), este tipo de carregamento é o mais utilizado no Brasil. Após a introdução do explosivo no furo, ocorre o adensamento através de soque. Executam-se cortes longitudinais de 10 a 12 cm de cada lado do cartucho para ocupar o máximo volume no furo, o que não ocorre quando os cartuchos já vêm perfurados ou embalados em papel fino. É importante obter um elevado adensamento na carga de fundo, pois é onde se concentra a maior quantidade de explosivo. O cartucho com a espoleta ou o cartucho com a ponto do cordel detonante, conhecidos como escorva, nunca devem ser socados ou forçados e não devem ser introduzidos em primeiro lugar, tendo, pelo menos, existir um cartucho como amortecedor. O tamponamento é a operação de preenchimento adequado do tampão e pode ser feito através dos detritos da própria perfuração (argila, areia ou argamassa de argila e areia na proporção 1:2). O tamponamento confina a carga explosiva, obtendo assim, o máximo de rendimento e quando se tem a detonação de vários furos de uma vez, ele evita que seja deslocado os cartuchos para fora dos furos, mantendo todos em sua posição. Precisa-se ter um 25
cuidado especial na hora do carregamento e do tamponamento, para que não avariem os fios das espoletas elétricas ou o cordel detonante (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.5.6.2 Carregamento mecânico Utilizado nos países europeus e na América do Norte, foram testados e aprovados. A partir destes testes, permitiu o carregamento mecânico através de tubos metálicos de dinamite amoniacal gelatinizadas com 35% de nitroglicerina em furos sem água. Quando se tem água, todas as dinamites gelatinizadas podem ser carregadas através de tubos metálicos. No caso de uso civil, mesmo em furos secos, são utilizados os tubos de polietileno. É feito por meio de ar comprimido a introdução dos cartuchos através do carregador pneumático. Os cartuchos são introduzidos introduzidos manualmente através de uma culatra e conduzidos para dentro do furo através dos tubos de polietileno ou metálico. A velocidade de carregamento tornou-se maior devido o aprimoramento do projeto da culatra, levando a introdução de duas comportas estanques que permitem cada cartucho entrar na culatra mantendo-se a pressão no tubo. Mesmo em furos profundos, o carregamento mecânico obteve densidades maiores que as do manual (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.6 Escavações de Rocha Segundo Azevedo e Marques (2006), o processo de escavação consiste na retirada de material de um maciço rochoso, produzindo uma abertura, cuja sua forma depende dos processos operacionais. Existem dois objetivos principais quando se trata de escavação de rocha: abertura de espaços para fins diversos e obter material de valor econômico inerente. Uma série de metodologias, técnicas de escavação mecânica ou com o auxilio de explosivos, instrumentações e serviços auxiliares necessários para escavar, desmontar, fragmentar ou cortar os maciços e blocos rochosos, atendendo a projetos de obras civis ou a produção de minérios para fins industriais, industriais, denomina- se “Escavações ou desmonte de rochas”. De acordo com a formação geológica do local do empreendimento, incluem-se desde as escavações mecânicas em mantos provenientes da alteração de maciços rochosos ou em sedimentos não consolidados, chegando até as escavações em maciços mais resistentes, formados por rochas alteradas e sãs (GERALDI, 2011).
2.6.1 Escavações com Auxílio de Explosivos O termo “escavação de rocha”, normalmente se refere às escavações em um material
mais duro e resistente, que equipamentos mecânicos convencionais convencionais não conseguem desmontar 26
ou escavar, sendo necessário a utilização de explosivos ou de métodos, materiais e artifícios auxiliares especiais (GERALDI, 2011) Desta forma, podem ser consideradas inicialmente as seguintes classificações:
Escavações, Escavações, desmonte de rocha a fogo com explosivos.
Escavações, desmonte de rocha a frio, por processos mecânicos e/ou com auxilio de materiais expansivos.
Além dessa classificação inicial, as escavações de rocha podem ser realizadas em diferentes ambientes, abertos ou confinados, sendo subdivididas em:
Escavações a céu aberto. Execução de cortes em rocha, regularização de topo rochoso, desmonte em bancadas, abertura de valas e trincheiras, aberturas de cavas de fundação, desmonte de blocos de rocha, cortes e desmonte controlado para obtenção de blocos de rocha. rocha.
Escavações Escavações subterrâneas. Perfuração de poços verticais e raises, execução de galerias e túneis, câmaras subterrâneas e cavernas.
Escavações Escavações subaquáticas. subaquáticas. Derrocagens para ampliação de calado de portos e vias navegáveis, para correções e ampliação de calha de rios, r ios, para passagem de dutos especiais sob leito de rios, para remoção final de ensecadeiras e septos rochosos.
2.6.2 Escavações Mecânicas a Frio As escavações a frio consistem no emprego de técnicas, equipamentos, materiais expansivos e outros artifícios especiais, que são utilizadas rotineiramente na construção civil. Mas é na mineração principalmente, nas frentes de desmonte de blocos de rocha para a fabricação de pisos e revestimentos, que as técnicas vêm sendo desenvolvidas a cada dia. Devido ao fato desta indústria está em grande atividade, com produção crescente em nível mundial, nos últimos anos ocorreu um grande desenvolvimento na fabricação de novas ferramentas especiais para os cortes de rocha, eliminando praticamente o emprego auxiliar de explosivos nestes cortes (GERALDI, 2011). Devido a impactos causados pelo emprego de explosivos como as vibrações em áreas urbanas, a utilização de explosivos se torna restrita. Juntamente com as questões ambientais envolvidas, o desenvolvimento de equipamentos especiais para escavação a frio de túneis em rocha, os chamados TBM, Tunnel Boring Machines , vem se tornando cada vez mais uma 27
nova metodologia, gradativamente mais empregada, substituindo o método tradicional conhecido como Drill & Blast, com emprego de explosivos. O TBM vem sendo utilizado somente em túneis de longa extensão, acima de 8/10 Km e em maciços com condicionantes geomecânicos mais favoráveis devido ao seu alto custo de aquisição, como também sua montagem, instalação e operação. Porém, com os avanços tecnológicos estes custos vêm diminuindo, e o emprego destes equipamentos tende a se tornar uma rotina e compensar possíveis diferenças de custo em relação aos métodos tradicionais (GERALDI, 2011).
2.6.3 Desmonte Escultural Segundo Geraldi (2011), esta técnica é empregada nas escavações de rocha a céu aberto quando se deseja obter taludes com uma melhor definição geométrica, diminuindo a formação de overbreaks (escavações além da linha de projeto – offsets) e minimizando os efeitos das cargas explosivas sobre o maciço remanescente. Em escavações subterrâneas, o desmonte escultural vai gerar paredes e contornos de abóbadas de túneis, poços e câmaras bem definidas, mais seguros para o andamento dos serviços, obtendo-se também uma melhor conservação das condições geomecânicas dos maciços onde estão sendo executadas as escavações.
2.7 Escavações Escavação é o artifício para romper a compacidade do solo ou rocha, por meio de ferramentas e métodos convenientes, tornando possível a sua remoção. As operações de escavação escavação são complementadas pelo carregamento do material escavado e, transporte t ransporte e carga, sendo desta forma um ciclo (OLIVEIRA E BRITO, 1998). Segundo Geraldi (2011), os três parâmetros fundamentais para um projeto de escavação escavação de rocha são: obter primeiramente o volume a ser escavado e as metas de produção (cronograma físico) do serviço à ser executado. Posteriormente qual o destino da rocha escavada, escavada, podendo ser: s er: 1- Destinada para uma ADME (área de deposição de material excedente) preestabelecida. preestabelecida. 2- Aproveitamento direto em obras como barragens e aterros por exemplo. 3- O beneficiamento mineral da rocha (tratamento). Por fim, o último parâmetro, que define qual a faixa granulométrica que a rocha obtida deverá estar em função de sua destinação final. 28
Condicionantes de suma importância como: a localização da área a ser escavada (geografia e topografia), as condições geológico-geomecânicas geológico-geomecânicas e as condições geométricas do projeto devem ser ser levadas em consideração consideração..
2.7.1 Desmonte de Rochas em Bancadas Segundo Geraldi (2011), tomados estes cuidados para a elaboração do projeto, parte-se então para a etapa de execução, em que para seu perfeito funcionamento, é necessária em campo a preparação das frentes livres de escavação. Estas frentes devem ser bem definidas para se obter os melhores resultados r esultados possíveis nas operações de perfuração, detonação, carga e transporte do material detonado. O melhor procedimento é dividir o perfil topográfico do maciço rochoso em praças de serviços, criando inicialmente duas ou mais frentes independentes de ataque. Partindo da cota mais alta do projeto, define-se o primeiro nível, e logo em seguida os demais serão implantados de forma descendente, mantendo o mesmo desnível entre as praças, sendo este de grande importância, uma vez que determina a profundidade dos furos para as escavações de rochas com explosivos. Os desníveis não devem ser muito altos, inseguros, pois poderão gerar problemas de natureza geotécnica e executiva nas etapas de carga e transporte que serão realizadas na praça inferior (GERALDI, 2011). Segundo Gerard (2006), temos presente na bancada, três superfícies características: Praça – superfície onde operam os equipamentos de carga e transporte. Face – superfície vertical ou inclinada com a horizontal (2:1 ou 3:1) de acordo com as condições geomecânicas do maciço em escavação (que determinam a sua estabilidade) e também em função do plano de fogo a ser utilizado. Topo – onde onde os equipamentos de perfuração abrem uma série de furos no maciço para detonação da próxima frente. Segundo Ricardo e Catalani (2007), existem vantagens em se adotar, em determinados casos, face inclinada para a bancada, porque:
Redução da sobrefuração no pé da bancada;
Economia de explosivo, reduzindo-se o consumo por metro cúbico escavado;
A face da bancada torna-se mais segura, talude inclinado, sempre mais seguro que o vertical.
Por outro lado apresentam desvantagens como:
Maior possibilidade de ocorrerem desvios nas perfurações; Necessários maiores maiores cuidados no embocamento embocamento do furo, reduzindo reduzindo a produção; produção; 29
Dificuldade na marcação da inclinação correta do furo. Todos os furos devem apresentar a mesma inclinação, o que é muito difícil de se conseguir, e ocorrendo variações no ângulo de perfuração e convergência dos furos, em vez do desejado paralelismo, resultará resultará face irregular na bancada e mais aproveitamento do fogo.
As bancadas podem atingir altura de até 20 m, porém normalmente são definidas entre 8,00 e 15,00m, por motivos de segurança e operacionalidade das perfuratrizes. As praças e as estradas de acessos rodoviários devem ser projetadas de maneira correta, atendendo as necessidades de trafego e manobra dos equipamentos de carga e transporte. Normalmente, a largura mínima de uma praça em desmonte de bancadas deverá sempre atender a seguinte relação (GERALDI, 2011): L > 3H (altura da bancada) Esta conformação permite maior agilidade e desempenho dos equipamentos de perfuração, carga e transporte. Também se torna necessária na obtenção dos melhores resultados com a utilização de explosivos, a partir das frentes livres bem estabelecidas. Este procedimento denominado desmonte em bancadas é muito utilizado em obras onde grandes volumes são escavados diariamente. É preciso sempre estar atento aos problemas de estabilidades estabilidades das frentes durante e após os serviços de escavação. escavação. Na linha final de corte (offset ) das frentes é recomendável que seja feito o desmonte escultural (GERALDI, 2011).
2.8 Plano de Fogo Denomina-se Plano de Fogo, o projeto executivo para o desmonte de rocha com uso sistemático de explosivos, onde serão definidos e apresentados preliminarmente (GERALDI, 2006):
O plano de perfuração.
A qualificação e quantificação de explosivos.
Os esquemas de ligação e iniciação entre os furos que serão detonados.
2.8.1 Escolha do Plano de Fogo O plano de fogo considerado o mais adequado para um determinado trabalho de desmonte de rocha, dependerá, em primeiro lugar, do equipamento disponível para sua execução. Atendidas as limitações do equipamento, é possível mais de um plano de fogo 30
factível. Opta-se pelo mais econômico, desde que seja eficiente, desmontando a rocha em blocos de dimensões compatíveis com a finalidade fi nalidade do desmonte. De nada adiantará um plano de fogo com baixo consumo de explosivos por metro cúbico e também necessidades mínimas de furação, uma vez que resulte em blocos com dimensões que não caibam no equipamento de carregamento, ou ainda que não possam penetrar na boca do britador primário pr imário (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.8.2 Custo de Perfuração e Detonação Segundo Ricardo e Catalani (2007), por meio dos valores do consumo de explosivos e dos metros de perfuração por metro cúbico de rocha, determina-se o custo da perfuração e detonação, sendo a soma de ambos um índice suficiente para se analisar a conveniência econômica do plano de fogo.
= .
Onde:
+ .
q = consumo de explosivo por m³ de rocha no corte; A = custo do Kg de explosivo; M = custo do m de perfuração de determinado diâmetro; f = metros de perfuração por m³ de rocha; Logo, ao menor valor de
, corresponderá o plano de fogo de menor custo previsto.
Se necessário, serão feitos ajustes, adaptações adaptações e correções, de acordo com as observações dos resultados em campo nas primeiras detonações realizadas nas frentes de escavação. escavação.
2.8.3 Parâmetros do Plano de Fogo A elaboração de um plano de fogo envolve a determinação de vários parâmetros, que devem ser considerados no desmonte de rocha . Os parâmetros principais que devem constar em um plano de fogo são mostrados na figura abaixo sendo relacionados a seguir e, com esses dados procede- se às perfurações do maciço, ao carregamento do “fogo” e à sua detonação.
31
Figura 21 – Bancada Bancada para desmonte de rocha com os parâmetros do plano de fogo (MANUAL BRITANITE, 2012)
2.8.3.1 Diâmetro de perfuração (D) Segundo Geraldi (2011), com as metas de produção estabelecidas, escavação escavação de rocha, procede-se a determinação dos diâmetros de perfuração e a consequente seleção e dimensionamento das perfuratrizes. Segundo Cameron & Hagan (1996 apud Morais 2004) nas operações de lavra de minas a céu aberto e pedreiras, os diâmetros de perfuração geralmente variam de 75 mm (3”) a furos de grande diâmetro, como 381mm (15”). Este parâmetro é determinado em função do equipamento de perfuração, que por sua vez deve estar coerente com o equipamento disponível para carregamento da rocha detonada. Isso significa que ambos, devem ter suas produtividades próximas, para que não ocorra ociosidade de nenhuma das partes ou não seja necessário um número elevado de unidades de um tipo de equipamento para se ter a produção adequada a uma unidade do outro tipo (RICARDO E CATALANI, 2007). Segundo Ricardo e Catalani (2007), outras grandezas do plano de fogo estão de forma direta ou indireta ligadas com o diâmetro do furo, por isso uma regra prática é levada em consideração: “o valor máximo do diâmetro do furo em polegadas é igual à capacidade da
caçamba do equ ipamento de carga em jardas cúbicas”. Para a escolha do diâmetro de perfuração, o quadro abaixo indica as possibilidades dos equipamentos:
32
Tabela 2 – Diâmetro Diâmetro de perfuração dos equipamentos (RICARDO E CATALANI, 2007)
Tipo de equipamento Perfuratriz manual "Bencher" "Wagon-drill" Perfuratriz sobre trator Conjunto de perfuração
Diâmetro de perfuração 1 1/4" 2 1/4" 1 1/2" - 2 1/2" 2" - 5" 4" - 10" (ou mais)
2.8.3.2 Malha de Perfuração (S) Defini-se como malha de perfuração a área resultante do produto das distâncias (em metros) adotadas para a locação dos furos em uma frente de escavação de rocha (GERALDI, 2011): S (malha em m²) = A (afastamento) x E (espaçamento) Segundo Morais (2004), a malha de perfuração apresenta uma grande variação, dependendo do diâmetro de perfuração, das propriedades da rocha e dos explosivos, do grau de fragmentação e lançamento requeridos e da altura da bancada. Segundo Silva (2009), a geometria das malhas de perfuração pode ser quadrada, retangular, estagiada, triangulo equilátero ou malha alongada.
Figura 22: Diferentes tipos de malhas de perfuração (SILVA, 2009)
33
Malhas quadradas ou retangulares: Devido ao seu formato é de fácil perfuração com menos tempo no
deslocamento furo a furo.
Malhas estagiadas: Devido à geometria de furos alternados dificulta a perfuração (maior tempo de
locomoção furo a furo), porém possui melhor distribuição do explosivo no maciço rochoso.
Malha Triângulo Equilátero: São malhas estagiadas com a relação E/A = 1,15. São indicadas para rochas
compactas e duras. Possuem ótima distribuição da energia do explosivo na área de influencia do furo, maximizando a fragmentação. O centro do triangulo equilátero, o ponto mais crítico para fragmentação, recebe igual influencia dos três furos circundantes.
2.8.3.2.1 Afastamento (A) O afastamento é a distancia expressa em metros entre a frente da bancada (frente livre) e a primeira linha do fogo ((linha linha de furos) a detonar. Quando está previsto duas ou mais linhas de furos a detonar no mesmo plano de fogo, o mesmo afastamento deverá ser mantido entre elas (GERALDI, 2011). Para um afastamento correto, adota-se uma regra prática que estabelece uma relação direta entre esta dimensão e o diâmetro do furo a ser utilizado: A (máx) < D (sendo "A" expresso em metros e "D" em polegadas) Quando o objetivo do desmonte é ter como resultado uma rocha mais fragmentada, deve-se reduzir o afastamento, e caso contrário, obter uma rocha com menor fragmentação, blocos de maior porte, o afastamento dever ser ampliado. Quando o afastamento for maior que estabelecido em relação com o diâmetro do furo a ser utilizado, poderá resultar em irregularidades nos resultados, tais como fraturar a rocha, mas não provocar o seu desprendimento desprendimento total da bancada. Em alguns casos extremos, a detonação provocará apenas o surgimento de fraturas mecânicas no maciço rochoso e a bancada permanecerá parcial ou totalmente intacta (GERALDI, 2011).
34
2.8.3.2.2 Espaçamento Espaçamento (E) Segundo Geraldi (2011), o espaçamento é definido como a distância em metros entre os furos de uma linha do fogo. A relação prática para seu dimensionamento está ligada diretamente ao afastamento (A). E = 1,3 A
2.8.3.3 Malha Alongada A partir dos anos de 1970 foram desenvolvidos explosivos e técnicas para utilização de malhas de maior área, denominadas malhas alongadas. Para maciços sãos, bastante homogêneos e com baixo grau de fraturamento, a seguinte relação entre afastamento e espaçamento espaçamento vem sendo adotada, com grande sucesso (GERALDI, 2011): 3 < E/A < 5
2.8.3.4 Sobrefuração (SF) A sobrefuração é uma extensão do furo, que ultrapassa a altura da frente livre da bancada. Este procedimento é necessário para se evitar a formação dos repés – detonação insuficiente na soleira (pé) da bancada, representada por uma superfície inclinada e que dificultará a exploração das bancadas sucessivas. Para removê-la serão necessárias perfurações adicionais, consequentemente consequentemente perda de tempo na produção e maior consumo de explosivos e de brocas. Nesta região ficam concentrados os explosivos mais densos e velozes, por se tratar tr atar de uma zona de maior engastamento da rocha. Normalmente, a sobrefuração deverá ser no máximo de 30% da medida do afastamento da malha de perfuração a ser utilizada no desmonte. Dentre alguns problemas causados por sobrefurações excessivas, executadas como maiores extensões, pode-se citar a maior fragmentação no piso da bancada inferior (GERALDI, 2011).
2.8.3.5 Profundidade de Perfuração (P) É função da altura da bancada, sendo a altura da bancada (H) acrescida da sobrefuração, em metros, para se evitar o repé. Se a bancada tiver inclinada, a profundidade do furo será um pouco maior e deverá ser medida de acordo com a inclinação do furo (GERALDI, 2011).
35
Bancadas Bancadas verticais P = H + 0,3 A
Bancadas Bancadas inclinadas P=
+ 0,3 A
2.8.3.6 Carga de Fundo (Cf) A carga de fundo é a região onde se concentra a maior quantidade de explosivo junto à parte inferior da perfuração. per furação. A extensão, em metros, metr os, se dá: “A extensão da carga de fundo em
metros é igual ao afastamento teórico multiplicado por um fator igual a 1,3”. Quando ocorre a detonação de várias linhas de furos de uma única vez, é necessário carregar os furos das linhas mais distantes da face com quantidade maior de explosivo, pois o “fogo” das linhas mais distantes
terá de executar maior trabalho, empurrando o material
detonado nas primeiras linhas, embora tudo isso ocorra num intervalo de tempo muito reduzido (RICARDO E CATALANI, 2007).
2.8.3.7 Inclinação do Furo (i) Normalmente os furos para o desmonte de rocha a céu aberto serão verticais ou inclinados, de forma a se conservar a estabilidade do talude rochoso remanescente após a detonação. Os furos mais inclinados contribuem para um melhor arranque da rocha, pois diminui o engastamento da mesma no pé da bancada, reduzindo a formação de repés. Porém, o ângulo da inclinação não deve exceder 20º em relação a vertical. Quanto maior a inclinação do furo, menor será a velocidade de perfuração e maiores os riscos de desvios e acidentes com ferramentas de perfuração (GERALDI, 2006).
2.8.3.8 Carga de Coluna (Cc) Segundo Ricardo e Catalani (2007), a carga de coluna é colocada numa extensão designada por Ic e determinada pela seguinte expressão:
−− =
2.8.3.9 Tampão (T)
1
O tampão é a porção superior do furo, sem carga explosiva, já que esta carga explosiva seria excessiva e resultaria apenas em lançamentos de lascas de rocha pela boca do furo (GERALDI, 2011). 36
A profundidade do tampão, ou comprimento do furo sem carga explosiva pode ser determinada preliminarmente pela seguinte regra prática: T(máx) < A (m) Caso o comprimento do tampão exceda o valor determinado por esta relação, o resultado será grandes blocos de rocha no topo da bancada, fora da faixa de fragmentação projetada para a detonação. detonação. Por outro lado, tampões tampões com comprimentos muito muito inferiores serão causadores de perigosos lançamentos lançamentos de rocha pela boca do furo (GERALDI, 2011). Os tampões devem ser preenchidos com material granular (inerte), ou mesmo com pedriscos. Segundo Geraldi (2011), em frentes de escavação em zonas urbanizadas, vendo sendo empregada, em algumas situações, a metodologia air deck, ou “tampão de ar”. O comprimento do tampão, determinado pela relação com o afastamento (A), é deixado vazio em até 80%. Ao final do trecho vazio, já próximo da boca, é colocada uma bucha de papel e o restante do espaço é preenchido com pedriscos. A utilização desta técnica, air deck , vem produzindo excelentes resultados no que se refere à fragmentação da rocha, reduzindo o lançamento de lascas rochosas e o nível de vibrações (impactos de ar). Esta metodologia deve ser associada à utilização de iniciadores de pressão (sistema não não elétrico de tubo de choque), choque), substituindo o cordel detonante detonante (GERALDI, 2011).
2.8.4 Volumes de Escavação (VF e VT) O volume de rocha a ser desmontado por furo é determinado pela área da malha de perfuração (S) multiplicada multiplicada pela altura da bancada (GERALDI, 2011). VF = S x H O volume total de escavação será obtido multiplicando-se o valor de VF pelo número de furos desta detonação. VT = VF x n (número de furos)
37
2.8.5 Razão Linear de Perfuração (RP) Segundo Geraldi (2011), é o valor resultante pelo quociente entre o total de metros a perfurar (soma da metragem total da profundidade dos furos) e o volume total de rocha a ser desmontado, expresso em m/m³. Quanto menor for a RP, menor será o custo direto da escavação.
2.8.6 Razão de Carga (RC) É a quantidade de explosivos a ser utilizada por metro cúbico (ou por tonelada, nas minerações) de rocha a desmontar em uma detonação. Teoricamente, quanto maior a razão de carga em utilização, maior será a fragmentação da rocha, se a malha for projetada de maneira correta. Esta relação se aplica também à projeção da pilha de rocha detonada que se formará na frente da bancada – quanto maior a RC, maior será a projeção da rocha detonada. A projeção da razão de carga em um Plano de Fogo deve levar em conta a quantidade real de explosivos que será colocada em um furo (GERALDI, 2011).
2.8.7 Sequência de fogo Poderá ser vantajoso explodir inicialmente as minas junto ao centro da escavação quando uma bancada de uma única linha de furos é detonada e, após, aquelas próximas ao talude. Haverá assim uma ordem cronológica na sucessão de detonações, separadas de intervalos de tempo equivalentes ao número de esperas das espoletas. Quando as vibrações causadas pelas explosões devem ser limitadas ou quando se desejar taludes escavados com superfícies bem definidas, é de suma importância ter uma sequência de fogo. A sequência de fogo é bastante utilizada nas pedreiras próximas de áreas habitadas ou em outro serviço próximo a edifícios, reduzindo as vibrações, com o emprego de perfurações de pequeno diâmetro (GERALDI, 2011).
2.8.8 Consumo de Explosivo Segundo Geraldi (2011), caracteriza uma grandeza denominada razão de carregamento, que traduz o consumo de explosivos após a detonação de várias bancadas de uma determinada rocha. É expressa em Kg de explosivo por m³ de rocha e quase sempre em relação ao m³ de rocha detonada, medida no transporte, pois é cômodo avaliar-se o volume escavado através do número de básculas cheias dos caminhões que efetuam o transporte. Pode ser também dada em relação ao m³ de rocha medida no corte, que requer maiores recursos para efetivá-la, embora possa ser obtida com certa aproximação pela conversão do volume 38
solto medido no caminhão em volume de corte. Basta multiplicar a razão de carregamento pela relação entre entre a densidade no corte e a densidade solta (empolamento). (empolamento). Abaixo segue alguns valores do consumo de explosivo, podendo observar que variam de acordo com o tipo de rocha detonada:
Rocha ígnea: 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.
2.9 Mecanismo de Ruptura da Rocha pelos Explosivos 2.9.1 Conceitos Segundo Langefors (1973 apud Morais, 2004), [...] alguns centésimos de segundos depois de iniciar a detonação de um furo, desencadeia-se uma série de fenômenos: liberação da energia química dos explosivos e transformação deste sólido em um gás com alta temperatura e enorme pressão, que pode ultrapassar 10 GPa. A energia desenvolvida por unidade de tempo em furo perfurado com uma máquina manual é da ordem de 25.000 MW. Isto se deve ao fato de a energia latente de um explosivo ser extremamente grande devido à rapidez da reação (2500 – 6000 m/s). O que caracteriza um explosivo como uma ferramenta para a ruptura de rochas é sua capacidade de fornecer uma potência concentrada em uma zona limitada.
Basicamente, existem quatro etapas nas quais ocorrem a quebra e o deslocamento do material, durante a detonação de um explosivo (ATLAS POWDER COMPANY, 1987 apud MORAIS, 2004): T1: detonação; T2: propagação da onda de choque; T3: expansão dos gases; T4: movimento de massa de material.
Detonação É a primeira fase, sendo esta o início do processo de fragmentação de uma rocha – os os componentes de um explosivo consistem, geralmente, geralmente, de um óleo e uma combinação oxidante, que após a detonação são convertidos em alta pressão e alta temperatura de gases. A pressão na frente de detonação é da ordem de 1 GPa e 28 GPa, e a temperatura da ordem de 1600ºC a 3900ºC (MORAIS, 2004).
Propagação das ondas de choque Segundo Langefors (1973 apud Morais, 2004), imediatamente após a fase 1 detonação, ocorre a propagação das ondas de choque através da massa de rocha. Estas ondas de choque resultam, em parte, da rápida expansão dos gases que 39
impactam a parede do furo. As primeiras fraturas na rocha se originam em frações de mili-segundos após a detonação. A frente de uma onda de choque, em uma onda cilíndrica representada pelo círculo luminoso se propaga a uma velocidade muito maior que as fendas radiais, ilustrada pela seção central escura como mostra a figura abaixo.
Figura 23 – Seção Seção transversal da face durante a detonação mostrando a expansão das ondas de choque (MORAIS, 2004). Teoria da Reflexão das Ondas de Choque Segundo Morais (2004), Uma das primeiras tentativas de explicar, analiticamente, como a rocha se quebra quando uma carga explosiva concentrada é detonada em um furo próximo a uma face livre foi a teoria da reflexão. O conceito é simples, direto e baseado no fato bem conhecido de que a rocha é sempre menos resistente à tração do que à compressão. A resistência à tração é cerca de 10 a 15 vezes menor que a resistência à compressão. O pulso da tensão compressiva, gerado pela detonação de uma carga explosiva, move-se através da rocha em todas as direções com uma amplitude decrescente. Este pulso é refletido na face livre e é convertido em uma tensão de tração, que progride de volta ao ponto de origem, criando fraturas de tração no maciço rochoso como ilustra figura abaixo, (MORAIS, 2004).
Figura 24 – Teoria Teoria da reflexão das ondas de choque (MORAIS, 2004). 40
Pressão dos gases Segundo Atlas Powder Company (1987 apud Morais, 2004), durante e/ou depois da propagação das ondas, gases sob altas pressões e altas temperaturas geram um campo de tensão em torno do furo. Existem contestações sobre os principais mecanismos de fragmentação durante esta fase, em que alguns autores acreditam que a rede de fraturas do maciço está completa, enquanto outros acreditam que o processo principal de fraturamento está iniciando-se neste momento. Em alguns casos, são os gases que penetram na rede de fraturas aumentando as fendas e criando novas fraturas. As figuras abaixo ilustram o processo de de fragmentação da rocha por explosivos. explosivos.
Figura 25 – Interação Interação dos eventos T1 e T4 em bancada típica de pedreira (MORAIS, 2004).
Figura 26 – Zonas Zonas radiais de ruptura (MORAIS, 2004).
41
Movimento do maciço rochoso O último estágio do processo de quebra da rocha é o movimento da massa de material. Nesta fase, a maioria da fragmentação já ocorreu pelas ondas compressivas e de tração, pela expansão dos gases ou pela combinação de ambos. De qualquer forma, algum grau de fragmentação, embora pequeno, ocorre na colisão durante o lançamento do material e também quando o material colide com o solo (MORAIS, 2004).
2.10 Desmonte de Pedreiras – Seleção Seleção de Frentes Segundo Geraldi (2011), a escolha da frente de exploração de uma pedreira deve ser feita baseada nos parâmetros relacionados diretamente aos quantitativos e metas de projeto (volumes necessários de rocha para britagem). Além disto, é preciso analisar também os seus condicionantes logísticos – geográficos geográficos e topográficos, os seus condicionantes fisiográficos e, logicamente, identificar os seus principais parâmetros geológicos. Para uma primeira seleção, deve-se considerar a posição geográfica e os condicionantes topográficos da jazida em relação ao projeto e sua área (região) de implantação. Deve-se também, em uma primeira análise, identificar os seus principais condicionantes fisiográficos, tais como a presença de mata nativa, nascentes e cursos d’água.
Estes condicionantes constituem-se hoje em dia em fortes impedimentos do ponto de vista ambiental, podendo mesmo, em alguns casos simplesmente desqualificar uma jazida e impedir o seu futuro aproveitamento como frente de exploração de pedreira. Posteriormente, é preciso analisar de forma mais detalhada os parâmetros geológicos da frente a ser explorada (GERALDI, 2011). As investigações geológicas a serem realizadas, precisam ir além de uma simples verificação e quantificação do volume de capeamento de solo e alterações de rocha, que recobrem total ou parcialmente um maciço rochoso. Agindo dessa maneira, a investigação limita-se somente a uma avaliação dos serviços de decapagem e do potencial da jazida, não identificando as características mineralógicas, geológicas e geomecânicas do maciço a ser explorado (parâmetros geológicos). Estas características, contudo, são essenciais e permitirão qualificar os futuros produtos, orientar o posicionamento das futuras frentes de ataque, evitar a exploração do maciço em determinadas regiões e prevenir problemas de estabilidade nas futuras bancadas (GERALDI, 2011). Com os parâmetros geológicos identificados, poderão até mesmo justificar o abandono de uma possível frente de pedreira. Por exemplo, no Brasil as jazidas utilizadas para produção 42
de agregados são normalmente formadas por basaltos, granitos, gnaisses, calcários e alguns tipos de xistos. A simples análise petrográfica de testemunhos de furos de sondagens, poderá indicar a presença de minerais reativos no maciço rochoso, fato que tornará a rocha de um determinado jazimento inadequado para a utilização como agregados em concretos e até mesmo em pavimentos (GERALDI, 2011). Segundo Geraldi (2011), assim, conferidos os condicionantes geográficos, topográficos e fisiográficos, é necessário planejar uma série de investigações geológicas na jazida pré-selecionada. pré-selecionada. Desta série de investigações investigações deverão constar, de acordo com a produção desejada, dos agregados agregados a produzir e da sua aplicação no projeto-empreendimento futuro, as seguintes atividades, serviços e ensaios tecnológicos:
Mapeamento geológico de superfície.
Abertura de trincheiras exploratórias.
Perfis sísmicos.
Sondagens Sondagens rotativas.
Análises mineralógicas.
Ensaios para determinação das características físicas e químicas da rocha.
2.11 Desmonte de Pedreiras – Desenvolvimento Desenvolvimento da Jazida Segundo Geraldi (2011), selecionada a jazida e avaliados os seus principais parâmetros e condicionantes, condicionantes, conforme descrito, será iniciado uma etapa de grande importância, que é o desenvolvimento da jazida. Esta etapa compreende o conjunto de serviços e obras preliminares que antecedem a exploração de uma jazida ou pedreira, buscando sempre o seu melhor aproveitamento e maior produtividade nas diversas operações e serviços que serão realizadas durante a lavra. Segundo Geraldi (2011), o desenvolvimento de uma jazida inclui serviços importantes, como a abertura de acessos e implantação de drenagens correntes, a decapagem da jazida, a abertura das frentes de produção e o ataque inicial às bancadas, a implantação de pátios e ADME.
2.11.1 Abertura de Acessos A abertura de acessos as bancadas, frentes de exploração da pedreira, devem ser projetados e construídos de maneira correta, de forma a facilitar o tráfego dos veículos de transporte da rocha escavada durante todo o ano, inclusive nos períodos de chuva.
43
Alguns parâmetros como: determinação de rampas máximas e raios de curvas mínimos, implantação de drenagens, revestimentos das pistas de rolamento e dos pátios de manobra, merecem uma maior atenção. Cada nível de exploração (bancada) deve ter, na medida das possibilidades, acesso de entrada e saída independentes, pelos dois lados da jazida, evitando-se evitando-se ao máximo o cruzamento cruzamento de veículos veículos (GERALDI, 2011). 2011).
2.11.2 Decapagem Segundo Geraldi (2011), o desenvolvimento e o ataque às frentes de exploração da pedreira devem ser iniciados iniciados pela abertura de bancada(s) bancada(s) nas cotas mais altas determinadas no projeto. Os serviços de decapagem decapagem (remoção da capa de solo e rocha alterada para a exposição da rocha a ser desmontada) devem seguir esta mesma sequência e acompanhar o ritmo da exploração, sendo realizados de acordo com a necessidade de abertura de novas bancadas ou ou níveis inferiores de de produção.
2.11.3 Abertura de Bancadas Segundo Geraldi (2011), deve ser realizada de preferência pelos lados da frente de lavra projetada, penetrando o maciço lateralmente. Por maior que seja a extensão ou dimensão projetada para a bancada inicial, é importante prever o ataque simultâneo ou a abertura de duas bancadas, em dois níveis ou cotas de exploração sequenciais. Cuidados como o nivelamento e o revestimento das praças ou dos níveis onde serão executados os serviços de carga e transporte da rocha detonada, que devem apresentar inclinação entre 0,2 e 0,5% em relação ao talude final da exploração, promovendo uma drenagem natural, evitando-se o acúmulo de água durante os períodos de chuva, devem ser tomados à medida que se realiza abertura das bancadas b ancadas (GERALDI, 2011).
2.11.4 Implantação de Pátios e ADME. Segundo Geraldi (2011), devem ser levados em consideração os mesmos cuidados e procedimentos citados para abertura de acessos e bancadas para a implantação de pátios industriais e de estocagem, como também das ADME. Cuidados especiais devem ser tomados com relação ao projeto, definição e manutenção das ADME, que hoje em dia são analisadas criteriosamente para liberação do licenciamento ambiental para a exploração de uma pedreira.
2.12 Desmonte de Pedreiras – Níveis Níveis de Produção, Abertura de Frentes Segundo Geraldi (2011), o correto projeto dos volumes de produção de pedra britada para atender a demanda de uma determinada determinada obra é o maior condicionante para a projeção projeção e o 44
dimensionamento dos serviços necessários para o desenvolvimento de uma frente de exploração de pedreira. Não se trata de uma pedreira industrial, de um empreendimento comercial de médio a longo prazo, e sim, de uma jazida a ser explorada durante um determinado tempo, geralmente de um a dois anos, para atender a demanda de pedra britada para uma obra. No entanto, não se prevê uma remuneração especifica para os serviços de desenvolvimento, nos contratos de obras . Seu custo devera ser “embutido” no preço final da brita. Desta forma, normalmente, o futuro empreendedor considera no seu planejamento e projeção dos custos custos de obra uma uma quantidade mínima destes serviços, serviços, com o objetivo de atingir atingir um desenvolvimento compatível com a produção prevista somente para o seu contrato. Conforme mencionado, em consequência deste procedimento, são inúmeras as frentes de pedreiras utilizadas em serviços e obras anteriores, abandonadas em péssimas condições de aproveitamento futuro. Infelizmente, este é a situação real ao longo das grandes rodovias brasileiras, dificultando e onerando serviços de manutenção manutenção e ampliação das nossas estradas. Na maioria dos casos, antigas frentes de pedreiras exigem grandes serviços de desenvolvimento para ser novamente exploradas. É preciso analisar e comparar custos e dificuldades, confrontando a reutilização de uma pedreira antiga com a possibilidade de desenvolver uma nova frente, em outro local, o que ser economicamente mais vantajoso.
2.13 Desmonte de Pedreiras – Equipamentos Equipamentos e seu Dimensionamento Dimensionamento Segundo Geraldi (2011), a escolha dos equipamentos de perfuração, carga e transporte para uma pedreira de exploração temporária, deve enfocar os níveis de produção – escavação escavação de rocha requeridos para a obra, assim como os problemas logísticos e as características topográficas e geológicas do maciço a explorar. Em seguida, é preciso dimensionar estes equipamentos em função das instalações de britagem e classificação. Primeiramente, é preciso projetar uma instalação para produzir pedra britada (britagem, rebritagem e classificação) de acordo com a produção dos agregados a serem utilizados nas obras. O equipamento de carga da rocha detonada será então dimensionado em função da granulometria de alimentação da instalação de britagem, ou seja, do grau de fragmentação ótimo da rocha para alimentação do britador primário (GERALDI, 2011). Para britadores primários de mandíbulas, que são os mais utilizados em pedreiras, aplica-se a seguinte equação empírica para um dimensionamento preliminar: N = (A’ – 400) 400) / 190 45
Onde: N = Volume ideal ideal (capacidade) da da caçamba de de uma escavadeira, escavadeira, expresso expresso em jardas cúbicas. cúbicas. A’ = Abertura mínima, em milímetros, da boca do britador primário. Com a análise dos resultados práticos desta equação, podemos afirmar que, para instalações equipadas com britadores primários de pequenas aberturas de alimentação, as escavadeiras e/ou retroescavadeiras a serem utilizadas para a carga da rocha desmontada devem ter caçamba de pequena capacidade, pois não se pode alimentar estas instalações com grandes blocos de rocha. Quando a carga da rocha desmontada for realizada com pás carregadeiras, em que suas caçambas são de maior capacidade quando comparadas com as escavadeiras e/ou retroescavadeiras, deve-se ter uma atenção maior. Uma simples desatenção do operador pode resultar na carga e no despejo de um bloco de dimensões superiores as compatíveis com o britador primário, o que provocará a interrupção temporária da britagem, até que o bloco seja removido ou fragmentado (GERALDI, 2011). Uma relação inicial entre a capacidade da caçamba da escavadeira (ou da retroescavadeira) com o diâmetro de perfuração a ser utilizado adota-se outra equação empírica: N = D Onde: N = Volume da caçamba caçamba da escavadeira, expresso em jardas jardas cúbicas. D = Diâmetro de perfuração, expresso expresso em polegadas. Com a aplicação destas equações empíricas, chega-se ao fim do ciclo de dimensionamento preliminar para os equipamentos de perfuração e carga de rocha na lavra. Entretanto, a exploração temporária de uma pedreira, visando atender apenas à demanda de uma determinada obra, acaba obrigando os técnicos a utilizarem utilizar em os equipamentos de britagem que já se encontram à disposição na empresa onde trabalham e que, geralmente, são de pequeno a médio porte (GERALDI, 2011). 2011). A primeira vista, parecendo ser uma solução econômica pode, na realidade, gerar gastos excessivos com a produção dos agregados. Equipamentos de britagem e classificação inadequada implicam na necessidade de se obter uma maior fragmentação da rocha, com a utilização de malhas de perfuração reduzidas, razão de carga de explosivos muito alta e 46
fogacheamento fogacheamento sistemático de blocos, procedimentos que vão onerar diretamente os custos de produção de pedra britada.
2.14 Conceitos, Normas e Padrões Internacionais Internacionais para o Controle de Vibrações Ao longo das ultimas décadas, a partir de 1950, estudos no sentido de mensurar e estabelecer níveis seguros para os serviços com explosivos, tendo em vista possíveis transtornos provocados pelas vibrações, foram desenvolvidos.
2.14.1 Vibrações pelo Terreno Inicialmente uma equação experimental foi proposta por Langefors, proposta a partir de uma série de testes realizados por ele, estabelecendo a relação entre a carga explosiva e a distância de edificações, com o objetivo de prevenir danos que poderiam ser causados pelas vibrações (Geraldi, 2011).
=
3/2
Onde: Q = quantidade de explosivos expressa em quilos, carregados em um furo ou em furos interligados e detonados no mesmo instante. R = distância em metros entre a frente de escavação e a edificação mais próxima (alvo principal) K = variável que representa um coeficiente de segurança determinado em função do tipo de edificação e/ou estrutura-alvo e de sua maior ou menor distância da frente de escavação (baricentro das detonações). Com a utilização correta desta equação, aplicada na fase inicial das detonações de campo, permite ao técnico projetar e utilizar quantidades corretas de carregamento, sem o risco de causar danos às edificações vizinhas logo nas primeiras detonações. Primeiramente o autor fixou experimentalmente vários níveis para K, partindo de um valor mínimo equivalente a 0,008 até o máximo de 1,0. Estes níveis estão relacionados e são aplicados para determinar as cargas instantâneas máximas a utilizar, de acordo com a distância mínima e dos diversos tipos de construções, de sua estrutura, dos telhados de construção, idade, importância do imóvel, dentre outros. Com os valores de K e R determinados, será então possível determinar um valor seguro de Q (GERALDI, 2011). 47
2.14.2 Vibrações pelo Terreno, Normas e Padrões Internacionais Segundo Geraldi (2011), o parâmetro mais adequado para mensurar a magnitude das vibrações produzidas pelas detonações detonações e a probabilidade de danos é a velocidade de partícula. Foi determinado, a partir de uma série de experimentos, um nível máximo para a velocidade da partícula (Vp), de modo a prevenir danos em edificações, principalmente nas localizadas a um raio inferior a 50 m da área das detonações. O valor máximo adotado internacionalmente para Vp é de 50,00 mm/s, considerado como o limite seguro para vibrações pelo terreno (Langefors e USBM – United States Bureau Bureau of of Mines). Este Este valor deve ser considerado técnico, pois em locais devido ao tipo de edificações próximas e às condições locais do maciço a ser desmontado, desmontado, a Vp deve ser reduzida, na faixa faix a de 20-30 mm/s (GERALDI, 2011). Para que se evitem danos ao maciço, o limite adotado internacionalmente da Vp é de 100 mm/s, e caso estes danos ocorram, serão superficiais e se limitarão a uma faixa de 0 a 3 m no interior da massa rochosa. Porém, o simples fato de se respeitar este valor não elimina a necessidade de um reconhecimento geológico preliminar, para detectar irregularidades preexistentes, que podem interferir nas instrumentações sísmicas, induzindo a erros de avaliação. A equação de Langefors pode ser também adotada para se determinar a velocidade de partícula que poderá ser atingida em um determinado tipo de rocha, para uma primeira projeção quanto quanto a vibrações pelo pelo terreno ou pela pela massa de rocha rocha (GERALDI, 2011):
=
.
3/2
Onde: Q = quantidade de explosivos expressa em Kg, carregados em um furo ou em furos interligados e detonados no mesmo instante. R = distância em metros entre a frente de escavação e um determinado ponto localizado no mesmo maciço. k = coeficiente a ser aplicado para um determinado tipo de rocha, sendo usual:
Granitos, gnaisses e basaltos densos: de 500 a 700.
Xistos e rochas metamórficas duras: de 300 a 500.
Rochas sedimentares, sedimentares, rochas brandas e maciços alterados: de 100 a 300. 48
Os cuidados devem ser redobrados quando se lida com maciços fraturados e saturados de água subterrânea, onde ocorrem alterações sensíveis na frequência do meio, provocadas pelo lençol freático e suas variações (como os terrenos com influência de marés). A água do lençol freático, de lagoas, mares e reservatórios é também um excelente meio transmissor de vibrações oriundas das detonações (GERALDI, 2011). Um desmonte de rocha com utilização de explosivos, deve passar por três fases basicamente, basicamente, sequenciais, tendo em vista o controle das vibrações induzidas na massa rochosa: 1. Reconhecimento Reconhecimento geológico-geotécnico da área do desmonte. 2. Estabelecimento Estabelecimento de cargas iniciais (equação de Langefors). 3. Instrumentação Instrumentação sísmica – ajustes ajustes nos planos de detonação.
2.15 Desmontes Cuidadosos, Ajustes no Plano de Fogo Segundo Geraldi (2011), as detonações realizadas em obras civis, em áreas confinadas ou não, próximas ou dentro de áreas urbanas e industriais, requerem procedimentos de segurança mais rigorosos. Além dos ajustes nos planos de fogo, é necessário adotar procedimentos rigorosos rigorosos de segurança e utilizar coberturas nas frentes a detonar. Esta série de procedimentos deve ser planejada planejada com bastante bastante cautela e executada executada por uma equipe técnica da obra de forma a atender às situações específicas de segurança para as escavações escavações de rocha, ou seja, praticar o desmonte cuidadoso. Os principais ajustes para o plano de fogo, em um desmonte cuidadoso são:
Altura das bancadas – se se possível, bancadas com alturas menores, para se trabalhar com uma menor carga explosiva por furo e também para evitar desvios nos furos e facilitar as coberturas da frente a detonar.
Diâmetro de perfuração: serão diâmetros reduzidos, entre 1 ¾” (45mm) e 2 ½”
(64mm).
Inclinação dos furos: devem ser evitados os furos inclinados, pois resultam em desmonte com maiores lançamentos de rocha.
Malha de perfuração: será normalmente reduzida, em função da redução do diâmetro de perfuração. Nos casos em que mais de uma linha de furos será detonada, aconselha-se adotar, para primeira linha, um afastamento até 20% maior que o previsto para a malha de perfuração adotada.
Tampões: é sempre pela parte superior do furo, que ocorrem os ultralançamentos mais perigosos, sem direção definida, podendo ser lançada para trás da frente da 49
bancada, portanto os tampões devem ser ampliados para, no mínimo, uma vez e meia a medida do afastamento. Os tampões tipo Air Deck são os mais recomendados para os desmontes cuidadosos, porque além de prevenir ultralançamentos ultralançamentos podem também reduzir substancialmente os pulsos de ar.
Volume de rocha e linhas de furo por detonação: o volume de rocha deve ser reduzido em cada detonação e, consequentemente, também o número de linhas de furos por detonação. Este procedimento facilita a cobertura das frentes da bancada e também diminui a ocorrência de repés.
Razão de carga: as razões de cargas não podem ser otimizadas como em desmontes nas áreas livres, assim as mesmas serão sensivelmente reduzidas e, consequentemente, deve-se contar com operações posteriores de fragmentação (mecânica ou argamassas) para reduzir os maiores blocos de rocha, uma vez que a fragmentação obtida com a detonação certamente não será ideal.
Iniciadores e retardos: não é recomendada a utilização de cordel detonante, por produzir grandes pulsos de ar. As espoletas elétricas também devem ser evitadas, tendo em vista o risco de iniciação por eletricidade estática. O correto é a utilização de iniciadores de pressão, não elétricos e silenciosos (nonel), com tempos de retardados bem ajustados no plano de fogo. A utilização de um número maior de retardados reduz os níveis de vibração pelo terreno e pelo ar (melhor distribuição e redução da carga explosiva instantânea), além de aumentar a fragmentação e diminuir a distância de lançamento da pilha de rocha.
2.16 Transporte do material A retirada do material detonado da frente de desmonte , levando-o para a britagem ou para outro local apropriado, é definido como operação de remoção. Esta operação divide-se em etapas de carga e trasporte, condicionando o desmonte. Este não pode acontecer sem que, previamente, seja seja retirado o escombro escombro da detonação detonação anterior (GUSMÃO, 2002). 2002). Segundo Costa (2002), o ritmo de lavra de cada frente depende do equipamento de carga a ela alocada. A produtividade do equipamento de carga é limitada, superiormente, pelo número máximo de ciclos de carga por hora vezes sua capacidade de carga e , inferiormente, por um valor que torna viável sua utilização. Após o desmonte, resultam blocos de rocha de tamanhos inadequados, inadequados, que não podem seguir direto para a britagem. Este material é selecionado, fragmentado na praça por 50
rompedores e/ou com o auxilio de explosivos. Em seguida todo o material será transportado para o britador primário. primário. O transporte é feito por caminhões convencionais adaptados ou fora de estradas. De acordo com Gusmão (2002), a largura da pista de rodagem depende das dimensões transversais do material circulante e da natureza deste. Quando há circulação de material sobre pneus e sobre lagartas, é necessário uma pista mais larga, com faixas individuais. As pistas de rodagem devem ser construídas de forma correta, sendo bem compactadas e com sistemas de drenagem, e possuir uma boa manutenção, o que consequentemente reduzirá gastos com a manutenção de equipamentos por quebra. Com esses cuidados a remoção do material será realizada de forma mais eficiente.
Figura 27 – Transporte Transporte do material detonado por caminhões fora de estrada (EMBUSA, 2013) (EMBUSA, 2013)
2.17 Beneficiamento e Armazenamento do Material Depois de desmontado o material é carregado e transportado para a britagem primária, inciando o processo de beneficiamento, onde a rocha será dividida em grupos de acordo com a granulometria desejada. Nesta de beneficiamento, a rocha sofrerá a primeira redução de tamanho pela de fragmentação em britadores de mandíbulas. O processo consiste no esmagamento e quebra dos blocos rochosos pela ação das forças de compressão aplicadas pelos movimentos de uma mandíbula móvel contra outra fixa.
51
Figura 28 – Corte Corte de um britador de mandíbulas (GOOGLE, 2013) (GOOGLE, 2013) Após o processo de britagem o material fragmentado denominado pedra marroada ou “pedra de mão” é direcionado para o caixote ou pulmão primário, que fu ncionam
como
estoque regulador de material para cobrir eventuais paradas na produção, e também como produto para algumas algumas aplicações aplicações que necessitem necessitem de rocha em em grandes granulometrias. granulometrias. Imediatamente após à primária, tem-se a secundária. O material coletado no pulmão primário é conduzido à um britador giratório, onde este funciona com um eixo central, regulável, que gira esmagando a rocha sobre as paredes e contra a própria rocha, através de transportadores de correia.
Figura 29 – Corte Corte de um britador giratótio (GOOGLE, 2013) (GOOGLE, 2013)
52
Os processos de britagem terciária e quaternária, são também etapas de redução de granulometria do material processado, e fonte de produtos finais de mercado. Durante todo o processo de rebritagem há várias etapas de peneiramento e classificação que garantem a separação e adequação dos produtos das pedreiras às suas faixas granulométricas específicas. Após o beneficiamento o material é armazenado no próprio pátio das pedreiras em pilhas separadas, onde as carregadeiras efetuam as manobras e carregam os caminhões que levarão os materiais às obras após sua venda. Outra forma de armazenamento do material é sua separação em baias de concreto e são enviados para a carroceria dos caminhões através de correias transportadoras, em um sistema chamado “retomada”, onde embaixo da baia de material se encontra uma calha
vibratória, que quando acionada, lança o material para a correia que o leva para a carroceria do caminhão.
Figura 30 – Transporte Transporte do material por esteiras e seu beneficiamento (EMBUSA, 2013) (EMBUSA, 2013)
4.18 Plano de Fogo X Fragmentação Fragmentação do Maciço 4.18.1 Introdução Recentemente um grande número de fórmulas e métodos de determinação das variáveis geométricas vêm sendo desenvolvidas. desenvolvidas. Estas fórmulas utilizam um ou vários grupos de parâmetros como: diâmetro do furo, características dos explosivos e dos maciços entre outros.
53
Devido a grande heterogeneidade dos maciços, o cálculo do plano de fogo deve-se basear em um processo contínuo de ensaio e análises que constituem constituem o ajuste por por tentativa. Partindo das premissas iniciais descritas na revisão bibliográfica para o cálculo dos parâmetros, tem-se a primeira pri meira geometria do plano de fogo e o cálculo das cargas explosivas, sendo que depois das análises dos resultados, estes sofreram os devidos ajustes até que o resultado esperado em granulometria do material seja alcançado. A título de estudo será calculado os parâmetros do plano de fogo, sendo estes variados e ajustados de acordo com a granulometria desejada, sendo esta função do tratamento e utilização posterior do material, que na seguinte situação é para a para produção de agregados para construção construção civil. Juntatamente ao estudo do plano de fogo, será apresentando uma análise sobre a fragmentação da rocha, pois uma fragmentação de má qualidade resultará em maiores custos no desmonte secundário quanto no carregamento, transporte, britagem e manutenção dos equipamentos.A equipamentos.A fragmentação da rocha será estudada baseada no modelo de Kuz-Ram.
4.18.2 O Modelo de Fragmentação de Kuz-Ram Segundo Lilly (1998 apud Morais, 2004), as propriedades da rocha, dos explosivos e as variáveis geométricas do plano de fogo serão combinadas utilizando cinco equações que compõem o modelo de fragmentação de Kuz-Ram.
Teoria de quebra (Kuznetsov, 1973): a quantidade de quebra que ocorre com uma determinada quantidade de energia de explosivo pode ser estimada usando a equação de Kuznetsov.
Teoria da distribuição de tamanho (Rosin&Rammler, 1933): a distribuição do tamanho das partículas da rocha fragmentada pode ser determinada a partir do tamanho médio, se o modelo de quebra é conhecido.
Teoria de detonação do explosivo (Tidman): a quantidade de energia liberada pelo explosivo é calculada utilizando a equação de Tidman.
Correlação dos parâmetros do plano de fogo (Cunningham): existe uma correlação entre as configurações dos planos de fogo e o modelo de fragmentação da rocha.
Correlação dos tipos de rocha (Lilly, 1986): as propriedades e características do maciço interferem no resultado da fragmentação da detonação. A classificação geomecânica de Lilly, e mais tarde modificada por Cunningham, é utilizada no modelo de fragmentação de Kuz-Ram. 54
Equação de Kuznetsov
Uma correlação entre o tamanho médio e a energia de detonação aplicada por unidade de volume de rocha (razão de carga) foi desenvolvida por Kuznetsov (1973) como uma função do tipo de rocha. A equação é dada por:
50
− 0,80
= .
.
0,167
.
Onde:
115
0,633
50
- tamanho médio da partícula (cm);
A - fator de rocha; 0
- volume de rocha desmontado por furo (m³); - massa do explosivo utilizado (Kg); - representa r epresenta a energia relativa em massa (RWS) do explosivo comparado ao ANFO
(ANFO=100); =
/ 0 – razão razão de carga (Kg/m³);
- é a massa (Kg) de TNT equivalente a energia contida na carga explosiva de cada
furo
Equação de Rosin-Rammler O percentual passante é calculado por:
=
− − ,
.
.
Onde: X: tamanho da malha da peneira; n: índice de uniformidade.
Índice de uniformidade de Cunningham Através de testes de campo por Cunningham (1987), esta expressão foi desenvolvida. desenvolvida. Esta correlaciona todos os parâmetros geométricos do plano de fogo, como:
− − ,
+
=
,
.
.
.
.
55
Onde: B: afastamento (m); S: espaçamento (m); D: diâmetro do furo (mm); W: desvio padrão da perfuração (m); L: comprimento total de carga (m); H: altura do banco (m). Ao se utilizar dois explosivos no furo (carga de fundo e carga de coluna) a equação anterior é alterada por:
− − − ,
+
=
,
.
.
.
.
.
,
+ ,
.
Onde: BCL: comprimento da carga de fundo (m); CCL: comprimento da carga de coluna (m); abs: valor absoluto referente a
−
.
Equação de Tidman A energia do explosivo é calculada por:
=
.
Onde: Er: energia efetiva relativa por massa do explosivo; VODe: velocidade de detonação efetiva do explosivo (medida em campo); VODn: velocidade de detonação nominal do explosivo (m/s); RWS: representa a energia por massa relativa ao ANFO (%).
Fator de rocha É calculado pela equação originalmente desenvolvida por Lilly (1986) e modificada por Cunningham (1987). É usado para ajustar o tamanho médio dos 56
fragmentos baseado no tipo de rocha, direção e mergulho das descontinuidades com relação à frente livre do desmonte. O fator da rocha A é um índice de blastabilidade (descrição das características de detonação) do maciço rochoso. O valor do fator de rocha (A) é calculado por:
= 0,06. (
+
+
)
Os valores do RMD são obtidos a partir da classificação geomecânica de Lilly. Os demais parâmetros são calculados por:
− =
=
=
Onde:
.
< 50
> 50
d: densidade da rocha; E: representa o módulo de Young (GPa); UCS: resistência à compressão uniaxial da rocha (MPa).
Figura 31 – Classificação Classificação geomecânica do maciço rochoso (MORAIS, 2004)
57
5 APLICAÇÃO DO MÉTODO Para aplicação do método apresentado anteriormente, de simulação da fragmentação da rocha com base no plano de fogo, foram elaboradas planilhas eletrônicas, onde apresentam-se nas mesmas, células para dados de entrada fornecidos pelo usuário e outras apresentando os respectivos resultados da variação dos parâmetros do plano de fogo, da fragmentação da rocha, inclusive com a geração da curva granulométrica do material após o desmonte com o plano de fogo em questão. fogo ”, (Tabela 3), possui A planilha que consta na aba “ Dados de entrada_plano de fogo”
células onde o usuário irá preencher os campos em branco de acordo com o projeto ou estrutura de sua lavra como, características da bancada de exploração, equipamentos de britagem de sua posse e propriedades do explosivo utilizado para o desmonte. Deverá informar também a produção que deseja com esse desmonte. Esta etapa é de fundamental importância, porque todos os parâmetros do plano de fogo serão resultados destes dados informados. Todo o restante da planilha encontra-se “ bloqueado”, pois não há necessidade de alterações nessas células pelo usuário, haja vista as mesmas conterem apenas as formulações utilizadas pelo método para o cálculo. Tabela 3: Dados de entrada do plano de fogo (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição Altura da bancada Abertura mínima do britador primário Inclinação das bancadas Produção Razão linear de carregamento da carga de fundo Razão linear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Velocidade de detonação efetiva do explosivo (campo) Velocidade de detonação nominal do explosivo Energia por massa relativa ao ANFO
Em seguida, na aba “ Plano de Fogo” Fogo”,
SÍMBOLO H A' i Prod RCf RCc W VODe VODn RWS
Unidade m mm graus (º) m³ Kg/m Kg/m m m/ s m/ s %
Valores
(Tabela 4), o usuário terá a liberdade para
escolher três parâmetros de fundamental importância no mesmo, sendo eles: diâmetro de perfuração, afastamento (respeitando os limites já calculados e presentes na planilha para afastamento máximo e mínimo) e espaçamento (respeitando o mesmo critério imposto para o afastamento). Nesta planilha os campos que solicitam preenchimento, com o passar do cursor do mouse sobre ele, é exibida uma mensagem informando as opções que poderão ser 58
escolhidas e automaticamente todos os campos restantes serão calculados, encontrando-se bloqueados pelo pelo mesmo motivo já citado, citado, não podendo podendo ser alterados alterados pelo usuário. Todos os parâmetros calculados automaticamente são determinados com base nas equações apresentadas no capítulo 4 – seção seção 4.8. Tabela 4: Parâmetros do plano de fogo (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume ideal da caçamba do equipamento de carga Diâmetro máximo de perfuração
D
Unidade jardas cúbicas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
Sobrefuração Profundidade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de coluna Carga total Volume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específica Número total de furos
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Símbolo N
Limites Mínimo Máximo Mínimo Máximo -
Quantidade
Valor pa para cá cálculo
-
-
-
granulometria”, (Tabela 5), o usuário terá a Partindo para a aba “ Dados de entrada granulometria”
liberdade de fazer as opções de preenchimento dos campos de acordo com as características e propriedades do maciço que deseja explorar, sendo estes informados pela numeração das opções sugeridas para cada característica e propriedade do maciço. Novamente ao passar o cursor do mouse sobre a célula uma mensagem informativa será exibida para o usuário. Os utilizado” e “ Energia relativa em massa (RWS) do explosivo campos “ Massa do explosivo utilizado” comparada ao ANFO (ANFO=100)” (ANFO=100) ”
serão calculados automaticamente, quando na aba
“ Dados de entrada_plano de fogo , (Tabela ”
3), as razões lineares de carregamento para os
explosivos e a energia por massa relativa ao ANFO forem preenchidas respectivamente. Todos os parâmetros calculados automaticamente são determinados com base nas equações apresentadas apresentadas no capítulo 4.18 – seção seção 4.18.2.
59
Tabela 5: Dados de entrada da fragmentação fr agmentação da rocha (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classificação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Direção e mergulho com relação a face livre
RMD
Friável Fraturado Maciço
10 JF 50 -
d
JP A
Espaçamento da das de descontinuidades (m (m)
JP S
Módulo de Young (GPa) Resistência a compressão uniaxial Massa do explosivo utilizado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do explosivo comparada ao ANFO (ANFO=100)
E UC S Qe
Carregamento
Classificação/Índice
Símbolo
Er C
Opções 1 2 3 -
Horizontal
10
1
Mergulhando para fora da face livre
20
2
Direção perpendicular a face livre
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP Carga única Carga de fundo e carga de coluna
Valores
1 2
-
Granulometria”, (Tabela 6), o usuário poderá somente alterar a abertura das Na aba “Granulometria”
malhas das peneiras para qual deseja saber o percentual passante, ressaltando que na planilha devem constar o valor das aberturas em centímetros. Os parâmetros nela presentes são determinados com base nas características e propriedades das rochas do maciço em estudo, que foram preenchidas anteriormente e também com relação aos parâmetros do plano fogo Peneira” uma mensagem explicativa calculados. Ao passar o cursor do mouse sobre a célula Peneira” “
de preenchimento do campo será exibida. Todos os parâmetros calculados automaticamente são determinados com base nas equações apresentadas apresentadas no capítulo 4.18 – seção seção 4.18.2.
60
Tabela 6: Resultados da fragmentação da rocha (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm P cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm cm
Und cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores -
Ao final de todo este processo de fornecimento de dados e cálculos automáticos, nas abas “Curva granulométrica e “Esquema” serão apresentadas a curva granulométrica de ”
acordo com a fragmentação esperada do maciço rochoso e os principais parâmetros com os valores calculados, ressaltando que estes se encontram fora de escala no desenho esquemático.
5.1 Aplicação das Planilhas Desenvolvidas: situação de cálculo Nesta seção, situações de cálculo serão apresentadas para análise dos resultados de acordo com a geometria definida para os planos de fogo, sendo no total cinco situações de cálculo. 61
A primeira situação de cálculo baseia-se na escolha do afastamento e espaçamento máximo para a malha do plano de fogo, sendo que estes parâmetros estão diretamente relacionados ao diâmetro de perfuração. Já na segunda situação de cálculo, opta-se pelo afastamento e espaçamento intermediário, enquanto que na terceira situação o afastamento e espaçamento utilizado é o máximo permitido de acordo também, com o diâmetro do furo. Nas situações de cálculo três e quatro, as situações de cálculo um e dois terá o seu explosivo da carga de coluna modificado com o intuito de comparação entre os resultados, optando pelo de menor custo e ao mesmo tempo eficaz. Para simulação destas situações de cálculo, a determinação do plano de fogo para um maciço rochoso formado por rocha gnáissica denominado comercialmente de granito olho de pombo e sua fragmentação esperada esperada será realizada. Dados: Altura da bancada: 14 m; Inclinação dos furos: 15,00º; Desvio de perfuração: 0,00 m; Britador primário: 1,00 x 1,20 m; Explosivos utilizados: Coluna – IBEMUX IBEMUX - Britanite; Fundo – IBEGEL IBEGEL AD – Britanite; Britanite; Apresenta mergulho para fora da face livre, espaçamento entre as descontinuidades descontinuidades de 2,00 m; Resistência à compressão uniaxial da rocha – 134,35 134,35 MPa; Módulo de Young – 74,40 74,40 GPa; Energia relativa em massa do explosivo – 93; 93; A seguir serão apresentados os resultados obtidos para cada situação de cálculo.
5.1.1 Situação de Cálculo 1 Para esta situação de cálculo serão adotados o afastamento e espaçamento mínimo, a malha mais fechada possível.
62
Tabela 7: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição Altura da bancada Abertura míni ma do britador primário Incli nação das bancadas Produção Razão l inear de carregamento da carga de f undo Razão l inear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Veloci dade de detonação efeti va do explosivo (campo) Veloci dade de detonação nominal do expl osi vo Energia por massa relati va ao ANFO
SÍMBOLO Unidade H m A' mm i graus (º) Prod m³ RCf Kg/m RCc Kg/m W m VODe m/s VODn m/s RWS %
Valores 14,00 1.000,00 15,00 15.000,00 5,70 4,56 1,00 1,00 93,00
Tabela 8: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume i deal da caçamba caçamba do equipamento de carga Di âmetro máxi mo de perfuração
D
Unidade jardas cúbi cas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Sobrefuração Profundi dade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de col una Carga total Vol ume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específi ca Número total de furos
Símbolo N
Limites
Quantidade
Míni mo Máxi mo Míni mo Máxi mo -
3,16 3,16 1,50 3,00 3,00 5,25 0,45 14,94 1,50 11,12 52,67 63,78 63,00 1,01 0,22 238,10
Valor para cálculo 3,16 3,00 1,50 3,00 0,45 15,00 1,50 11,12 52,67 63,78 63,00 1,01 0,22 239,00
63
Tabela 9: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classifi cação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Dire Direçção e mer mergu gulho lho com com rela relaçã ção o a fac face livr livree
Símbolo RMD d
JPA JPA
Espaçamento das descontinuidades (m)
JPS
Módulo de Young (GPa) Resi stência a compressão uniaxial Massa do expl osi vo util izado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do expl osivo comparada ao ANFO (ANFO=1 (AN FO=100 00))
E UCS Qe
Carre gamento
Er C
Classificação/Índice Friável Fraturado Maci ço
10 JF 50 -
Horizontal Mergulhando para fora da face livre Direção perpendicular a face livre Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP -
Opções 1 2 3 -
10
1
20
2
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Carga única Carga de fundo e carga de coluna
1 2
Valores 2 2,70
4
3 74,40 134,35 63,78 93,00 2
64
Tabela 10: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm P 60 cm 70 cm 80 cm 90 cm 100 cm 110 cm 120 cm 130 cm 140 cm 150 cm 160 cm 170 cm 180 cm 190 cm 200 cm
Und cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores 8,06 18,28 2,226 0,11 0,50 1,23 2,33 3,80 5,64 7,86 10,43 13,34 16,56 57,12 87,60 98,09 99,85 99,99 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
65
GRANULOMETRIA DA ROCHA FRAGMENTADA 100,00 90,00 80,00 70,00 ) % 60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
0 0 0 0 , 1
Situação de cálculo 1
Diâmetro(m)
Figura 32: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria)
PARÂMETROS DO PLANO DE FOGO 1,50 3,00
14,00 15
1,50 11,55
0,45
15,00
1,95
Figura 33: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 1 (fonte: própria) 66
5.1.2 Situação de Cálculo 2 Para esta situação de cálculo serão adotados o afastamento e espaçamento intermediário, para o mesmo maciço da situação anterior. Tabela 11: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição Altura da bancada Abertura míni ma do britador primário Incli nação das bancadas Produção Razão l inear de carregamento da carga de f undo Razão l inear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Veloci dade de detonação efeti va do explosivo (campo) Veloci dade de detonação nominal do expl osi vo Energia por massa relati va ao ANFO
SÍMBOLO Unidade H m A' mm i graus (º) Prod m³ RCf Kg/m RCc Kg/m W m VODe m/s VODn m/s RWS %
Valores 14,00 1.000,00 15,00 15.000,00 5,70 4,56 1,00 1,00 93,00
Tabela 12: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume i deal da caçamba caçamba do equipamento de carga Di âmetro máxi mo de perfuração
D
Unidade jardas cúbi cas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Sobrefuração Profundi dade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de col una Carga total Vol ume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específi ca Número total de furos
Símbolo N
Limites
Quantidade
Míni mo Máxi mo Míni mo Máxi mo -
3,16 3,16 1,50 3,00 5,00 8,75 0,75 15,24 2,50 18,53 44,46 62,99 227,50 0,28 0,06 65,93
Valor para cálculo 3,16 3,00 2,50 6,50 0,75 15,50 2,50 18,53 44,46 62,99 227,50 0,28 0,06 66,00
67
Tabela 13: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classifi cação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Dire Direçção e mer mergu gulho lho com com rela relaçã ção o a fac face livr livree
Símbolo RMD d
JPA JPA
Espaçamento das descontinuidades (m)
JPS
Módulo de Young (GPa) Resi stência a compressão uniaxial Massa do expl osi vo util izado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do expl osivo comparada ao ANFO (ANFO=1 (AN FO=100 00))
E UCS Qe
Carre gamento
Er C
Classificação/Índice Friável Fraturado Maci ço
10 JF 50 -
Horizontal Mergulhando para fora da face livre Direção perpendicular a face livre Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP -
Opções 1 2 3 -
10
1
20
2
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Carga única Carga de fundo e carga de coluna
1 2
Valores 2 2,70
4
3 74,40 134,35 62,99 93,00 2
68
Tabela 14: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm P 60 cm 70 cm 80 cm 90 cm 100 cm 110 cm 120 cm 130 cm 140 cm 150 cm 160 cm 170 cm 180 cm 190 cm 200 cm
Und cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores 8,06 51,46 2,061 0,02 0,09 0,20 0,36 0,57 0,82 1,13 1,48 1,89 2,34 9,41 20,38 33,79 47,95 61,36 72,92 82,09 88,84 93,44 96,37 98,11 99,07 99,57 99,81 99,92 99,97 99,99 100,00 100,00
69
GRANULOMETRIA DA ROCHA FRAGMENTADA 100,00 90,00 80,00 70,00 ) % 60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
0 0 0 0 , 1
0 0 0 0 , 0 1
Situação de cálculo 2
Diâmetro(m)
Figura 34: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria)
PARÂMETROS DO PLANO DE FOGO 2,50 6,50
14,00 15
2,50 9,75
0,75
15,50
3,25
Figura 35: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 2 (fonte: própria) 70
5.1.3 Situação de Cálculo 3 Para esta situação de cálculo serão adotados o afastamento e espaçamento máximo, mais uma vez para os dados do maciço de granito olho de pombo. Tabela 15: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição Altura da bancada Abertura míni ma do britador primário Incli nação das bancadas Produção Razão l inear de carregamento da carga de f undo Razão l inear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Veloci dade de detonação efeti va do explosivo (campo) Veloci dade de detonação nominal do expl osi vo Energia por massa relati va ao ANFO
SÍMBOLO Unidade H m A' mm i graus (º) Prod m³ RCf Kg/m RCc Kg/m W m VODe m/s VODn m/s RWS %
Valores 14,00 1.000,00 15,00 15.000,00 5,70 4,56 1,00 1,00 93,00
Tabela 16: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume i deal da caçamba caçamba do equipamento de carga Di âmetro máxi mo de perfuração
D
Unidade jardas cúbi cas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Sobrefuração Profundi dade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de col una Carga total Vol ume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específi ca Número total de furos
Símbolo N
Limites
Quantidade
Míni mo Máxi mo Míni mo Máxi mo -
3,16 3,16 1,50 3,00 6,00 10,50 0,90 15,39 3,00 22,23 39,22 61,45 441,00 0,14 0,03 34,01
Valor para cálculo 3,16 3,00 3,00 10,50 0,90 15,50 3,00 22,23 39,22 61,45 441,00 0,14 0,03 35,00
71
Tabela 17: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classifi cação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Dire Direçção e mer mergu gulho lho com com rela relaçã ção o a fac face livr livree
Símbolo RMD d
JPA JPA
Espaçamento das descontinuidades (m)
JPS
Módulo de Young (GPa) Resi stência a compressão uniaxial Massa do expl osi vo util izado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do expl osivo comparada ao ANFO (ANFO=1 (AN FO=100 00))
E UCS Qe
Carre gamento
Er C
Classificação/Índice Friável Fraturado Maci ço
10 JF 50 -
Horizontal Mergulhando para fora da face livre Direção perpendicular a face livre Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP -
Opções 1 2 3 -
10
1
20
2
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Carga única Carga de fundo e carga de coluna
1 2
Valores 2 2,70
4
3 74,40 134,35 61,45 93,00 2
72
Tabela 18: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm P 60 cm 70 cm 80 cm 90 cm 100 cm 110 cm 120 cm 130 cm 140 cm 150 cm 160 cm 170 cm 180 cm 190 cm 200 cm
Und cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores 8,06 88,77 2,050 0,01 0,03 0,07 0,12 0,19 0,28 0,38 0,50 0,63 0,78 3,21 7,22 12,64 19,23 26,69 34,68 42,87 50,98 58,72 65,89 72,36 78,02 82,86 86,89 90,16 92,76 94,78 96,31 97,44
73
GRANULOMETRIA DA ROCHA FRAGMENTADA 100,00 90,00 80,00 70,00 ) % 60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
0 0 0 0 , 1
0 0 0 0 , 0 1
Situação de cálculo 3
Diâmetro(m)
Figura 36: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria)
PARÂMETROS DO PLANO DE FOGO 3,00 10,50
14,00 15
3,00 8,60
0,90
15,50
3,90
Figura 37: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 3 (fonte: própria) 74
5.1.4 Situação de Cálculo 4 Para esta situação de cálculo serão adotados o afastamento e espaçamento mínimo novamente, pois apresentou os melhores resultados quanto a fragmentação da rocha. Porém o carregamento da carga de coluna será variado, sendo o explosivo utilizado ANFOMAX – Britanite, com energia por massa relativa ao ANFO de 107%. Tabela 19: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição
SÍMBOLO H A' i Prod RCf RCc W VODe V OD n RWS
Altura da bancada Abertura mínima do britador primário Inclinação das bancadas Produção Razão linear de carregamento da carga de fundo Razão linear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Velocidade de detonação efetiva do explosivo (campo) Velocidade de detonação nominal do explosivo Energia por massa relativa ao ANFO
Unidade m mm graus (º) m³ Kg/m Kg/m m m/s m/s %
Valores 14,00 1.000,00 15,00 15.000,00 5,70 5,24 1,00 1,00 107,00
Tabela 20: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume ideal da caçamba do equipamento de carga Diâmetro máximo de perfuração
D
Unidade jardas cúbicas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Sobrefuração Profundidade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de coluna Carga total Volume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específica Número total de furos
Símbolo N
Limites
Quantidade
Mínimo Máximo Mínimo Máximo -
3,16 3,16 1,50 3,00 3,00 5,25 0,45 14,94 1,50 11,12 60,52 71,64 63,00 1,14 0,22 238,10
Valor pa para cá cálculo 3,16 3,00 1,50 3,00 0,45 15,00 1,50 11,12 60,52 71,64 63,00 1,14 0,22 239,00
75
Tabela 21: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classificação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Direção e mergulho com relação a face livre
RMD d
JP A
Espaçamento das descontinuidades (m)
JP S
Módulo de Young (GPa) Resistência a compressão uniaxial Massa do explosivo utilizado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do explosivo comparada ao ANFO (ANFO=100)
E UC S Qe
Carregamento
Classificação/Índice
Símbolo
Er C
Friável Fraturado Maciço
10 JF 50 -
Opções 1 2 3 -
Horizontal
10
1
Mergulhando para fora da face livre
20
2
Direção perpendicular a face livre
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP Carga única Carga de fundo e carga de coluna
1 2
Valores 2 2,70
4
3 74,40 134,35 71,64 107,00 2
76
Tabela 22: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm P 60 cm 70 cm 80 cm 90 cm 100 cm 110 cm 120 cm 130 cm 140 cm 150 cm 160 cm 170 cm 180 cm 190 cm 200 cm
U nd cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores 8,06 15,54 2,226 0,15 0,72 1,77 3,32 5,40 8,00 11,08 14,62 18,58 22,88 70,33 95,00 99,66 99,99 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
77
GRANULOMETRIA DA ROCHA FRAGMENTADA 100,00 90,00 80,00 70,00 ) %60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
0 0 0 0 , 1
0 0 0 0 , 0 1
Situação de cálculo 4
Diâmetro(m)
Figura 38: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria)
PARÂMETROS DO PLANO DE FOGO 1,50 3,00
14,00 15
1,50 11,55
0,45
15,00
1,95
Figura 39: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 4 (fonte: própria) 78
5.1.4 Situação de Cálculo 5 Para esta situação de cálculo serão adotados o afastamento e espaçamento intermediário novamente, pois o resultado obtido ficou pouco fora da faixa em que todo o material poderia ser levado diretamente para a britagem. Porém o carregamento da carga de coluna será o explosivo ANFOMAX – Britanite, Britanite, com energia por massa relativa ao ANFO de 107%.
Tabela 23: Dados de entrada do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - PLANO DE FOGO Descrição
SÍMBOLO H A' i Prod RCf RCc W VODe VODn RWS
Altura da bancada Abertura mínima do britador primário Inclinação das bancadas Produção Razão linear de carregamento da carga de fundo Razão linear de carregamento da carga de coluna Desvio padrão da perfuração Velocidade de detonação efetiva do explosivo (campo) Velocidade de detonação nominal do explosivo Energia por massa relativa ao ANFO
Unidade m mm graus (º) m³ Kg/m Kg/m m m/ s m/ s %
Valores 14,00 1.000,00 15,00 15.000,00 5,70 5,24 1,00 1,00 107,00
Tabela 24: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria) PARÂMETROS - PLANO DE FOGO Descrição Volume ideal da caçamba do equipamento de carga Diâmetro máximo de perfuração
D
Unidade jardas cúbicas pol
Afastamento
A
m
Espaçamento
E
m
Sobrefuração Profundidade de perfuração Tampão Carga de fundo Carga de coluna Carga total Volume de rocha por furo Razão de carregamento Perfuração específica Número total de furos
SF P T Cf Cc Ct VF RC f N
m m m Kg Kg Kg m³ Kg/m³ m/m³ und
Símbolo N
Limites
Quantidade
Mínimo Máximo Mínimo Máximo -
3,16 3,16 1,50 3,00 5,00 8,75 0,75 15,24 2,50 18,53 51,09 69,62 227,50 0,31 0,06 65,93
Valor pa para cá cálculo 3,16 3,00 2,50 6,50 0,75 15,50 2,50 18,53 51,09 69,62 227,50 0,31 0,06 66,00
79
Tabela 25: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria) DADOS DE ENTRADA - FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Classificação do maciço rochoso Influência da densidade (densidade da rocha intacta, grama/cm³)
Direção e mergulho com relação a face livre
RMD d
JP A
Espaçamento das descontinuidades (m)
JP S
Módulo de Young (GPa) Resistência a compressão uniaxial Massa do explosivo utilizado (Kg) Energia relativa em massa (RWS) do explosivo comparada ao ANFO (ANFO=100)
E UC S Qe
Carregamento
Classificação/Índice
Símbolo
Er C
Friável Fraturado Maciço
10 JF 50 -
Opções 1 2 3 -
Horizontal
10
1
Mergulhando para fora da face livre
20
2
Direção perpendicular a face livre
30
3
40
4
10 20 50
1 2 3 -
Mergulhando para dentro da face livre <0,10m 0,10 a MS MS a DP Carga única Carga de fundo e carga de coluna
1 2
Valores 2 2,70
4
3 74,40 134,35 69,62 107,00 2
80
Tabela 26: Resultados da fragmentação da rocha – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria) FRAGMENTAÇÃO DA ROCHA Descrição Fator de rocha Tamanho médio da partícula Índice de uniformidade
Distribuição de tamanho dos fragmentos
Símbolo Peneira A X50 n 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm P 60 cm 70 cm 80 cm 90 cm 100 cm 110 cm 120 cm 130 cm 140 cm 150 cm 160 cm 170 cm 180 cm 190 cm 200 cm
Und cm % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %
Valores 8,06 44,20 2,061 0,03 0,12 0,27 0,49 0,77 1,13 1,54 2,03 2,58 3,19 12,65 26,79 43,11 59,07 72,77 83,26 90,49 95,02 97,59 98,93 99,56 99,83 99,94 99,98 99,99 100,00 100,00 100,00 100,00
81
GRANULOMETRIA DA ROCHA FRAGMENTADA 100,00 90,00 80,00 70,00 ) %60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
Situação de cálculo 5
0 0 0 0 , 1
0 0 0 0 , 0 1
Diâmetro(m)
Figura 40: Curva granulométrica – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria)
PARÂMETROS DO PLANO DE FOGO 1,50 3,00
14,00 15
1,50 11,55
0,45
15,00
1,95
Figura 41: Parâmetros do plano de fogo – situação situação de cálculo 5 (fonte: própria)
82
Para uma melhor visualização dos diferentes resultados da fragmentação do maciço rochoso em estudo, estudo , serão apresentados dois gráficos com as diferentes curvas granulométricas. O primeiro comparando as situações de cálculo 1, 2 e 3, onde foram variados o afastamento e espaçamento para o mesmo maciço rochoso, e em seguida o gráfico comparativo para as situações de cálculo 1 e 4, onde para um mesmo plano fogo (situação de cálculo 1) foi variado o explosivo para carga de coluna.
GRANULOMETRIA DAS ROCHAS FRAGMENTADAS 100,00 90,00 80,00 70,00 ) %60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
Situação de cálculo 1
0 0 0 1 , 0
0 0 0 0 , 1
0 0 0 0 , 0 1
Situação de cálculo 2
Situação de cálculo 3 Diâmetro(m)
Figura 42: Curva granulométrica – situações situações de cálculo 1,2 e 3 (fonte: própria) Analisando as curvas granulométricas pode-se observar que, com o aumento do afastamento e do espaçamento obtemos como resultado uma fragmentação mais grossa do maciço rochoso, sendo necessário o desmonte secundário da rocha para que seja triturada no britador primário em questão questão (1,00 x 1,20).
83
GRANULOMETRIA DAS ROCHAS FRAGMENTADAS 100,00 90,00 80,00 70,00 ) %60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
Situação de cálculo 1
0 0 0 0 , 1
Situação de cálculo 4
0 0 0 0 , 0 1
Diâmetro(m)
Figura 43: Curva granulométrica – situações situações de cálculo 1 e 4 (fonte: própria) No que diz respeito à fragmentação do maciço, pelas situações de cálculo 1 e 4, é um resultado bem próximo de granulometria, sendo que para a situação de cálculo 4 temos um pequeno acréscimo acréscimo de material material nas frações finas. finas.
GRANULOMETRIA DAS ROCHAS FRAGMENTADAS 100,00 90,00 80,00 70,00 ) %60,00 ( e t n 50,00 a s s a 40,00 P
30,00 20,00 10,00 0,00 0 0 1 0 , 0
0 0 0 1 , 0
Situação de cálculo 2
0 0 0 0 , 1
Situação de cálculo 5
0 0 0 0 , 0 1
Diâmetro(m)
Figura 44: Curva granulométrica – situações situações de cálculo 2 e 5 (fonte: própria) 84
Para a simulação realizada com a alteração do explosivo para a situação de cálculo 2, com a introdução de um explosivo de maior energia, o resultado foi significativo pois na situação de cálculo 2, cerca de 13% do material teria que ser novamente desmontado na praça antes de seguir para o beneficiamento e, quando alterado o explosivo, situação de cálculo 5, este percentual reduziu para aproximadamente 5%.
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6 CONCLUSÕES Planos de fogo com maior espaçamento e afastamento (malha mais aberta) possuem, normalmente, custos unitários menores em todo o seu processo, desde a perfuração até a detonação, visto que utilizam menor número de furos e consequentemente menor quantidade de explosivos em suas configurações. Porém, ao analisar a fragmentação de um maciço rochoso pelo método de Kuz-Ram, pode-se observar um material final com granulometria mais grosseira, podendo inviabilizar seu aproveitamento direto para a produção dos agregados, visto que dependeria de britadores primários de maior porte ou de desmonte secundário (mais custos). Além disso, o material resultante dessa detonação, mais grosso com presença de pedras com tamanhos que ultrapassam 2,0 metros de diâmetro, dificulta o processo de carregamento dos caminhões pelas escavadeiras, acarretando menor enchimento das caçambas, aumentando aumentando o ciclo dos caminhões e maiores custos com transporte. Quanto ao processo de britagem, esse material com presença de blocos e lajes de maior porte, irá ocasionar o engaiolamento destes no britador primário, gerando paradas e atrasos na produção e maior gasto na manutenção dos equipamentos devido a possíveis quebras mecânicas. Com o engaiolamento do britador ou sua quebra, a descarga dos caminhões que vêm em seguida fica também paralisada, pois os mesmos são impedidos de bascular no britador, já que primeiro é necessário fragmentar o material que se encontra obstruindo a entrada com rompedor hidráulico manual antes de prosseguir com a produção. Simulados os planos de fogo e analisados os respectivos resultados de fragmentação da rocha, nota-se claramente que a fragmentação do maciço pode ser melhorada com um menor espaçamento e afastamento entre os furos (malha mais apertada). Comparando os resultados da situação de cálculo 1 e 4, em que foram mantidos os parâmetros do plano de fogo e alterado apenas o explosivo para carga de coluna, os mesmos não foram muito divergentes. Na situação de cálculo 4, com o uso de um explosivo com menor densidade, porém com maior energia por massa relativa ao ANFO, a fragmentação do maciço apresentou um agregado com diâmetro máximo de 50 cm, enquanto que na situação de cálculo 1 o diâmetro máximo foi de 60 cm. Assim, a escolha do explosivo será feita com base no custo custo benefício do desmonte, desmonte, de acordo acordo com a fragmentação fragmentação que se deseja obter. obter. Na simulação da fragmentação do maciço na situação de cálculo 5, a redução de material que teria que ser novamente desmontado, desmonte secundário, reduziu mais que a metade quando comparada a situação de cálculo 2. Para um grande volume de rocha a ser 86
desmontado, esta redução, tem sim um resultado positivo na produção do produto final, podendo este modelo de simulação ser mais vantajoso em relação a custo e produção quando comparado a todos os outros. Com esse plano de fogo, de espaçamento e afastamento menores, aumenta o número de furos na bancada e consequentemente o consumo de explosivo, o que por sua vez encarece o processo de detonação. Mas mesmo com um custo de produção mais elevado esse procedimento se mostra mais eficiente, visto que problemas de interrupção ou atrasos na produção relacionados a transporte, britagem e manutenção manutenção dos equipamentos, como citados anteriormente, são reduzidos significativamente. significativamente.
Dessa forma, a produção e o lucro serão
maiores o que irá privilegiar tanto o produtor quanto o consumidor.
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