CURSO DE DESMONTE DE ROCHAS POR EXPLOSIVOS -FORMAÇÃO DE BLASTER Instrutor: Marcelo Lopes Mendes...

CURSO DE DESMONTE DE ROCHAS POR EXPLOSIVOS - FORMAÇÃO DE BLASTER Instrutor: Marcelo Lopes Mendes - Engenheiro de Minas CREA-MG 73.235/D

CONSULTORIA E SERVIÇOS DE MINERAÇÃO E MEIO AMBIENTE

www.riograndeminas.com.br

1

1. INTRODUÇÃO 1.1. O Blaster

O BLASTER, também chamado de “Cabo de Fogo” ou “Encarregado de Fogo” é o profissional habilitado para a atividade e operação com explosivos, sejam elas de mineração, de pesquisa, de construção civil, etc. Qualquer atividade de desmonte de rocha exige, obrigatoriamente, um plano de fogo, que deve ser elaborado por profissional técnico habilitado. Para a execução do plano de fogo também é obrigatório o acompanhamento técnico, que por sua vez fica a cargo do BLASTER, que é responsável pelo armazenamento dos explosivos, preparação das cargas, carregamento das minas, ordem de fogo, detonação e retirada dos explosivos não detonados e providências quanto ao destino adequado das sobras de explosivos. 1.2. O Desmonte de Rochas por Explosivos O desmonte de rochas por explosivo é uma operação complexa que constitui em uma das principais responsáveis pelos custos de lavra de uma mina, e pelos custos globais de mineração. A detonação busca um material com características de granulometria e volume que melhor favorecerão as operações subseqüentes, incluindo a britagem. Além dessas características principais a detonação deverá produzir o mínimo de riscos e incômodos possíveis. Nas detonações próximas a áreas urbanizadas deverão ser tomadas precauções quanto a ruídos e nível de vibração do solo, além de ultra-lançamento e condições do maciço remanescente. Os explosivos também são utilizados em outras atividades, dentre elas o desmonte de edificações como prédios, casas e estruturas civis, como viadutos e pontes. O desmonte a explosivo para esses casos se torna muitas vezes a opção melhor, sendo mais econômica e mais rápida. Para aberturas de galerias, túneis e poços são utilizados os chamados fogos de pilão, quando não existem faces livres suficientes. Nesta técnica, as faces livres são criadas através de furos estrategicamente posicionados e não carregados. Foram desenvolvidas também técnicas de desmonte para deixar taludes bem acabados e seguros, onde o maciço remanescente é preservado. Tais técnicas são muito utilizadas nas obras civis, entretanto a mineração vem fazendo uso delas. Essas técnicas são chamadas de detonações controladas ou “Controlled Blasting”. Existem atualmente outros tipos especiais de detonação, que são apenas citados na presente apostila, que se aplicam para: gelo; árvores grandes; blocos de rochas ornamentais; blocos grandes; diques; trincheiras etc.




2

2. HISTÓRICO Desde a pré-história o homem vem trabalhando as rochas, seja para a confecção de armas de caça, utensílios, adornos, e em alguns casos, para a construção de abrigos. Essas rochas eram extraídas de forma rudimentar, valendo-se dos planos de estratificação, bem como do grau de fraturamento. Com o passar dos tempos, foi-se evoluindo, passando-se a utilizar cunhas e alavancas, além de choque térmico, que foi utilizado enormemente em todo o mundo, inclusive no Brasil. Desmontavam-se assim, rochas para suporte e ornamentação das casas, igrejas e monumentos da época. A pólvora foi, sem dúvida, o primeiro passo para o desenvolvimento de quase uma centena de produtos, hoje em dia, conhecidos como explosivos. Inicialmente utilizada pelos chineses como pirotécnico passou com algumas modificações a propelente de projéteis e armamentos em geral. No fim da Idade Média (por volta de 1354 d.C.), na Europa, o monge Shwartz obteve mistura explosiva, semelhante a dos chineses, que foi em seguida adotada e aplicada em suas diversas formas e variações, para fins bélicos. Os morteiros, bombardas, columbrinas e toda sorte de canhões bizarros, mas mortíferos, passaram com seu troar e efeitos a movimentar rapidamente as fronteiras políticas dos impérios, principados e feudos, decretando assim a ruína do castelo-fortaleza. A primeira notícia de seu emprego como explosivo para fins civis data do ano de 1627, com tais vantagens que essa nova modalidade de emprego rapidamente se generalizou. O mineiro tirolês Kaspar Wendl foi quem realizou as primeiras experiências em uma mina da Hungria. No mesmo ano, a pólvora negra foi empregada na extração de carvão. Em 1778, Berthollet obteve o fulminato de prata por evaporação de uma solução amoniacal de nitrato de prata. No mesmo ano, Hausmann descobriu o ácido pícrico, não tendo feito, naquela época, a mínima idéia de sua utilização futura como carga de arrebentamento de granadas. A essas descobertas veio juntar-se, pouco tempo depois, a do fulminato de mercúrio, devida ao inglês Howard que, misturando mercúrio, ácido nítrico e álcool, obteve um pó cristalino e pesado que verificou explodir por choque ou pela chama, com incrível poder de decomposição. Pouco tempo depois, de modo análogo, obteve Brugnatelli o fulminato de prata que superou, em sensibilidade e perigo, o de mercúrio. Esses compostos foram detalhadamente estudados e, já em 1815, o fulminato de mercúrio era empregado em cápsulas, o que indubitavelmente, constituiu-se em progresso considerável para o uso de explosivos. Em 1811, apareceu uma nova substância explosiva, cuja descoberta custou ao seu autor, Dulong, um olho e três dedos. Tratava-se de um líquido amarelado e pesado, que, posteriormente, foi reconhecido como cloreto de nitrogênio.




3

Entrementes, já em 1832, o químico francês Braconnot se ocupava com a ação do ácido nítrico sobre amido, açúcar, fibras de madeira e materiais semelhantes, obtendo produtos de fácil combustão, aos quais denominou xiloidinas. A nitratação foi, portanto, se generalizando e, ficando melhor conhecida, permitiu a Mitscherlich descobrir, em 1934, o nitrobenzeno e, em 1835, a nitronaftalina. A nitrocelulose foi obtida em 1838, por Pelouze, pela nitratação do papel. As propriedades desse explosivo foram descobertas em 1846, por Schonbein e Bottger, independentemente, passando-se a utilizá-lo como propelente e como explosivo. Em 1847, na cidade de Turim, ocorreu a descoberta da nitroglicerina pelo italiano Ascanio Sobrero. Foi uma verdadeira revolução, pois este preparado oferecia um poder de explosão muitas vezes maior que o da pólvora. No entanto esta descoberta tinha um inconveniente: a nitroglicerina era muito perigosa quando submetida a movimentos bruscos ou atrito, fato que limitava as condições de segurança em seu manuseio. A pólvora sem fumaça ou pólvora coloidal, à base de nitrocelulose e pólvora negra, foi obtida em 1864, por Schultze. Alguns anos mais tarde, em 1867, o sueco Alfred Nobel superou este inconveniente adicionando Kieselghur (diatomácea) a nitroglicerina, produzindo desta forma, a dinamite: explosivo potente que oferecia ao mesmo tempo boas condições de segurança. Durante muito tempo na paz e nas guerras, a dinamite de Nobel foi o grande e poderoso explosivo. O princípio do reforçador (“booster”) foi descoberto em 1868, por Brown, fazendo detonar algodão-pólvora (nitrocelulose) úmido com algodão-pólvora seco (usado como reforçador). A produção do chamado “blasting” (mistura de nitrocelulose e nitroglicerina) foi conseguida, em 1875, por Nobel. Essa mistura é a base da fabricação das dinamites nitroglicerinadas. Em 1912, o trinitrotolueno (TNT) foi oficialmente utilizado como explosivo militar, como carga de ruptura de granadas. Durante a guerra de 1914-1918, foram fabricados industrialmente mais dois explosivos: o tetril e o hexil. Ambos foram empregados, particularmente o primeiro, mais poderoso dos dois, em iniciadores e, em mistura com trinitrotolueno, como carga de arrebentamento de granadas, bombas, torpedos e outros engenhos. Como exemplo de explosivos surgidos após a primeira guerra, podemos citar a pentrita e o hexogênio, explosivos que apresentam a característica muito importante de serem fabricados a partir de matérias-primas sintéticas, para cuja obtenção são necessários apenas o ar, água e carvão. São explosivos extremamente violentos.




4

A casualidade por outro lado, em 1923, na cidade alemã de Oppau, deu existência industrial a outro membro da família dos explosivos, quando ao tentar-se dinamitar um lote de nitrato de amônio que havia empedrado pela ação da umidade, provocou-se enorme explosão, destruindo parte da cidade. De outro acidente nasceu o AN/FO (ammonium nitrate and fuel oil) mistura de nitrato de amônio e óleo diesel, quando o choque entre dois navios, carregando esses respectivos produtos, resultou em um incêndio seguido de violenta explosão que arrasou o Porto de Texas City (EUA) em 1947. A partir desses acidentes e das experiências que os sucederam consolidou-se o uso de nitrato de amônio como material explosivo e, com tal intensidade que, atualmente tem sido o componente básico de todo explosivo industrial. Em 1955, foi desenvolvido comercialmente o AN/FO, pela Maumee Coal e Spencer Quemicals, tendo grande aceitação na indústria mineira norte-americana e posteriormente mundial, basicamente pelo baixo custo, facilidade de manuseio e segurança.

Mais tarde surgiram vários explosivos à base de nitrato de amônio, como a lama explosiva (aquagel ou slurry), aglutinado com uma goma de amido e sensibilizado por alumínio e TNT. Esse explosivo reúne inúmeras vantagens de fabricação e manuseio, relativa insensibilidade à umidade e boa relação custo / volume desmontado. Na mina de Nob Lake, Canadá em 1956, foram feitas as primeiras experiências positivas com aquagel, desenvolvida pela Dupont, CIL e outras empresas norte-americanas. Em 1964 a Atlas Powder Company (ICI) lança um produto baseado no aquagel, chamado de emulsão explosiva, que vem sendo largamente empregado, inclusive misturado com AN/FO, gerando o “Heavy AN/FO”, ou blendado. As emulsões explosivas, foram desenvolvidas há aproximadamente 20 anos e consistem essencialmente de uma solução oxidante, óleo, e um emulsificador, introduzido como gás ou ar. Em outras palavras, a emulsão é uma íntima mistura de dois líquidos que não se dissolvem mutuamente. Algumas emulsões são produtos comuns e utilizados no dia-a-dia, como molhos de salada, filmes fotográficos, inseticidas e alguns cosméticos. As emulsões explosivas devido a enorme quantidade de energia útil desenvolvida, apresentam grande capacidade de trabalho na ruptura de rocha e materiais duros em geral.




5

3. ASPECTOS TEÓRICOS DAS DETONAÇÕES Explosivos são substâncias ou misturas de substâncias capazes de se transformar quimicamente em gases, com extraordinária rapidez e desenvolvimento de calor, produzindo elevadas pressões e considerável trabalho. A decomposição química é uma reação exotérmica, que é desenvolvida a alta velocidade, acompanhada pela liberação de grande quantidade de energia e gases a alta temperatura e elevadíssima pressão. Se a velocidade da reação é supersônica, o processo é denominado detonação e o agente é um alto explosivo. Se a velocidade da reação é subsônica é chamado deflagração e o agente é chamado de baixo explosivo. Todos os explosivos comerciais são basicamente uma mistura de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. A máxima energia liberada em uma detonação ocorre quando a mistura explosiva é formulada por oxigênio balanceado. Uma mistura balanceada de oxigênio é aquela em que não existe excesso ou deficiência deste elemento, os produtos gasosos são essencialmente H2O (vapor), CO2 e N2. Quando há a formação de gases nocivos como NO, CO, NH4, CH4 e carbono, a detonação é considerada não ideal e consequentemente a pressão e a energia desenvolvidas são menores do que as ideais. A tentativa das formulações de explosivos comerciais é a de atingir uma mistura balanceada de oxigênio. O trabalho feito pelo explosivo na fragmentação e deslocamento de rochas depende da energia da onda de choque, assim como da energia de expansão dos gases de detonação. 3.1. Conceitos Básicos

3.1.1. Combustão É uma reação de oxidação onde o oxigênio (agente oxidante) tem origem externa em relação ao combustível (agente redutor). É uma reação lenta que compreende fenômenos que vão desde a respiração, a ferrugem, até à queima de qualquer combustível comum. 3.1.2. Deflagração A deflagração é uma reação de combustão de baixa velocidade (600 a 1500 m/s) que não gera onda de choque, apenas uma expansão gasosa. Ela ocorre nos explosivos conhecidos como “Baixos Explosivos”. Nesta reação há a participação não só do oxigênio do ar, mas também daquele intrínseco a substância. Esta situação ocorre quando da decomposição da pólvora, ou ainda de explosivos mais potentes quando submetidos a condições desfavoráveis de iniciação ou confinamento.




6

3.1.3. Detonação É uma reação de decomposição com a participação exclusiva do oxigênio intrínseco a substância explosiva. Os altos explosivos além de produzir rápida expansão gasosa, produzem também uma onda de choque. Durante a reação de detonação a onda de choque viaja através do explosivo antes da expansão de gás ocorrer. A reação química de um explosivo usa oxigênio como elemento oxidante e carbono como combustível ou elemento redutor, gerando uma onda de choque de alta velocidade (2.000 a 8.000 m/s), com liberação de calor (reação exotérmica em torno de 4.0000C) além de gás.

3.1.4. Explosivos Industriais São Substâncias ou misturas de substâncias que, quando excitadas por algum agente externo, são capazes de decompor-se quimicamente gerando considerável volume de gases a altas temperaturas. A conceituação moderna de explosivos industriais sugere ainda que na sua fabricação sejam utilizados componentes que isoladamente não são substâncias explosivas. Os principais elementos químicos de um explosivo industrial são: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O) e Nitrogênio (N). Outros elementos secundários aparecem na composição com um papel específico, seja para diminuir a temperatura de congelamento, para aumentar a temperatura de explosão, ou a quantidade de energia liberada, etc., são exemplos o Sódio (Na), Potássio (K), Cloro (Cl), Bário (Ba), Cálcio (Ca), Alumínio (Al). 3.1.5. Energia de ativação Para detonar, todo explosivo precisa vencer uma pequena barreira chamada estabilidade. Então, a energia de ativação pode ser definida como a energia mínima necessária a partir da qual o explosivo alcança a sua velocidade estável de detonação. A estabilidade de um explosivo é a segurança contra uma detonação acidental. A condição necessária para que uma substância ou mistura seja considerada um explosivo industrial é :

� A substância ou mistura tenha uma certa estabilidade que possa ser “quebrada” por uma quantidade de energia (energia de ativação) através de onda de choque, calor, atrito, entre outras;

� A substância ou mistura quando iniciada, mantenha a reação de detonação,

utilizando o restante da massa.




7

3.2. Propriedades dos Maciços Rochosos e o Desmonte por Explosivos

3.2.1. Densidade Nas rochas com alta densidade, se o resultado do desmonte a explosivo não é satisfatório, deverão ser tomadas as seguintes medidas:

� Aumentar o diâmetro de perfuração; � Melhorar a eficiência do tampão; � Utilizar explosivos com maior energia e densidade; � Modificar a seqüência de detonação.

3.2.2. Porosidade Se a maioria das rochas que constituem o maciço forem porosas, três efeitos são provocados:

� Atenuação da energia das ondas de choque; � Redução da resistência dinâmica a compressão e, consequentemente, � Incremento da fragmentação e da porcentagem de finos.

Em rochas porosas os explosivos devem gerar grande quantidade de gases, para uma melhor fragmentação, pois a atenuação da energia das ondas de choque é bem acentuada. 3.2.3. Fricção Interna As rochas não constituem um meio perfeitamente elástico sendo assim, parte da energia da onda de tensão que se propaga é convertida em calor por diversos mecanismos. Estes mecanismos são conhecidos por “fricção interna” ou “capacidade específica de amortização”, que medem a capacidade da rocha para atenuar a onda de tensão gerada pela detonação do explosivo. A capacidade específica de "amortização" varia consideravelmente com o tipo da rocha: desde valores de 0,02 a 0,06 para os granitos até 0,03 a 0,07 para os arenitos. Esta capacidade específica aumenta com a porosidade e a permeabilidade, assim como com o número de juntas. A intensidade do fraturamento devido a onda de choque aumenta conforme diminui a capacidade específica de amortização. Sendo assim, os explosivos de alta VoD (velocidade de detonação), como as emulsões, são mais efetivos em formações duras e cristalinas do que em materiais brandos e decompostos, nestes últimos o AN/FO é mais adequado, apesar de possuir menor energia da onda de choque.




8

3.2.4. Litologia Em áreas onde existem mudanças bruscas na litologia, por exemplo estéril e minério, com características litológicas bem distintas, e consequentemente com uma variação das propriedade de resistência das rochas, faz-se necessário uma reconsideração do plano de fogo, podendo-se seguir dois caminhos:

� Esquemas iguais da malha de detonação para os dois tipos de rocha e variação das cargas unitárias;

� Esquemas distintos porem com igual carga por furo.

A litologia influencia bastante no desmonte por explosivos pois os mecanismos de fraturamento das rochas são distintos, variando para os vários tipos litológicos com relação ao seu explosivos mais adequados. 3.2.5. Descontinuidades Todas as rochas apresentam algum tipo de descontinuidade, que consistem de microfissuras e macrofissuras, que influem de forma excessiva nas propriedades físicas e mecânicas das rochas e, consequentemente, nos resultados dos desmontes. As superfícies de descontinuidade podem ser de diferentes tipos: planos de estratificação; planos de laminação e foliação; planos de xistosidade; fraturas e juntas, que podem apresentar-se preenchidas, fechadas ou abertas. As descontinuidades podem ser fechadas, abertas ou preenchidos. Devido a estas variações no tipo das descontinuidades, existem diferentes graus de transmissão da energia do explosivo. As descontinuidades são superfícies sobre as quais as ondas de choque são refletidas, dispersando a energia desenvolvida. As fraturas e juntas podem afetar o plano de fogo uma vez que provocam o escape dos gases prematuramente, provocando fragmentação irregular e blocos grandes. 3.2.6. Presença de Água As rochas porosas e os maciços intensamente fraturados quando se encontram saturados de água apresentam os seguintes inconvenientes: obrigam a seleção de explosivos não afetados pela água, produzem a perda de furos devido ao excesso de água e dificultam a perfuração inclinada. Por outro lado, os maciços saturados de água possuem as seguintes vantagens: aumento da velocidade de propagação das ondas; redução da resistência das rochas à compressão e tração por ser menor a fricção entre as partículas; intensificação da ruptura pela energia da onda de choque.




9

3.2.7. Resistência à Tração e à Compressão As rochas apresentam uma elevada resistência à compressão e baixa resistência à tração, por isso é esperado que as rochas se fraturem nos desmontes, principalmente pela ação de tensões de tração. As resistências estáticas à compressão e à tração são utilizadas como um parâmetro indicativo da aptidão da rocha à detonação. A relação entre a resistência à compressão e à tração pode ser definida como um índice de capacidade da rocha ao desmonte a explosivo. Quanto maior for o valor dessa relação mais fácil de fragmentar é o material. No processo de detonação deve-se considerar as resistências dinâmicas que podem alcançar valores de 5 a 13 vezes superiores às resistências estáticas. Quando a intensidade da onda de choque supera a resistência dinâmica à compressão, é produzida uma fraturamento da rocha circundante às paredes do furo por colapso da estrutura intercristalina. Porém, esse fraturamento contribui muito pouco para a fragmentação e provoca uma forte diminuição da energia da onda de choque. Deve-se então, selecionar explosivos que desenvolvam nas paredes dos furos tensões inferiores ou iguais a resistência à compressão dinâmica. Um explosivo que possui um excelente rendimento em rochas duras e homogêneas geralmente não é tão efetivo em rochas macias e com sistemas de fraturas e vazios.




10

4. CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS

Os Explosivos podem ser classificados quanto: 4.1. Aplicação � Primário: São aqueles que pelo fato de oferecerem uma maior facilidade a

decomposição, quando excitados por agentes externos. Tem o seu maior emprego como iniciadores de cargas maiores de explosivos secundários. Como por exemplo, podem ser citados as espoletas, cordel detonante, nitropenta, azida de chumbo, fulminato de mercúrio, etc..

� Secundário: São os explosivos propriamente ditos. Denominados também como

explosivos de ruptura. Estes explosivos são tão potentes quantos os primários, porém por serem mais estáveis necessitam de uma maior quantidade de energia para iniciar o processo de detonação, energia esta geralmente fornecida pela ação direta da detonação de um explosivo primário. Como exemplo, podem ser citados as lamas, emulsões, AN/FOS, etc..

4.2. Desempenho

� Explosivos Iniciadores: São extremamente potentes e, por isso, adequados à detonação da massa de explosivo. Produzem um efeito de sopro intenso ou uma onda de choque capaz de iniciar a detonação da massa de explosivos. Não são, entretanto, suficientes para, por si só, executar o trabalho de demolição da rocha.

� Explosivos Deflagrantes ou Baixos Explosivos : São aqueles que se decompõem

através de uma reação de deflagração. A reação de detonação consiste numa queima rápida sem a produção de onda de choque de grande intensidade. Dentre os baixos explosivos, o único que tem alguma importância é a pólvora negra, usada para corte de rocha destinada à produção de paralalépipedos, placas de revestimento, blocos de mármore etc.

� Explosivos Detonantes ou Altos Explosivos : Decompõem-se pela reação de

detonação e apresentam grande capacidade de trabalho pelo que são também conhecidos como explosivos de ruptura. Detonam a velocidade entre 2.500 a 7.500 m/s, acompanhados de quantidades enormes de gases a pressões muito altas (da ordem de 100.000 atm.). A detonação da origem à formação de uma onda de choque que percorre o maciço rochoso, causando fissuras na rocha. A onda de choque, aliada à alta pressão dos gases formados na explosão, quebra a rocha empurrando-a em direção à face livre. São empregados como explosivos secundários.




11

4.3. Composição

� Explosivos Simples: São aqueles formados por um único componente químico. Entre eles nitroglicerina, nitroglicol, nitrocelulose, trotil e ciclonite.

� Explosivos Mistos: Formados por substâncias que consomem e produzem

oxigênio, mas que não são explosivas quando isoladas. Pertencem a esta categoria os nitratos inorgânicos, cloratos e percloratos. O mais importante é o nitrato de amônio que misturado com óleo diesel, é um explosivo de larga utilização.

� Explosivos Compostos: São resultantes da mistura de explosivos simples com

substâncias que são capazes de consumir e produzir oxigênio. A maior parte dos explosivos comerciais pertence a esta categoria, porque apresentam a vantagem de, variando-se a as proporções ou tipo dos componentes, serem obtidas determinadas qualidades desejáveis. Consegue-se dessa maneira, melhorar as propriedades do explosivo simples adicionando-o uma substância produtora de oxigênio.

4.4. Consistência

� Explosivos Plásticos : Adaptam-se à forma do furo, preenchendo maior volume.

� Explosivos Sólidos : Sob a forma de cartuchos contendo o explosivo em pó.

� Explosivo Líquidos : Apresentam grande facilidade de carregamento. 4.5. Velocidade de Detonação - VoD (Velocity of Detonation) Os explosivos industriais podem ser classificados como de baixa velocidade ou de alta velocidade. Podemos considerar como explosivo de baixa velocidade todo aquele que detonar com até 3.000 m/s e de alta velocidade todo aquele que superar este valor. 4.6. Expansão Gasosa Os explosivos industriais em função de suas características químicas desenvolvem maior ou menor quantidade de gases na detonação. Podemos considerar como de baixa expansão gasosa todo aquele que desenvolver até 800 litros de gases por quilo de explosivo na detonação e alta expansão gasosa aquele que superar esse valor.

4.7. Toxidez Quanto aos gases tóxicos desenvolvidos na reação química os explosivos industriais são classificados em três categorias:




12

Categoria Concentração (l/kg)

Classe Observações

A até 22,6 1 Baixa quantidade de gases tóxicos B > 22,6 até 46,7 2 Média quantidade de gases tóxicos C > 46,7 até 94,8 3 Elevada quantidade de gases tóxicos

Tabela 1 - Classificação dos explosivos quanto aos gases tóxicos gerados na detonação 4.8. Sensibilidade 4.8.1. Sensibilidade a Iniciação Os explosivos detonantes em função de sua estabilidade química podem ser mais ou menos sensíveis a iniciação do explosivo primário. Na prática dizemos ser ele sensível a um determinado tipo de iniciador ou seja: espoleta n.º 8, cordel detonante, boosters etc.. 4.8.2. Sensibilidade a Propagação Também conhecida como “Air Gap”, essa classificação indica a maior distância longitudinal entre dois cartuchos em que ainda ocorre a propagação da detonação do primeiro para o segundo. 4.8.3. Sensibilidade ao Choque Alguns explosivos podem detonar por efeito de estímulos, tais como choque e fricção. Por segurança, é importante conhecer seu grau de sensibilidade frente a essas ações, especialmente durante sua manipulação e transporte. No ensaio de resistência ao choque emprega-se o “carneiro mecânico”, onde uma massa de 0,1 g de explosivo é submetida ao choque de um martelo com massa usual de 2,0 Kg, que cai de uma altura variável. 4.8.4. Sensibilidade ao Calor Os explosivos, ao serem esquentados de forma gradual, chegam a uma temperatura em que se decompõem-se repentinamente com desprendimento de gases A essa temperatura dá-se o nome de “ponto de ignição”. A pólvora varia entre 300 a 350ºC, enquanto que os explosivos industriais entre 180 e 230ºC. Essa temperatura é diferente da temperatura de sensibilização ao fogo, que indica sua facilidade de inflamação. Assim, a pólvora, apesar do bom grau de sensibilidade ao calor, é




13

muito inflamável, bastando apenas uma chispa para iniciar toda reação, semelhante a nitrocelulose. 4.9. Resistência à Água É outra propriedade importante, pois, em muitos casos, haverá concentração de água nas perfurações. Os furos, ao interceptarem as fraturas da rocha, funcionam como captores da água acumulada nessas fraturas. Se o explosivo utilizado tiver baixa resistência à água, ficará neutralizado e não detonará. É, por isso, necessário saber se há ou não água nas perfurações ao se adotar um determinado tipo de explosivo. Quanto a resistência a água os explosivos industriais podem ser classificados da seguinte forma:

Classe Resistência à água ( horas )

1

Indefinida

2

32 a 71

3

16 a 31

4

8 a 15

5

4 a 7

6

1 a 3

7

não resiste à água

Tabela 2 - Classificação dos explosivos quanto à resistência à água




14

5. PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS Os diferentes tipos de explosivos apresentam características definidas que os recomendam para algumas aplicações e desaconselham para outras. Por isso, é necessário avaliar quais as propriedades desejadas para um determinado tipo de trabalho, procedendo-se a uma escolha criteriosa. As principais propriedades dos explosivos do ponto de vista da escavação são: 5.1. Pressão de Detonação A pressão de detonação é uma função dependente de duas variáveis: densidade e velocidade de detonação, e por conseqüência do diâmetro da carga explosiva. A pressão de detonação é um indicador bastante significativo, da capacidade de um explosivo, fragmentar a rocha. Esta pressão se refere à pressão de detonação da superfície de “Chapmam-Jouguet”, zona de reação primária da frente de detonação. Essa pressão gerada repentinamente fragmentará a rocha em lugar de movimentá-la. Em outros termos seria a habilidade do explosivo em fragmentar a rocha, chamada também de brisância ou brizance. A pressão de detonação pode ser calculada teoricamente por meio da seguinte fórmula:

Pd = 228 x 10-6 . δ δ δ δ . (VoD)² . (1 + 0,8 δ) δ) δ) δ) -1 Onde : Pd = Pressão de detonação (MPa); δ = Densidade do Explosivo (g/cm³); VoD = Velocidade de Detonação do Explosivo (m/s); 5.2. Pressão de Explosão É a princípio uma comparação de explosivos de uma mesma categoria, especialmente no que diz respeito à superfície específica e as características físicas (sólido, pasta, emulsão etc.). Esta pressão obtêm valores próximos de 50% do valor da pressão de detonação (Pd), não devendo ser confundida com a mesma. A pressão de explosão age sob a rocha cominuida, movimentando-a.

A pressão de Explosão (Pe) pode ser calculada teoricamente por meio da seguinte fórmula:

Pe = Pd / 2; Usualmente medida em MPa ou KBar. 5.3. Pressão no furo (Borehole Pressure) É a máxima pressão exercida contra a parede do furo após completada a reação explosiva medida atrás do plano Chapman-Joguet. Como estas medidas não podem ser feitas de




15

forma direta, são feitas em testes subaquáticos, tais testes são feitos para a determinação da força e da energia.

5.4. Razão Linear de Energia Representa a energia absoluta por metro linear de furo.

É calculada através da seguinte fórmula :

RLE = 0,5067 x D2 x δδδδ x AWS (kcal / m)

sendo :

D = diâmetro da carga explosiva em polegadas; δ = densidade do explosivo (derramado, não adensado) em g / cm3 O fator 0,5067 resulta da conversão de unidades para o sistema métrico K = 0,5067 = ( π / 4 ) x ( 2,54 )2 x ( 0,1 ) 5.5. Potência Disponível É a razão de energia liberada quando ocorre a detonação de um metro linear de carga explosiva, a uma determinada velocidade.

Como essa detonação gasta um tempo t para percorrer 1 metro resulta :

W = RLE / t

Sendo µ a velocidade estabilizada do explosivo, temos : t = µ-1 , e portanto :

W = RLE x µ ou W = 0,5067 x D2 x AWS x µ

5.6. Balanço de Oxigênio É a relação entre a quantidade de oxigênio e a quantidade de combustível disponível para a reação de detonação de um explosivo. É expresso em termos percentuais. O balanço é denominado positivo quando há excesso de oxigênio, neste caso geram-se gases tóxicos do tipo nitrosos. Quando há falta de oxigênio este balanço é denominado negativo. O principal gás tóxico gerado nesta situação é o monóxido de carbono (CO).

5.7. Velocidade de Detonação - VoD (Velocity of Detonation) A velocidade de detonação é a velocidade com que a frente de onda se movimenta através de uma coluna de explosivo. Para altos explosivos como a dinamite quanto maior a velocidade de detonação maior é a força. Em agentes explosivos secos e explosivos a base de água, as condições de carregamento afetam enormemente a velocidade de detonação. Estas condições incluem diâmetro do furo, compactação, confinamento, umidade,




16

contaminação com material inerte, etc. A velocidade de detonação é importante quando a detonação se faz em rocha dura e competente onde o efeito da brisância é desejado para uma boa fragmentação. Para a maioria dos explosivos existe um diâmetro mínimo abaixo do qual a velocidade de detonação diminui. Acima do diâmetro mínimo o explosivo alcança o ponto de estabilidade, onde a velocidade de detonação é máxima. Para diâmetros menores do que o diâmetro mínimo a reação completa não ocorre, e a energia, pressão e velocidade ideal não acontecem.

Figura 1 - Reação explosiva em um cartucho 5.8. Energia A finalidade da aplicação de um explosivo em um desmonte é gerar trabalho útil. A energia liberada pelos explosivos em um furo é utilizada da seguinte forma:

� Pulverização da rocha nas paredes do furo; � Formação das fissuras; � Rompimento da rocha; � Calor e Luz; � Vibração do Terreno; � Sopro de Ar.

Esta energia é liberada para a rocha de duas formas diferentes: pressão de detonação e pressão do furo. A pressão de detonação ou de choque, exerce uma força de fragmentação na rocha. A pressão do furo é devida à expansão gasosa e é de ação mais lenta. É




17

responsável por alguma fragmentação, mas é a causa principal do movimento da massa de fragmentos.

A energia ou força de um explosivo é calculada utilizando-se as técnicas baseadas nas leis da termodinâmica, seguindo estritamente os princípios da química e da matemática. Os valores obtidos representam o trabalho teórico disponível, assumindo 100% da eficiência, e é expressa em termos de peso ou volume de explosivo. Pode também ser expressa como um número absoluto ou relativo, como apresentado nos itens 4.7.1 e 4.7.2, a seguir: 5.8.1. Energia Absoluta É a quantidade de energia liberada por uma certa quantidade de massa de explosivo. Considerando um explosivo padrão (AN/FO) teremos a seguinte equação química de detonação :

NH4 NO3 + CH2 = N2 + CO2 + H2O + 912 kcal / kg.

A energia absoluta liberada é de 912 kcal / kg ( teórica ). A energia assim expressa é dita WG (“Water Gas”) porque em sua conceituação considera-se água formada na sua reação química estando no estado de vapor. A energia absoluta WG é um pouco menor que a energia absoluta considerando a água no estado líquido, já que para chegar ao estado de vapor ela consome um certa energia. A energia absoluta pode ser expressa de duas formas :

� AWS ( Absolute Weight Strenght ) - por unidade de massa : kcal / kg

� ABS ( Absolute Bulk Strenght ) - por unidade de volume : kcal / l e correlacionadas pela equação: AWS = δ x ABS; onde: δ = Densidade do explosivo 5.8.2. Energia Relativa Relaciona-se a energia absoluta de um determinado explosivo com a energia absoluta liberada pelo explosivo padrão (AN/FO), cujas as características são: AWS = 912 kcal/kg; ABS = 739 kcal/l;




18

δ = 0,81g/cm³; Energia Relativa (RWS ou Relative Weight Strenght %) = AWS/9,12 Energia Relativa (RBS ou Relative Bulk Strenght %) = ABS/7,39 5.9. Segurança no Manuseio O explosivo, desde sua produção até a detonação final nas perfurações é armazenado, transportado sofrendo uma série de trasbordos e choques. Por isso é imprescindível que apresente segurança no manuseio, isto é, que não detone com facilidade. 5.10. Exsudação Corresponde à segregação dos ingredientes sólidos e líquidos do explosivo e que pode ocorrer devido as seguintes causas:

� Longas estocagens; � Más condições de aeração durante a estocagem; � Elevada temperatura e grandes variações na pressão atmosférica.

Como conseqüência, ocorre a deterioração do explosivo que nestas condições, torna-se perigoso devido ao aumento de sensibilidade e deve ser destruído, sob orientação de pessoal especializado. O reconhecimento da substância exsudada é feito através de três métodos práticos, são eles:

� Teste da gota: deposita-se sobre uma folha de papel parafinado uma gota de líquido exsudado e observa-se seu comportamento, se o líquido for nitroglicerina, formar-se-á uma mancha escura sobre o papel parafinado e, em se tratando de nitratos ou água, formam-se gotículas sobre o papel.

� Teste do copo d’água: em um copo transparente com água límpida deposita-se

uma pequena parte do líquido exsudado e observa-se o comportamento do mesmo. Da observação pode-se chegar as seguintes conclusões:

· Se o material exsudado for nitroglicerina, ficará depositado no fundo do copo; · Se o material exsudado for nitrato, a água do copo ficará turva; · Se o material exsudado for óleos ou parafinas, sobrenadará na água do copo.




19

� Teste da detonação: consiste em recolher uma pequena gota de líquido exsudado com auxílio da ponta de um alfinete, depositando em um pedaço de papel parafinado colocado sobre uma placa metálica. Bate-se com um martelo sobre a gota em referência que, se for nitroglicerina, provocará uma pequena detonação.

5.11. Densidade Um explosivo de alta densidade permite maior concentração, isto é, possibilita introduzir maior número de quilos por metro de perfuração. Quando se deseja uma alta fragmentação da rocha é conveniente utilizar explosivo de alta densidade. Caso contrário, em que a fragmentação exagerada não é necessária, adota-se explosivo de menor densidade. Para os explosivos industriais existem três tipos de densidades com diferentes significados: 5.11.1. Densidade Crítica São os limites superior e inferior de densidade. Um explosivo que esteja com densidade fora dessa faixa perde suas características no momento da detonação. 5.11.2. Densidade de Massa É aproximadamente igual à do cartucho, serve para determinar se um explosivo está dentro do padrão (controle de qualidade). É a densidade apresentada nos catálogos. É importante salientar que um explosivo que apresenta densidade de massa superior a 1 g/cm³, irá afundar na água (desde que na água não existam grandes quantidades de sólidos em suspensão ou sais dissolvidos). 5.11.3. Densidade de Carregamento ou Efetiva É a relação entre a massa de explosivo dentro do furo e o volume do furo ocupado por essa massa. É definida pela fórmula a seguir:

Dc = (Q .1,97).(ϕϕϕϕ ². L)-1 ; Onde: Dc: densidade de carregamento (g/cm³); ϕϕϕϕ = Diâmetro do furo (pol.); Q: massa de explosivo por furo (kg); L: comprimento da carga (m).




20

Esta fórmula é muito empregada nas operações de carregamento, para o cálculo da massa de explosivo por furo, razão linear de carga, razão de carga etc., ou seja, é a densidade que se utiliza para o dimensionamento do plano de fogo. Nos dias de hoje, o número de explosivos sensibilizados por bolhas de ar é cada vez maior. A densidade depende do volume de ar misturado com os ingredientes sólidos e líquidos dos explosivos. Sabe-se que o ar é altamente compressível, portanto é fácil concluir que a medida que se aproxima do fundo do furo, o explosivo sofra o efeito de uma pressão crescente proveniente da porção de explosivo acima, o que faz com que o volume de ar no explosivo se reduza e provoque um acréscimo gradativo de densidade. 5.12. Diâmetro Crítico As cargas explosivas com forma cilíndrica têm um diâmetro abaixo do qual a onda de choque gerada na detonação não se propaga ou propaga-se a velocidade muito abaixo das de regime. A esse diâmetro, dá-se o nome de diâmetro crítico. Os principais fatores que influenciam no diâmetro crítico são:

� Tamanho das partículas; � Reatividade de seus ingredientes;

� Confinamento; � Densidade.




21

6. TIPOS DE EXPLOSIVOS A composição básica de quase todos os explosivos químicos industriais pode ser resumida nos elementos que formam a sigla CHON (carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio), também, o Cl contribui com os radicais cloratos (ClO3) e percloratos (ClO4) que são altamente explosivos. Outros radicais muito utilizados nos explosivos atuais são os nitratos (NO3) e as nitroaminas (NO2NH4). Os componentes dos explosivos são designados como: oxidantes, combustíveis, absorventes, espessantes e estabilizantes. Os oxidantes contribuem com o oxigênio para o balanço de oxigênio, e incluem os sais de nitrato como o nitrato de amônio, nitrato de sódio e nitrato de cálcio. Os combustíveis incluem os óleos combustíveis, carbono, alumínio, TNT, carvão, ou qualquer material carbonáceo que produza calor. 6.1. Pólvora Negra A pólvora negra explosiva é produzida em dois tipos. O tipo A contém nitrato de potássio, enxofre e carvão vegetal. É utilizada nas escavações a céu aberto quase que exclusivamente para cortar pedras, na produção de paralelepípedos, lajotas para revestimento de pisos e paredes etc. Praticamente não é usada para o desmonte intensivo de rocha. A pólvora negra do tipo B contém nitrato de sódio, enxofre e carvão vegetal. É mais lenta que a do tipo A e também de menor força; utilizada na detonação de argilas e folhelhos. 6.2. Explosivos Nitroglicerinados (Dinamites) Dinamite é o nome comercial introduzido por Alfred Nobel. Os três tipos básicos são: granulares, gelatinas e semi-gelatinas, os quais são considerados altos explosivos. As gelatinas e semi-gelatinas contêm nitrocelulose, a qual combina com a nitroglicerina para formar a estrutura de gel, já a dinamite amoniacal ou extra dinamite é uma mistura granular que contêm uma pequena quantidade de nitroglicerina misturada com nitrato de amônio e nitrato de sódio. Os altos explosivos derivam suas fontes de energia da nitroglicerina, a dinamite com 50% de nitroglicerina é o produto de uso mais comum. Estas dinamites são caracterizadas por alta velocidade e brisância, baixa temperatura de chama, boa resistência a água, elevada energia da onda de choque e uma pequena atuação dos gases. O futuro para as dinamites depende essencialmente da assimilação da segurança com o custo-benefício; enquanto que as dinamites têm um maior potencial de risco, sua confiabilidade de performance e rendimento de energia por unidade monetária são algumas vezes maiores que os das emulsões e dos explosivos tipo lama (aquagéis).




22

6.3. Lamas Explosivas ou Aquagéis Os explosivos do tipo aquagel ou lama explosiva (slurry) são produzidos primariamente para as indústrias de construção, de pedreiras e de mineração subterrânea de metais. Estes produtos contêm concentrações relativamente altas de ingredientes sensíveis que asseguram uma detonação confiável em furos de mina de diâmetros pequenos. Comparados com as dinamites, eles são mais difíceis de detonar através do atrito, impacto e/ou fogo. As lamas são baseadas em soluções aquosas saturadas de nitrato de amônio - NA (freqüentemente com nitrato de sódio e/ou nitrato de cálcio) em que combustíveis, sensibilizadores (e algumas vezes mais prills de NA) são dispersados. A fase líquida é espessada com resinas e transformado em gel com agentes ligantes para manter os sólidos em suspensão proporcionando um grau satisfatório de coesão e máxima resistência à água. Quando completamente em estado de gel, as lamas (aquagéis) tem uma consistência emborrachada semelhante a um mingau. A maioria dos aquagéis são sensibilizados, pelo menos parcialmente, por bolhas de ar e/ou gás. Alguns lamas são também sensibilizadas, por explosivos de baixa sensibilidade (como o nitrato de monometilamina, ou abreviando, MMAN). Os combustíveis incluem também pó de alumínio. Pela variação do tipo e quantidade de combustível (e especialmente pó de alumínio), os aquagéis podem ser feitos sob encomenda para exibir uma grande gama de força em peso e volume. Uma certa quantidade de água é necessária para proporcionar a consistência e textura requeridas de uma lama (aquagel). Se uma quantidade muito pequena de água for usada, a fase líquida é insuficiente e a alta viscosidade resultante impede o encartuchamento da lama. Para maximar a força em peso, no entanto, é importante minimizar o conteúdo de água. Se uma quantidade de água muito maior do que o necessário para a sua consistência for usada, a força em peso é afetada. Além da sua contribuição para a consistência, o conteúdo de água diminui o risco de sensibilidade associada com o fogo, atrito ou impacto (e especialmente o impacto de projéteis). A temperatura e a densidade têm efeitos pronunciados sobre a sensibilidade das lamas. Todas as lamas explosivas tornam-se menos sensíveis e menos fluídas em baixas temperaturas. Acima de certas densidades, as lamas não podem ser detonadas mesmo em furos de diâmetros maiores com reforçadores (primers ou boosters) potentes. A densidade pode ser reduzida:

� Por aeração; � Pela injeção de uma quantidade muito pequena de solução “gaseificada” quando do

seu encartuchamento;




23

� Pela adição de microesferas de vidro ou equivalentes na lama (aquagel). Em lamas que não contém microesferas, as bolhas de ar e/ou gás são comprimidas pelo peso próprio da coluna de lama e/ou água e, portanto, a densidade da carga aumenta na direção do fundo do furo. Nas lamas que contêm microesferas, as bolhas de ar ainda estão comprimidas pelo peso da coluna de lama/água acima delas, porém as microesferas mantém o seu tamanho original e, por isso, dão ao explosivo (lama) um nível de sensibilidade mínimo irreduzível sob pressões limitadas. Por causa da sua alta força em volume, alta resistência à água, boa sensibilidade e grande segurança no manuseio e uso, as lamas substituíram naturalmente das dinamites. Onde as condições do terreno são adversas e não permitem a pré-compressão lateral e “dead-pressing” das cargas em furos espaçados, boas lamas dão resultados de desmonte satisfatórios. As lamas explosivas, ou aquagéis, têm sido intensamente substituídas pelas emulsões devido à sua tecnologia ser mais antiga do que a das emulsões. 6.4. AN/FO O AN/FO é o explosivo civil mais usado no mundo. Vale ressaltar que o mercado Norte-americano de mineração consumiu em 1997, 2.700.000 toneladas de explosivos a base de nitrato de amônio, sendo que deste montante 2.100.000 eram AN/FO. O AN/FO consiste de uma mistura entre dois compostos principais, nitrato de amônio e óleo combustível. O nitrato de amônio funciona como oxidante, enquanto o óleo combustível é o redutor. O elemento oxidante, fornecido pelo nitrato de amônio é o oxigênio, e o nitrogênio participa secundariamente da reação formando apenas gás nitrogênio. Outros elementos podem ser adicionados, como por exemplo, alumínio para aumentar a temperatura de reação, óxido de zinco e microbolhas de ar. Um dos fatores mais importantes dessa mistura é o de que nem o nitrato de amônio, nem o óleo diesel são classificados como explosivos quando considerados isoladamente, entretanto quando misturados na proporção correta resultam em material explosivo. É um explosivo bastante estável , de baixo custo e fácil fabricação, porem é relativamente complexo para se controlar, pois muitos parâmetros afetam a sua performance. O AN/FO é conhecido há mais de 100 anos como um explosivo de baixo custo e alta segurança. Não é um explosivo que surgiu magicamente a partir de alguns acidentes registrados na história da indústria de explosivos, mas sim um produto que foi intensamente pesquisado. Somente no início dos anos 50, o AN/FO foi controlado e usado na indústria mineral, pois somente nessa época foi possível fabricar nitrato de amônio no formato de pequenas partículas esféricas, denominadas pérolas ou prill. A fórmula química do nitrato de amônio é NH4NO3, sendo composto de 60% de oxigênio em peso, 33% de nitrogênio e 7% de hidrogênio, aproximadamente. Por ser um sal é




24

facilmente dissolvido pela água de modo que se não for recoberto por uma fina camada de talco, ou outro material inerte de cobertura, absorve facilmente a umidade do ar, se dissolvendo e dessa forma não tendo condições de detonar eficientemente. O AN/FO não é somente um explosivo de baixo custo, e sim um explosivo que se usado corretamente oferece características iguais ou superiores aos antigos explosivos à base de nitroglicerina. A quantidade de combustível é um fator importantíssimo. A reação de decomposição do sistema equilibrado em oxigênio é:

3 NH4NO3 + CH2 →→→→ 3 N2 +7 H2O + CO2 A reação produz cerca de 920 kCal/kg, a qual pode ser inferior nos produtos comerciais segundo o conteúdo dos materiais inertes. A relação estequiométrica da mistura corresponde a 94,3% de nitrato de amônio e 5,7% de óleo combustível. O conteúdo de combustível afeta também a quantidade de gases nocivos desprendidos na explosão (CO + NO). Quando os gases das detonações adquirirem uma coloração alaranjada significa que existe uma porcentagem insuficiente de combustível, ou que o AN/FO absorveu água ou não foi corretamente iniciado. A variação da sensibilidade é sensivelmente afetada pela quantidade de combustível, sendo assim com 2% de óleo diesel a iniciação pode ser conseguida com uma espoleta número 8, porém a energia disponível será baixa. Conforme descrito anteriormente para o nitrato de amônio, a água é muito prejudicial ao AN/FO. Em ambientes com mais de 10% de umidade o AN/FO torna-se insensível, nestes casos o único recurso é o de protege-lo em filmes ou embalagens impermeáveis. As características explosivas do AN/FO variam também com a densidade. À medida que a densidade aumenta a velocidade de detonação também aumenta, porém a iniciação torna-se difícil. Acima de 1,2 g/cm3 o AN/FO torna-se inerte, não podendo ser detonado satisfatoriamente. As densidades normais do AN/FO variam de 0,8 a 0,85. 6.4.1. Principais Parâmetros que Afetam a Performance do AN/FO Existem alguns parâmetros e limitações que influenciam o funcionamento eficiente da mistura entre óleo combustível e nitrato de amônio. Os principais aspectos são:

� Presença de água na mistura O prill de nitrato de amônio, além de não admitir o contato com água, deve ser fabricado com um teor de umidade nunca superior a 0,15%, pois quando grânulos de nitrato são




25

saturados com água, esses se dissolvem de modo que microporos e pequenos vazios que agem como centros reativos (Teoria dos pontos quentes ou hot-spots) desaparecem resultando em uma mistura insensível a detonação. Esse fenômeno é chamado de sobrepressão ou dead-pressing. A figura seguinte, mostra a influência da água na velocidade de detonação do AN/FO. A partir de 9% de água a mistura pode ter baixa eficiência, produzindo óxido nitroso (fumaça marrom-alaranjada) ou então falhar, simplesmente não detonando. Para evitar complicações maiores com a umidade, utilizam-se aditivos especiais.

� Proporção de Óleo Combustível na Mistura Para se obter a maior liberação de energia possível, a proporção de óleo combustível deve se aproximar de 5,7%, pela estequeometria, de modo que se tenha um balanço de oxigênio correto para a reação. Entretanto estudos realizados comprovaram que as proporções de óleo variam conforme a fabricação, tipo de nitrato utilizado, formulações, e vários outros fatores, onde uma otimização, visando a melhor mistura depende de estudos embasados em medidas de VoD. A figura seguinte ilustra a produção de energia de AN/FO em diferentes proporções de óleo combustível. Nota-se que a relação com óleo diesel a 5,7% é a de melhor aproveitamento de energia. Porcentagens maiores de óleo teoricamente tendem a gerar melhores resultados de VoD.

Figura 2 - Efeito da proporção de óleo no AN/FO




26

Uma regra prática para se confirmar a eficiência da mistura é observar as cores dos gases produzidos nas detonações. Gases marrom-alaranjados podem ser indicativos de reação rica em oxigênio e deficitária em combustível. Gases escuros podem indicar combustão rica em carbono e pobre em oxigênio. A adição de substâncias inertes hidrofílicas como o caulim ou as argilas “em pó” evitam que o nitrato de amônio absorva umidade, porém esta adição diminui a sensibilidade e seu poder de absorção de combustível. A figura seguinte ilustra o menor poder de absorção apresentado pelo prill denso.

Figura 3 - AN/FO produzido com prill denso

� Características do prill

Existem algumas propriedades físicas inerentes ao prill de nitrato de amônio, de grande importância. O prill é uma partícula esférica preferencialmente entre 0,5 e 1,2 mm. prills de nitrato de amônio são usados na agricultura, normalmente com diâmetros maiores e distribuição granulométrica irregular. Pode-se observar muitas diferenças entre o prill poroso ideal para explosivo e o prill denso para fertilizante. O prill para explosivo tem porosidade muito maior que o normalmente




27

encontrado na composição dos fertilizantes, tendo densidade menor e distribuição melhor de óleo. Cabe lembrar que ambos detonam, porém a eficiência do prill poroso é consideravelmente superior.

� Densidade O AN/FO normalmente possui uma densidade de 0,85 g/cm3, podendo aumentar para até 1 g/cm3 se carregado pneumaticamente. Geralmente o AN/FO torna-se insensível quando sua densidade alcança 1,2 g/cm3, ocorrendo o fenômeno de sobrepressão de modo que não ocorra a detonação. Várias densidades e misturas a partir do AN/FO são utilizadas atualmente, como por exemplo, Heavy-AN/FO e o AN/FOs Leves. O primeiro consiste em uma mistura de AN/FO e emulsão, cuja densidade pode ser variada durante o carregamento. O segundo é uma mistura de AN/FO e serragem ou palha de arroz ou outro material que baixe a densidade final do explosivo.

Figura 4 - Efeito da densidade em relação à VoD

� Diâmetro crítico Outro parâmetro importante do AN/FO é o diâmetro crítico. A velocidade de detonação - VoD do AN/FO muda de acordo com o diâmetro de perfuração e grau de confinamento, podendo alcançar velocidades superiores a 4500 m/s em diâmetros maiores que 15”, como pode ser observado na figura seguinte. Diâmetros maiores apresentam pouco ou nenhum




28

aumento de velocidade de detonação. A VoD diminui com o diâmetro, sendo que para diâmetros menores que 25 mm a detonação não é um processo estável, podendo ocorrer deflagração.

� Temperatura O prill de nitrato de amônio pode sofrer um fenômeno chamado “recristalização” (cycling), que é a propriedade do material de mudar sua forma de cristalização em função da mudanças de temperatura. A figura seguinte, mostra quais as formas cristalizadas que o nitrato de amônio pode apresentar de acordo com a temperatura. Esse fenômeno afeta seriamente o armazenamento e a performance do AN/FO, e explosivos que contém nitrato de amônio na sua composição. O ideal é conservar o AN/FO armazenado entre -18 oC e +32 oC na forma pseudotetragonal. O efeito de recristalização é a quebra dos grânulos em partículas menores. Essa constante quebra pode aumentar a densidade do AN/FO de 0,85 até 1,2 g/cm3, de modo que esse se torne insensível.

� Confinamento

O confinamento do explosivo é crucial para manter estável a VoD. Qualquer perda prematura de pressão no furo, por movimentação do maciço ou ainda presença de muitas descontinuidades não preenchidas, pode diminuir a velocidade de detonação - VoD. O AN/FO, quando usado a granel, preenche totalmente o furo, de modo que se obtém um perfeito confinamento. Estudos comprovam a importância de um tampão eficiente, fator que tem grande influência na VoD.

� Iniciação Por ser pouco sensível, o AN/FO necessita ser inicializado por outro explosivo (iniciador ou primer) que gere alta velocidade de detonação e o leve a atingir a sua velocidade de detonação ótima no menor tempo possível. Caso inicialize o primer com cordel detonante, ou seja, iniciação não pontual, pode ocorrer que a massa de AN/FO que circunda o cordel seja deflagrada, perdendo então uma fração da massa de explosivo. O cordel tem energia suficiente apenas para deflagrar o AN/FO axialmente com uma velocidade próxima de 1.000 m/s, muito abaixo da velocidade linear (7.000m/s), de modo que o explosivo não alcance sua faixa de velocidade estável. Quando o explosivo é parcialmente comprimido ou danificado por pré-compressão, esse pode detonar ou queimar apenas uma fração da energia disponível. Para se evitar esse problema, convém utilizar iniciação pontual e caso não se disponha de um iniciador do tipo




29

tubo de choque, convém usar cordel da menor gramatura possível em furos de diâmetro grandes, para que se perca o mínimo possível de energia por sobrepressão. No caso de furos longos, convém reforçar o carregamento com outras cargas reforçadoras ao longo da coluna, pois os explosivos de baixa sensibilidade tendem a diminuir a sua VoD durante a detonação, consumindo assim parte de sua massa sem gerar toda a energia que poderia ser fornecida pelo explosivo. Utilizando-se cargas iniciadoras e reforçadores é assegurada uma detonação mais estável e eficiente ao longo de toda a coluna. Pode-se observar que cargas iniciadoras de pouca energia de detonação causam uma reação de queima do AN/FO, demorando um pouco mais para esse explosivo alcançar a sua velocidade ótima, ou “steady-state-velocity”. A figura seguinte mostra um gráfico de VoD medida continuamente ao longo do furo, onde pode ser observado que a carga iniciadora tem velocidade suficiente e diferenciada da carga de coluna.

Figura 5 - Gráfico da velocidade de detonação

� Diâmetro do iniciador O diâmetro da carga iniciadora, também, influencia enormemente a reação de detonação. Quanto mais próximo do diâmetro do furo, melhor é a eficiência da carga iniciadora ou primer ou booster. Essa situação foi comprovada em estudos realizados na CVRD/Minas de Itabira, onde cargas iniciadoras de tamanhos diferentes foram testadas, comprovando e otimizando o diâmetro do iniciador, o que acarretou ganhos significativos na VoD.




30

6.4.2. AN/FO Aluminizado (ALAN/FO) Como a densidade do AN/FO é baixa, a energia que resulta por unidade de comprimento é pequena. Para elevar essa energia, desde 1968 vem sendo adicionado a esse agente explosivo alguns produtos, como o alumínio, com bons resultados técnicos e econômicos, sobretudo quando as rochas são muito resistentes e maciças. O alumínio em pó pode ser adicionado ao AN/FO visando aumentar o rendimento da pressão de detonação, onde as quantidades variam de 5 a 15%, aumentando o calor da reação, a força e a sensibilidade da mistura. Mas pelas três razões abaixo listadas, das quais a primeira é a mais importante, o incremento de energia por unidade monetário é baixo.

� O custo do pó de alumínio é elevado, ou seja, é uma matéria-prima cara;

� A faixa granulométrica das partículas de alumínio precisa ser adequada ao diâmetro do furo;

� Mesmo onde existam condições ideais, o Al2O3 e os gases da detonação falham em permanecer em equilíbrio térmico no momento em que a rocha é quebrada e deslocada. Como resultado, pelo menos um terço da energia térmica envolvida na reação das partículas de Al2O3 não é transferida para os gases e, portanto, é perdida.

6.4.3. Misturas AN/FO/Poliestireno (AN/FOPS) Em operações na qual agentes detonantes do tipo AN/FO são usados, as vantagens de controle de ultraquebra (overbreak) podem ser obtidas pelas misturas a granel de AN/FO e diluentes no perímetro dos furos. As composições de AN/FOPS possuem alto potencial para esta operação, assim como para proporcionar detonação confiável em furos secos e de diâmetros pequenos que podem ser obtidas por misturas que contém em média 75% (volume base) de poliestireno (PS). Como esperado, tal agente detonante (blasting agents) exibe densidades e rendimentos de energia por metro de comprimento de carga que caem para aproximadamente 25% daqueles apresentados pelo AN/FO normal. As baixas intensidades de choque e volumes de gás correspondentes ajudam a diminuir o overbreak na rocha circundante. 6.5. Lamas Explosivas ou Aquagéis São agentes explosivos constituídos por soluções aquosas saturadas de nitrato de amônio, contendo também em pequena quantidade outros oxidantes como o nitrato de sódio e cálcio. Contém também os combustíveis sensibilizantes, agentes espessantes e gelatinizantes, os quais evitam a segregação dos produtos sólidos. O desenvolvimento destes explosivos teve lugar no final da década de 50, quando COOK e FARMAN conseguiram os primeiros resultados positivos com uma mistura de 65% de




31

nitrato de amônio, 20% de alumínio e 15% de água. Após estes primeiros resultados, começaram a utilizar como sensibilizante o TNT, onde começou a fabricação comercial. Em 1969 a DUPONT desenvolveu novos aquagéis que se caracterizavam por não conter os compostos explosivos tradicionais, e nem metais particulados como sensibilizantes fundamentais, apenas incorporavam como combustíveis substâncias orgânicas como as derivadas das aminas, parafinas, açucares, etc. Como em suas composições os aquagéis não levam sensibilizantes intrinsecamente explosivos, possuem uma segurança muito alta tanto na fabricação quanto no manuseio. Apesar disto possuem uma sensibilidade grande para a detonação, os aquagéis podem ser iniciados pelos iniciadores tradicionais. A resistência a água é excelente e a potência que é uma característica fundamental, é equivalente ou superior à dos explosivos convencionais, podendo ajustar-se em função da formulação do aquagel. As energias desenvolvidas oscilam entre 700 e 1500 Cal/g. A densidade pode também modificar-se, desde 0,8 até 1,6 g/cm3, partindo-se de um valor básico compreendido entre 1,4 e 1,5. A variação da densidade influencia na velocidade de detonação e na sensibilidade. A velocidade de detonação dos aquagéis varia de 4.115 a 6.096 m/s, de acordo com o diâmetro dos furos. A pressão de detonação varia de 5 a 10 GPa. A variedade de produtos que podem ser obtidos com as diferentes composições dos aquagéis é muito grande. Desde os aquagéis encartuchados semelhantes aos explosivos gelatinosos convencionais até os vertíveis, os quais possuem algumas características reológicas que fazem com que possam ser tratados como fluidos. Neste último caso pode-se aproveitar as vantagens de uma carga mecanizada e da facilidade de preencher totalmente os furos. 6.6. Emulsões Explosivas São os explosivos mais recentes no mercado, que mantém as propriedades dos aquagéis, mas possuem melhor potência e resistência à água. A emulsão é um sistema bifásico em forma de uma dispersão de um líquido imiscível em outro. As emulsões explosivas são do tipo denominado “água em óleo” nas quais a fase aquosa é composta por sais inorgânicos oxidantes dissolvidos em água, e a fase oleosa por um combustível líquido imiscível em água do tipo hidrocarboneto. Explosivos do tipo “água em óleo” (water-in-oil type) consistem de microgotículas (microdroplets - fase dispersa) de solução oxidante, supersaturada dentro de uma matriz de óleo (oil matrix - fase contínua). Para maximizar o rendimento energético enquanto minimiza custos de produção e preço de venda, o oxidante dentro de microgotículas consiste principalmente de nitrato de amônia. Por causa do número de gotículas por




32

unidade de volume de emulsão ser excessivamente grande, microgotículas adjacentes são forçadas uma contra a outra, deformando suas formas esféricas originais. Consequentemente, a espessura média do óleo entre as microgotículas é muito pequena. Cada um dos ingredientes de um explosivo em emulsão é um ingrediente não-explosivo. Emulsões em cartuchos tem a consistência de uma massa compacta. Por serem uma mistura muito íntima, estes produtos são visualmente homogêneos. As viscosidades satisfatórias de emulsões são obtidas com o uso de resinas ligantes. Uma vez que as emulsões são do tipo “água-em-óleo”, eles oferecem excelente resistência a água. A água do furo “enxerga” apenas a matriz da emulsão (ou seja, o óleo); e ela é protegida do contato e, portanto, dissolve as microgotículas pela película (insolúvel) de óleo envolvente. A resistência à água da emulsão é maior quando comparada às lamas e dinamites. Enquanto que alguns graus de sensibilidade resultam do alto grau de interligação física dos componentes oxidantes e combustíveis, as bolhas de gás ou ar são os maiores sensibilizantes das emulsões. Onde as cargas podem ser comprimidas por pressões estáticas e/ou dinâmicas anteriormente à detonação, as bolhas devem apresentar a forma de microesferas, daí se conclui que cada bolha apresenta um alto grau de permanência dimensional, ou seja, manutenção da esfericidade. Ao contrário da maioria das lamas, as sensibilidades não decrescem significativamente com a queda de temperatura, visto que cada microgotícula da solução oxidante é isolada das microgotículas adjacentes por uma película matriz de óleo. Uma queda na temperatura não permite que mais sais se cristalizem dentro da cada microgotícula, nem permite que os cristais oxidantes cresçam ou se agrupem. No estágio atual do seu desenvolvimento, as emulsões apresentam sensibilidades à iniciação relativamente baixas para uma linha de cordel detonante de 10 g/m. Quando uma carga é composta por uma coluna de cartuchos, ela é iniciada mais eficientemente por uma espoleta colocada dentro da parte inferior do cartucho. Somente quando a continuidade da carga é impedida por irregularidades ou vazios nas paredes dos furo, a coluna de explosivo deve ser acompanhada com um cordel detonante de 10 g/m. Este aspecto de baixa sensibilidade pode representar apenas uma limitação temporária das emulsões explosivas encartuchadas. Embora sejam sensíveis a detonadores, os explosivos em emulsão são relativamente insensíveis à detonação por atrito, impacto e/ou fogo. O AN/FO consiste de nitrato de amônio e óleo diesel. Uma emulsão padrão não tem força em peso teórica (ou seja, rendimento energético teórico por unidade de peso) tão alta quanto a do AN/FO por consistir de oxidantes, combustível e água. Se a força em peso do AN/FO é tida como 100, a força em peso calculada de uma emulsão pode ser dita como




33

sendo 80. Mas isto não indica que a eficiência do desmonte da emulsão seja de apenas 80% da eficiência de um peso igual de AN/FO. Os rendimentos energéticos reais das emulsões são maiores do que o esperado (isto se deve ao alto grau de interligação combustível e oxidante das emulsões - excedido apenas por explosivos moleculares como a Nitroglicerina, o TNT e o PETN). Portanto, a força em peso relativa efetiva de uma emulsão padrão é apreciavelmente maior do que 80. Este efeito benéfico da idealidade de uma alta detonação está sendo observado principalmente em minerações subterrâneas de metais, pedreiras de rochas resistentes e operações de construções, onde emulsões encartuchadas em diâmetros pequenos estão competindo com dinamites e explosivos do tipo lama. Este autor não está apto a calcular o incremento resultante na força em peso relativa de uma detonação completa e eficiente de uma emulsão. No entanto, os resultados de desmonte indicam que este incremento é significativo e, portanto, que a força em peso efetiva relativa de uma emulsão é significativamente maior do que a força em peso teórica relativa. As densidades das emulsões normalmente estão na faixa de 1,1 a 1,2 g/cm³. Baseada em uma força em peso relativa calculada de 80, uma emulsão com uma densidade de 1,15 g/cm³ tem uma força em peso relativa calculada de:

80 x 1,15 / 0,84 = 110 (onde 0,84 é a densidade média assumida de uma polpa de AN/FO). Mas em razão da força em peso efetiva relativa desta emulsão ser considerada como sendo maior do que 80 (veja o parágrafo precedente), a força em volume efetiva relativa é considerada como sendo significativamente maior que 110. A mesma força, em volume maiores podem ser obtidas quando um pó de alumínio misturado a um combustível é adicionado a uma emulsão. As emulsões são embaladas em cartuchos plásticos de espessura fina, porem e resistentes, apresentando características como :

� Grau de rigidez satisfatório;

� Resistência à ruptura durante o uso e manuseio normais;

� Propriedade de se espalhar e moldar dentro do furo. Se uma concentração de energia máxima possível no fundo do furo for exigida, os cartuchos devem ser rasgados de ponta a ponta no momento em que são colocados no fundo do furo, a emulsão então se esparrama, desloca mais ar e água e preenche uma maior porcentagem do volume disponível para carga. Este preenchimento considerável pode ser uma vantagem nos furos da linha de frente da bancada que têm afastamento do pé excessivo. Quando há passagem de água através do furo, no entanto, os cartuchos não devem ser rasgados, mas simplesmente jogados, e o período entre o carregamento e a detonação deve ser o menor possível. Para carregar furos muito irregulares, as emulsões em




34

cartuchos de papel estão atualmente disponíveis, sendo as características de carregamento destes produtos similares aos das dinamites. Como as emulsões não detonam quando submetidas a testes de impacto, o carregamento com esta categoria de explosivos reduz consideravelmente os riscos associados com a perfuração acidental ou sem cuidado, próxima a áreas de furos anteriormente detonados. Sob nenhuma circunstância, no entanto, a perfuração deve ser feita nestas áreas de furos previamente detonados com emulsão, devido à possibilidade de presença de espoletas não detonadas. Por causa da presença de nitroglicerina, o manuseio de dinamites resulta freqüentemente em dores de cabeça nos operadores, enquanto que os vapores em locais fechados produzem o mesmo efeito. As emulsões estão livres de ingredientes que podem causar dores de cabeça. Por isso, o uso destes produtos aumenta o conforto do BLASTER e, por sua vez, a eficiência. As emulsões têm mostrado que produzem concentrações de gases tóxicos que são muito menores do que as geradas pelas dinamites e lamas explosivas. As emulsões também criam menos fumaça (visível) e, por sua vez, aumentam a segurança através da melhoria da visibilidade. Mas os fumos (fumaça e gases tóxicos) nunca devem ser confundidos com fumaça, e seria um perigo assumir que uma quantidade muito pequena de fumaça após uma detonação de emulsão fosse um sinônimo de falta de fumos e um sinal que é seguro retornar à área de desmonte logo após a detonação. Os fumos decorrentes da detonação são com certeza “melhores” do que os da dinamites, mas a atmosfera não será necessariamente segura quando ela estiver livre de fumaça. Pelas razões expostas a seguir, as emulsões devem substituir as dinamites e as lamas na maioria das atividades de desmonte de rocha com emprego de explosivo:

� As emulsões encartuchadas são firmes, fáceis de manusear, carregar e socar;

� Devido a sua velocidade de detonação ser muito alta, os cartuchos possuem grande capacidade para iniciar (como os primers) as misturas do tipo AN/FO;

� Suas altas relações de energia de onda de deformação para energia de deslocamento fazem com que elas sejam mais indicadas para fragmentar maciços mais resistentes;

� A ausência de nitroglicerina elimina a possibilidade de efeitos físicos perigosos ou desagradáveis (como as dores de cabeça) durante o seu manuseio.

As emulsões representam o desenvolvimento mais recente na família de explosivos, há uma expectativa de que sejam feitas novas melhorias nas suas propriedades e performance. A tendência atual de empregar as emulsões nas operações de desmonte a explosivos, é devida às inúmeras vantagens que este explosivo apresenta, tais como :

� Preço relativamente baixo comparado com aquagéis e nitroglicerinados; � Excelente resistência a água, � Densidade variando entre 1 e 1,45 g/cm3;




35

� Grande segurança na fabricação e manuseio; � Boas características para carregamento mecanizado dos furos; � Possibilidade de mistura com o AN/FO.

Apresenta como desvantagens :

� Condições restritas de preparação; � Alteração nas baixas temperaturas; � Contaminação da carga se esta é feita a granel; � Não pode ser armazenado por muito tempo.

6.7. AN/FO Pesado ou Blendado Atualmente é inquestionável que o AN/FO constitui o explosivo básico, tem-se então buscado formas para aumentar a sua energia e melhorar suas características. Uma maneira encontrada é a da adição de emulsão no AN/FO, esta mistura deu origem a um novo agente explosivo que foi chamado de AN/FO pesado (Heavy - AN/FO). O AN/FO apresenta vazios que podem ser ocupados por um explosivo líquido, como a emulsão, que atua como uma matriz energética. As vantagens principais deste agente explosivo são:

� Maior energia que o AN/FO; � Melhores características de sensibilidade; � Grande resistência à água; � Possibilidade de efetuar cargas com variação de energia através do furo.

6.8. Bombeados (Granulados, Lamas, Emulsões) São lamas explosivas, granulados e emulsões, que podem ser bombeados diretamente nas perfurações através de equipamentos montados sobre caminhões. São explosivos extremamente seguros para transporte porque somente se tornam detonáveis após terem sido injetados nos furos, quando então completa-se a reação química que propicia o desmonte. Os bombeados permitem uma grande rapidez no carregamento, sendo apropriados ao desmonte em larga escala e grandes diâmetros de furos. No caso de rochas fraturadas há o grande inconveniente da fuga do material através das fraturas. A detonação dos bombeados requer a utilização de um acessório reforçador (primer ou booster). As emulsões são facilmente bombeáveis, decorrendo desse fato uma grande rapidez no carregamento mecânico dos furos, particularmente nos de grande diâmetro. Para que se obtenha todo o rendimento desse explosivo recomenda-se empregar um “primer ou booster” (reforçador), cujo diâmetro seja o mais próximo o possível do diâmetro do furo. As emulsões podem ser utilizadas mesmo em perfurações completamente cheias de água. Por possuir uma densidade maior que a da água e por sua elevada resistência ao referido meio, expulsam-na em boa parte, ocupando seu espaço no furo.




36

7. ACESSÓRIOS DE DETONAÇÃO Introduzidas as cargas explosivas nos furos, procede-se à detonação inicial, através de acessórios especiais, que provocam a detonação das cargas. Os principais acessórios de detonação utilizados nas operações de desmonte são : 7.1. Espoleta Simples Consiste numa cápsula de alumínio, fechada em uma extremidade, preenchida com um explosivo da base (tetranitrato de penta-eritritol) e carga iniciadora de azida de chumbo. São sempre iniciadas por estopim comum introduzido na outra extremidade da cápsula por meio de alicate especial. As espoletas simples são muito usadas em detonações secundárias onde há necessidade ou é possível haver uma seqüência de fogo, como nos fogachos, por exemplo. Não são recomendadas para a detonação simultânea de várias cargas, porque dificilmente os estopins atingiram todas as espoletas ao mesmo tempo. O bom funcionamento da espoleta depende muito da perfeição do seu acoplamento com o estopim.

7.2. Estopim O estopim tem o aspecto externo de um cordão. Consiste num núcleo de pólvora negra de nitrato de potássio revestido com tecidos impermeabilizantes que protegem o núcleo de pólvora contra a penetração de água e abrasão. O estopim apresenta a propriedade de queimar a uma velocidade uniforme e conhecida. Com uma espoleta comum na extremidade poderá detonar um alto explosivo. É utilizado para iniciar cargas explosivas a distâncias curtas ou cordel detonante. A tabela 3, a seguir, apresenta as propriedades físicas básicas de um estopim.

CARACTERÍSTICAS Núcleo Misto de Pólvora Negra Queima Lenta Tempo de Queima 145 s/m ( ± 10 %, 500 m ,20 º C ) Peso Médio de Pólvora 5,5 g/m Comprimento Mínimo da Chispa Aprox. 50 mm (sem confinamento ) Resistência a água ( revestimento ) Classe 1 Resistência Máxima a Tração 28 kgf Revestimento Externo Termoplástico Flexibilidade Boa Raio máximo de curvatura 12,5 mm

Tabela 3 - Propriedades físicas básicas de um estopim




37

7.3. Cordel Detonante É uma das formas mais seguras para a detonação de fogo a céu aberto ou em atividades subterrâneas, porque não requer eletricidade. Por ser um explosivo, dispensa as espoletas, pois quando detona, age como escorva par as cargas explosivas, detonando-as também. O cordel detonante consiste num núcleo de alto explosivo, o tetranitrato de penta-eritritol (PETN), revestido conforme o uso a que se destina.

A PETN detona com velocidade de 7.000 - 8.000 m/s, superior portanto à de muitas dinamites e emulsões. Os revestimentos encontrados no mercado são:

� Múltiplo revestimento de fibras têxteis de PVC ;

� Isolamento externo com camada de náilon. A ligação das conexões à linha-tronco pode ser feita através de fita isolante. A outra forma de se realizar as ligações é através de nós padronizados. A iniciação do cordel detonante pode ser feita através de espoletas elétricas ou simples. No caso de se utilizar espoleta elétrica, esta deverá ser ligada à extremidade do cordel somente quando a malha estiver toda concluída, o pessoal abrigado e o equipamento retirado, para evitar riscos, inclusive a detonação por corrente induzida. No caso de iniciação por meio de espoleta comum, está será detonada através de um estopim. A alta velocidade do cordel detonante e a característica de atuar como escorva das cargas explosivas dão-lhe a condição de determinar a velocidade de detonação do próprio explosivo, que passa a ser do cordel em todo segmento em que o explosivo estiver em contato com ele e quando o cordel tiver velocidade de detonação superior à do explosivo.

NP 3 : Para iniciação simultânea de cargas explosivas. É recomendado em derivações de colunas (linhas de descida), nas minerações a céu aberto, com o objetivo de minimizar o “efeito canal“ ao longo da coluna de explosivos, provocando sua destruição através da deflagração e queima.

NP 5 : Para iniciação simultânea de cargas explosivas. É recomendado em derivações de linha-tronco em locais que se deseja redução do nível de ruídos.

NP 10 : Para iniciação simultânea de cargas explosivas, ou com esperas, quando associado em série a retardos. É recomendado para as linhas-tronco e derivações nas minerações a céu aberto e subsolo.




38

As principais características físicas e químicas dos cordéis detonantes são apresentadas na tabela 4 a seguir:

Características NP 3 NP 5 NP 10 Carga Explosiva Mínima ( g/m ) 3 5 10 Cor do Revestimento Externo Amarelo Rosa Vermelho Diâmetro Médio ( mm ) 3,3 3,5 4,8 Flexibilidade Ótima Resistência a Água - Classe 1 1 1 Resistência à Temperatura ( º C ) 60 60 60 Tipo de Carga Explosiva Tetranitrato de Penta-Eritritol ( PETN ) Velocidade Mínima ( m / s ) 6.650 6.650 6.650 Tipo de Revestimento Externo Plástico ( PVC )

Tabela 4 - Propriedades físicas básicas de um cordel detonante

Figura 6 - Aspecto físico de um Cordel Detonante 7.4. Conector de Retardo Acessório destinado a retardar, através de esperas de milisegundos, a propagação da detonação do cordel. O conector de retardo é provido de um corpo plástico protetor que possibilita sua ligação ao circuito de fogo e de um espoleta dupla com retardos de tempo pré-determinados.




39

Figura 7 - Aspecto físico de um acessório de retardo 7.5. Espoleta Elétrica de Retardo ou Instantânea Estes acessórios são detonados por uma corrente elétrica sendo necessária uma intensidade mínima para provocar a detonação. Permitem iniciar diversas cargas ao mesmo tempo.

� Espoleta Elétrica Instantânea

� Espoleta Elétrica de Retardo é composta por um estojo de alumínio onde estão inseridos uma ponte elétrica, o elemento de retardo e as cargas de iniciação. Conectada aos fios condutores, a ponte elétrica inicia o elemento de retardo, conforme o tempo da espoleta, em seqüência a azida de chumbo e a carga principal de PETN.




40

7.6. Tubo de Choque (Shock Tube) Basicamente o sistema se baseia em um tubo plástico cuja superfície interna é impregnada com uma substância reativa que mantém a propagação da onda de choque a uma velocidade de cerca de 2.000 m/s. Esta onda tem energia suficiente para iniciar um explosivo primário ou uma espoleta de retardo. Uma vez que a reação está confinada no tubo, este não explode e atua como mero condutor de energia. Este tubo é fabricado em plástico de alta qualidade com um diâmetro externo de cerca de 3 mm. Na sua forma padrão ele é transparente e atende a maioria das exigências dos desmontes de rochas. Para alguns casos, onde as condições são mais severas, existe um tubo de alta qualidade (“Heavy Duty - HD“), o qual tem uma maior resistência ao desgaste e à tração.

Figura 8 - Aspecto físico de um tubo de choque




41

7.7. Reforçadores (“Primers” ou “Boosters”) São cargas explosivas de alta potência utilizadas para a iniciação do processo de detonação em explosivos de baixa sensibilidade, como é no caso do AN/FO, entre outros. Além de serem utilizados para assegurar a continuidade da propagação da onda explosiva ao longo da carga de coluna constituída por aqueles explosivos. Os reforçadores são constituídos de carga explosiva acondicionada em um corpo plástico de formato tronco-cônico, dotado de um furo central ao longo de toda altura. A iniciação é feita por meio de cordel detonante passando através do furo central, ou por espoletas simples ou elétricas.

Tem-se provado que a forma do reforçador pode contribuir para uma maior pressão de detonação e melhoria da eficiência da iniciação, além de facilitar o carregamento. Basicamente existem quatro formatos de reforçadores: cilíndrico, cônico, esférico e plano, e suas principais características físicas e químicas são apresentadas na tabela 5 a seguir: Características Explosivo Pentolite Cargas Explosivas (g) 150 250 350 450 Densidade Média (g/cm3) 1,43 1,43 1,43 1,43 Energia Absoluta (WG) AWS (kcal/kg) ABS (kcal/l)

1.460

2.087,8

1.460

2.087,8

1.460

2.087,8

1.460

2.087,8 Energia Disponível ( kcal/peça ) 219 365 511 657 Temperatura de Explosão (K) 3.750 3.750 3.750 3.750 Classe de Resistência a Água 1 1 1 1 Sensibilidade à Iniciação Cordel Detonante NP10 ou Espoleta N.º 8 Velocidade de Detonação (m/s) 7.400 7.400 7.400 7.400 Pressão de Detonação (kBars) 195,8 195,8 195,8 195,8 Potência Disponível (kcal/s) 1,621 x 106 2,701 x 106 3,781 x 106 4,862 x 106

Tabela 5 - Propriedades físicas básicas de um reforçador

As séries de reforçadores oferecem o máximo de desempenho nas operações de iniciação de explosivos graças à otimização obtida das combinações de massa explosiva, forma geométrica e formulação dos explosivos. Estes permitem obter do explosivo a ser iniciado o maior rendimento de sua energia termoquímica, fazendo-o alcançar a sua velocidade estabilizada de detonação (VoD), mais próxima do ponto de iniciação, resultando assim, uma maior pressão de detonação.




42

A taxa de energia, resultado da combinação de alta velocidade de detonação (VoD) com alta energia (AWS), em relação ao tempo de detonação transferida pelo reforçador (“primer” ou “booster”) ao explosivo a ser iniciado, é de altíssima eficiência, ou seja, transfere elevados níveis de energia em tempos muito pequenos, o que se traduz por alta potência explosiva. Um reforçador cônico otimiza esta transferência de energia pelo fato de a mesma ser direcionada ao longo do eixo longitudinal da carga explosiva a ser iniciada, graças a sua forma geométrica que apresenta três vezes a eficiência de um outro reforçador de massa similar.

Figura 9 - Aspecto físico de um reforçador




43

8. DESMONTE EM BANCADAS O desmonte de rochas por explosivos em bancadas tem como objetivo a conformação da lavra em bancos verticais e/ou inclinadas, conforme a figura seguinte, onde o material não permite a escavação mecanizada, e para garantir uma situação adequada de estabilidade e operacionalidade. A altura das bancadas normalmente varia de 3 a 20 metros, e esta altura é determinada por regulamentações previstas por lei, por segurança (bancadas excessivamente altas são inseguras), pelas propriedades dos maciços rochosos, por tipo e tamanho dos equipamentos de escavação e pela necessidade de maximizar a eficiência no custo total de perfuração e desmonte.

Figura 10 - Esquema de uma detonação em bancada

8.1. Plano de Fogo O planejamento do desmonte de rochas por explosivo, denominado de “Plano de Fogo”, é comandado por um conjunto de variáveis de controle classificadas em três grupos distintos, citados abaixo.

� Variáveis Geométricas :

· Diâmetro do furo; · Inclinação do furo; · Comprimento do furo; · Comprimento da carga de coluna; · Comprimento da carga de fundo;




44

· Comprimento do tampão; · Comprimento da frente a ser desmontada; · Malha de perfuração (afastamento e espaçamento dos furos).

� Variáveis Físicas e Químicas dos explosivos e do tampão :

· Tipo de explosivo; · Potência; · Energia; · Sistema de iniciação; · Resistência às condições ambientais (calor, frio, umidade); · Tipo de material do tampão.

� Variáveis de Tempo :

· Tempos de retardo; · Seqüência de detonação dos furos.

8.1.1. Definição da Malha de Perfuração A malha de perfuração possui suas variáveis, mostrada pela ilustração abaixo, que determinam a qualidade e performance do desmonte. As variáveis principais são : A : Afastamento; E : Espaçamento; CC : Carga de Coluna; CF : Carga de Fundo; T : Comprimento do Tampão.

Figura 11 - Malha de perfuração em bancada




45

As malhas de perfuração se apresentam da seguinte forma:

� Malha Quadrada; � Malha Retangular;

� Malha Triangular ou “Pé de galinha”.

8.1.2. Razão de Carregamento A Razão de Carregamento é a relação entre a massa de explosivo e o volume de rocha a ser desmontado, que é dada pela fórmula :

RC = Q / ( A x E x H ) Onde : Q = Carga de explosivos por furo; A = Afastamento prático; E = Espaçamento; H = Altura da Bancada. 8.1.3. Tampão ou “Stemming” Entende-se por tamponamento o ato de confinar os explosivos para buscar o máximo de rendimento da detonação. O tampão compreende o material inerte que é colocado no furo, para confinar o explosivo e garantir sua melhor performance. O tamponamento é uma das variáveis mais importantes no desmonte de rochas a explosivo. A importância de um tamponamento eficaz, em algumas situações, pode ser até maior que a da iniciação e da natureza química do explosivo.




46

8.1.4. Amarração A amarração é o procedimento de conexão dos furos, onde é determinada a seqüência de detonação dos mesmos.

Figura 12 - Esquema de amarração com saída em linha

Figura 13 - Esquema de amarração com saída em V




47

A amarração também define a direção de lançamento da pilha do desmonte, influenciando diretamente na sua fragmentação. A combinação da saída em linha com a saída em V permite obter melhores resultados com relação à fragmentação e formação da pilha, sendo indicada para áreas edificadas. A amarração pode ser feita por meio de conectores especiais, em sistemas elétricos ou não elétricos, ou mesmo em cordéis detonantes por meio de nós apropriados, conforme a figura seguinte.

Figura 14 - Nós de conexão e emenda

8.2. Fórmulas Empíricas Um grande problema na atividade de desmonte de rocha é a determinação de um plano de fogo, baseado em fórmulas empíricas que envolvem constantes difíceis de serem estimadas e pouco confiáveis. A maioria das fórmulas empíricas parte do pressuposto de que a rocha é intacta e isotrópica, e desconhecem, na maioria dos casos, os tipos de explosivos e acessórios utilizados, a seqüência e forma de iniciação dos furos, bem como a precisão do alinhamento e os desvios ocorridos durante a perfuração da rocha. Existe uma série de elementos de grande influência na qualidade do desmonte de rocha, que podem ser listados abaixo.

� Características geomecânicas da rocha; � Velocidade de detonação de um explosivo;




48

� Pressão de detonação de um explosivo e seu grau de acoplamento; � Definição do reforçador e forma de iniciação dos explosivos; � Tipos de acessórios e seqüência de saída dos furos; � Supervisão durante a perfuração e carregamento dos furos; � Análise dos resultados obtidos no desmonte de rocha.

As fórmulas empíricas aplicadas no cálculo das variáveis de um plano de fogo (afastamento, espaçamento, subfuração, tampão, etc.) permitem uma primeira aproximação do desenho geométrico do desmonte e do cálculo das cargas de explosivos. Na maioria dos casos, estas expressões apresentam as seguintes limitações :

� Desconhecem as características do maciço rochoso (presença de juntas, falhas, cavidades, resistência a compressão e a tração da rocha, etc.);

� Apresentam constantes difíceis de serem estimadas;

� Não levam em conta as características físicas dos explosivos (velocidade de

detonação em função do diâmetro perfurado, expansão gasosa, grau de acoplamento, etc.);

� Não leva em conta a qualidade da perfuração da bancada(alinhamento e desvios).

8.3. Mecanismo de Fragmentação das Rochas O objetivo fundamental da utilização dos explosivos em mineração é fragmentar rochas e movimenta-las. A fragmentação é ditada principalmente por parâmetros como VoD e expansão gasosa. Vários estudos foram realizados, porém muitos pesquisadores, consideravam medidas como estudos geomecânicos representativos de uma situação de campo, entretanto ao ensaiar-se um corpo de prova, esse não irá apresentar as características do maciço que vai ser desmontado. Nos testes com amostras intactas, essas são preservadas de descontinuidades de tal forma que o corpo de prova apresentará, por exemplo, resistência à compressão maior que o maciço rochoso do qual foi amostrado. Devido à variação espacial das suas propriedades em um maciço rochoso e, como não se pode controlar com precisão essa variabilidade, pode-se adotar certos modelos que nos aproximam da realidade. Deve-se, entretanto, acentuar que cada caso é um caso e, cada rocha reage de uma maneira diferente na sua interação explosivo - maciço rochoso. Dessa forma, salienta-se a importância de não se utilizar cegamente e inquestionavelmente os modelos tradicionais de desmonte de rocha por explosivo, como tradicionalmente é feito em diversas obras da literatura técnica. Os modelos são usados para se ter um ponto de partida, a partir do qual são realizados muitos testes in situ que conduzem a resultados mais próximos da realidade.




49

O processo de detonação de uma rocha ocorre em vários estágios, mas resumidamente ocorre primeiro um impacto de energia de choque (ondas P e S), seguido por rápida expansão de gás. Não se deve esquecer que uma boa parte da energia liberada pelo explosivo é perdida na forma de calor e ruído. Quando uma carga explosiva confinada detona, conforme ilustração seguinte, ocorre:

Figura 15 - Visualização seqüencial do fraturamento da rocha

a) Iniciação;

b) Alta pressão durante a decomposição do explosivo que esmaga a rocha do contorno por deformação elástica, provocando alargamento e microfraturamento;

c) Ondas compressivas emanam radialmente do centro do furo em todas as direções em uma velocidade igual à velocidade sônica na rocha em questão. Abertas as primeiras trincas radiais (rosa de fissuras), a pressão no furo alarga e prolonga consideravelmente as microfraturas e as descontinuidades da rocha;

d) Quando as ondas compressivas atingem a face livre, são refletidas na forma de ondas de tração. Se for ultrapassada a tensão de ruptura da rocha, conforme figura seguinte, essa será fragmentada, o que é o objetivo do desmonte;

e) Depois de fraturada, a rocha sofre ação da pressão dos gases liberados na detonação, que empurram o material provocando o seu deslocamento, além de aumentar as descontinuidades. Inicia-se a aceleração do maciço fragmentado pelos gases em expansão, tal como no lançamento de um projétil por arma de fogo.




50

Conforme mostrado na figura seguinte, a energia da onda de choque encontrando a descontinuidade de meios, rocha / meio ambiente, na face livre, divide-se em energia refratada e energia refletida. Dois outros fenômenos também ocorrem:

� Descascamento da face (“spalling”) : É o fenômeno observado em bancadas com afastamento muito pequeno e razão de carga alta, quando ocorre refração das primeiras ondas da detonação. Essa característica não é considerada importante no mecanismo global de quebra das rochas, alem de não ser objetivo de um desmonte bem dimensionado.

AB : Superfície de separação entre os meios M1(ondas refletidas) e M2 (ondas refratadas).

Figura 16 - Reflexão e Refração da onda de choque da detonação

� Ruptura por flexão : É o fenômeno que ocorre pela impulsão do afastamento, dado pela ação dos gases da reação de detonação, quebrando o maciço por flexão. Quando a relação afastamento/altura da bancada for de um mínimo de 1 : 4 essa reação é observada. Essa propriedade é chamada de esbeltez, sendo um dos fatores mais importantes em um desmonte, pois determina o confinamento ao qual o explosivo estará submetido.




51

Figura 17 - Esquema de quebra por flexão

Todo o volume gasoso gerado pelo explosivo está relacionado ao lançamento do material rochoso que compreende o afastamento. Uma regra prática usual dita que para rochas duras e tenazes, o explosivo indicado é aquele de alta velocidade de detonação (VoD), ou seja, brisante, para provocar o efeito de fraturamento, enquanto que para rochas macias e de boa fragmentação o ideal são os explosivos de baixa velocidade, que servem para lançar a rocha já fragmentada naturalmente. A rocha pode ser fragmentada principalmente por três caminhos:

� Fragmentação por novas fraturas criadas devido à onda de choque, criando blocos; � Liberação pura e simples dos blocos que já estavam fraturados no maciço;

� Aumento das fraturas já existentes no maciço o que vem a liberar os blocos.

Entretanto não se deve esquecer que existem diversos parâmetros que governam o mecanismo de quebra das rochas por explosivos, sendo que nem todos são perfeitamente descritos ou conhecidos. Os principais fatores que afetam a quebra de um material, excetuando-se os inerentes à formulação do explosivo, são: planos de fraqueza, fraturas, fissuras, juntas, planos de acamamento, densidade do material, porosidade, fricção interna, que é a habilidade da rocha de transformar ondas de choque em calor, e conteúdo de água.




52

9. DESMONTE SECUNDÁRIO O desmonte secundário é utilizado para fragmentar os blocos ou matacões (matacos) remanescentes do desmonte principal. Estes blocos são separados na operação de carregamento ou de seu porte é definido pela britagem ou mesmo pelos equipamentos de carga. 9.1. Fogacho O método de fogacho consiste em perfuração dos blocos, em 32 ou 38 mm, e carregamento com explosivo. A detonação da carga de explosivo visa a fragmentação do bloco, o que o tornará adequado às operações subseqüentes. A explosiva tem um desempenho mais eficiente quando as perfurações são realizados na porção central do bloco, além de diminuir o risco de ultralançamentos de rocha. A razão de carregamento geralmente está na faixa de 0,075 a 0,110 Kg/m3. 9.2. Plaster Shooting (“João de Barro”) O método de desmonte secundário conhecido no Brasil como “João de Barro”, também denominado como “Plaster Shooting”, é indicado quando níveis altos de ruído e sobrepressão acústica são tolerados. Os explosivos plásticos são os indicados para o “Plaster Shooting”, principalmente as emulsões e lamas, pois se moldam à superfície do bloco de rocha, além possuir pressão de detonação mais elevada. As razões de carregamento nesta modalidade são bastante altas, variando entre 0,6 e Kg/m3. O método de desmonte consiste da colocação do explosivo sobre centro do bloco, cobrindo-o com barro ou argila, sendo iniciado geralmente por cordel detonante.




53

10. DESMONTES DE ROCHAS SEM O USO DE EXPLOSIVOS 10.1. Desmonte Mecânico O desmonte é uma das mais importantes operações, pois seu sucesso otimiza as operações subseqüentes. Os métodos de desmonte são diversos, cada um deles sendo utilizado de acordo com as características físicas do maciço rochoso. Geralmente os maciços rochosos extremamente fraturados ou muito alterados, compostos por rochas de baixa dureza, não necessitam de detonação para serem desmontados. Nesse caso, poderão ser utilizados desmontes manuais, mecânicos, hidráulicos ou mesmo utilização de novas tecnologias como a “argamassa expansiva”. O desmonte mecânico geralmente é executado por equipamento específico ou implemento acessório como escarificador. Alguns equipamentos operam até em rocha dura, como é o caso das TBM usadas em escavações de túneis. 10.2. Desmonte Hidráulico O desmonte hidráulico consiste em utilizar a força hidráulica (essencialmente água) nas frentes de desmonte para a desagregação do minério, conforme mostrado na figura seguinte.

Figura 15 - Desmonte Hidráulico De todos os sistemas de lavra existentes, o hidráulico é o único que permite combinar o desmonte de um material, o seu transporte para uma estação de tratamento e sua recuperação nessa mesma estação, assim como o posterior escoamento dos resíduos com a energia obtida por um fluxo de água. Os equipamentos hidráulicos são equipamentos de desmonte, constituídos por uma lança ou canhão direcional, de largo diâmetro, que projeta um jacto de água sobre o maciço rochoso,




54

que permite desagregar e arrastar os materiais, cujo estado de consolidação é apropriado para tal finalidade. A utilização destes equipamentos tem as seguintes vantagens:

� Desmonte contínuo do material a explorar; � Infra-estrutura mineira reduzida; � Equipamentos mais econômicos; � Menores necessidades de pessoal e com menor especialização; � Baixo custo de operação.

Os inconvenientes principais são:

� Condições específicas do material a desmontar; � Grandes necessidades em caudal e pressão de água; � Necessidade de grandes áreas para retenção de resíduos; � Escassas probabilidades de seletividade; � Aplicabilidade quando o processo de tratamento posterior é feito em via úmida; � Condições topográficas adequadas para a circulação dos materiais desmontados; � Disposições restritivas sobre contaminação e impacto ambiental.

10.3. Argamassa Expansiva A argamassa expansiva é um agente demolidor não explosivo, em pó, cujo componente majoritário é a cal virgem. Em contacto com água, iniciam-se reações de hidratação, com aumento de volume, promovendo, quando em confinamento, grandes pressões sobre as paredes confinantes (78 MPa). As tensões geram fissuras no meio confinante (rocha), cuja magnitude e direção vai depender do balanço de esforços atuantes no referido meio. Assim, furos adequadamente alinhados e preenchidos permitem o corte de maciços rochosos de modo mais controlado do que aquele obtido por explosivos. A evolução dos esforços é lenta e são necessárias cerca de 8 a 24 horas para a finalização do desmonte, dependendo da temperatura ambiente. A concentração mássica de sólidos recomendada é de 77 %, onde o consumo unitário de material expansivo fica em torno de 80 kg/m3. As vantagens do emprego da argamassa expansiva em relação ao uso de explosivos são :

� Seu manejo não requer permissão especial; � Não há geração de vibrações nem sobrepressão acústica; � Não há emanação de gases; � Não há “Over Brack” ou “Back Brack”.

É estimado um custo operacional de aproximadamente US$ 16.00/m2, para aplicação industrial em pedreiras de rochas ornamentais (apud VILLASCHI & SABADINI, 2000).




55

11. OUTRAS APLICAÇÕES DOS EXPLOSIVOS 11.1. Pesquisa Geofísica A Geofísica é uma área da ciência que estuda os materiais e composição da Terra a partir da observação e quantificação de processos físicos atuantes acima da superfície, na superfície e no interior do planeta. Ela é, portanto, uma forma de investigação indireta da Terra, pois o seu objeto de estudo são os campos físicos naturais ou induzidos e a propagação de ondas mecânicas ou eletromagnéticas e sua interação com os materiais terrestres. A pesquisa geofísica faz uso de explosivos principalmente na sua modalidade denominada sísmica de reflexão. A Sísmica de Reflexão faz uso de ondas elásticas geradas artificialmente para localizar e mapear regiões em superfície de interesse, entre outros, em estudos arqueológicos, prospecção de recursos minerais (incluindo hidrocarbonetos, água, reservatórios geotérmicos, etc.) e de construção civil. A Sísmica de Reflexão utiliza a combinação de conhecimentos geológicos, físicos e matemáticos para obter informações sobre a estrutura (mapeamento) e os tipos de rocha (litologia) encontrados na subsuperfície. A técnica básica consiste em gerar ondas sísmicas (através de explosivos ou vibradores em levantamentos terrestres e fontes de pressão em levantamentos marítimos), que se propagam para a subsuperfície, são refletidos em interfaces separando camadas geológicas e são registradas em receptores apropriados. De posse de informações registradas nestes receptores, o objetivo é produzir uma imagem do subsolo contendo as informações desejadas aos vários fins. A produção das ondas sísmicas é obtida pela detonação de uma carga pontual de explosivo industrial, onde a frente de onda gerada tem formato esférico. Uma vez que as ondas diretas (aquelas que atingem os receptores sem incidir em refletores) não são relevantes na sísmica de reflexão, apenas o hemisfério inferior da frente de onda é modelado. 11.2. Estimulação sísmica de poços tubulares (poços artesianos) A maioria dos poços tubulares construídos em rochas cristalinas (granitos, gnaisses, basaltos, diabásios, xistos, etc.), não apresenta vazão economicamente explotáveis e/ou tem a sua produtividade decrescente ao longo do tempo. Dado o elevado custo de perfuração, quer para o aprofundamento dos poços, quer para a construção de novos poços em busca de fraturamento mais produtivos em águas subterrâneas, nas circunvizinhanças, o método da estimulação sísmica (detonação controlada de cargas explosivas no interior dos poços, estrategicamente dimensionadas e posicionadas), apresenta resultados estupendos.




56

Além de ser economicamente mais vantajoso do que a perfuração em rochas cristalinas, o método da estimulação sísmica (“blasting well-stimulation”) é rápido, seguro, não contaminador dos aqüíferos e não invasivo no sistema hidrodinâmico. Basicamente, cria-se geomecanicamente ao redor da vertical estimulada dos poços, um elipsóide ou um esferóide de fraturamento induzido (“raio de partição cristalina”), com a média de 40 a 50 metros em zonas edificadas e 80 a 100 metros em campo aberto. Com isso, ocorre a intercomunicação hidráulica com sistemas aqüíferos circunvizinhos e/ou subjacentes, incrementando ponderavelmente a Vazão de extração de água potável dos poços em tratamento (via de regra, é comum acontecer, no mínimo, a duplicação da vazão de bombeamento do poço). Para os usuários, praticamente significa dispor de mais um poço para o seu suprimento de água, com elevado grau de potabilidade. As ondas induzidas pelo método da estimulação sísmica nos maciços rochosos subjacentes são rigorosamente controladas, para não causar distúrbios ou incômodas “vibrações” na superfície do solo, quer para pessoas, quer para edificações existentes nas áreas circunvizinhas aos poços. A velocidade de partícula das ondas sísmica (longitudinais, transversais e verticais) fica na faixa de 1 a 5 cm/s (36 a 180 m/h) de conformidade com as normas pertinentes (ABNT - limite de 5 cm/s ; U.S Bureau of Mines - limite de 6 cm/s). Em conseqüência, o método pode ser aplicado para poços tubulares construídos em edificações urbanas residenciais e comerciais de forma segura e imperceptível aos sentidos humanos. 11.3. Demolições de Estruturas Civis Os desmontes controlados de estruturas civis são conhecidos no Brasil como implosões. A utilização de um sistema preciso de retardamento é fundamental para o sucesso de uma implosão. Por isso, normalmente, são utilizados diversos retardos com diferenças de tempo que podem variar de 25 ms a 500 ms entre uma espera e outra, de modo que a duração total das detonações fique em torno de alguns segundos. A seqüência de detonação das cargas explosivas é outra peça chave no sucesso da implosão, com as detonações ocorrendo normalmente de dentro para fora e de baixo para cima na estrutura. Isto faz com que partes da estrutura caiam umas sobre as outras e não caiam sobre as estruturas vizinhas. Para garantir a segurança das pessoas que participam da operação e daquelas que assistem ao evento, colocam-se barreiras com cordão de isolamento com a vigilância feita normalmente por policiais do Corpo de Bombeiros e da Polícia Militar, em todas as ruas interditadas.




57

12. SEGURANÇA NO USO DE EXPLOSIVOS E ACESSÓRIOS 12.1. Normas Gerais de Segurança

� Evitar a exposição de explosivo ao choque, calor ou atrito;

� Transportar somente a quantidade necessária para a área de detonação;

� Manter explosivos/espoletas separados um do outro até o início do carregamento;

� Evitar o manuseio por pessoas não qualificadas;

� Assegurar, o recolhimento aos paióis de todos os explosivos e acessórios não utilizados na operação.

12.2. Preparo de Escorvas

� Qualquer que seja o método de iniciação usado, a confecção de escorvas deve ser feita cuidadosamente na hora e local do carregamento;

� O mínimo de força deve ser usada na preparação das escorvas. Os furos devem ser

pré-formados (estiletes de bronze ou madeira) nos cartuchos para permitir facilmente a inserção da espoleta ou do cordel;

� A espoleta deve entrar centralizada e em todo o seu comprimento no cartucho

escorva. 12.3. Carregamento e Tamponamento

� Os furos devem ser limpos e desobstruídos antes do carregamento iniciado;

� O diâmetro do furo deve manter uma folga em relação aos cartuchos de explosivos, o suficiente para que não se requeira uma força indevida durante a operação de carregamento;

� Um cuidado especial deve ser tomado no momento de se introduzir no furo a

escorva;

� Observar o comprimento do tampão e as condições da bancada (fragmentos soltos –

“fly rock”).




58

12.4. Empregando Estopim/Espoleta

� Estopim

· Não danificar sua cobertura plástica;

· Não bater, não tracionar e não torcer.

� Espoleta

· Não bater, não serrar, não coloca-las nos bolsos.

� Conjunto Estopim/Espoleta

· O comprimento do estopim deve ser suficientemente longo para que o blaster tenha tempo de alcançar um local seguro antes da detonação;

· Não tentar acender mais estopins do que se pode ser feito com segurança.

12.5. Empregando Cordel Detonante

� Todas as conexões entre as linhas de cordel devem ser feitas de forma a manter o seu núcleo de nitropenta seco. Onde isso não for possível, e caso as pontas do cordel tenham sido expostas à umidade, as conexões devem ficar no mínimo a 50 cm destas;

� O ângulo entre as linhas secundárias e as linhas tronco devem ser de 90 graus;

� As linhas de cordel, acima de 10 g/m, devem ser mantidas pelo menos 20 cm

distantes entre si, esticadas, porém sem tensão excessiva;

� A espoleta deve ser ligada ao cordel com sua carga dirigida no sentido da detonação.

12.6. Empregando “Shock Tubes”

� O sistema de iniciação com shock tubes não pode ser conferido através de instrumentos. É imprescindível que as conexões sejam feitas tão precisamente quanto possível de forma que um eficiente controle pessoal possa ser realizado;

� O sistema de ligação em superfície deve ser feito tão curto quanto possível,

esticado, mas sem tracionamento indevido;




59

� Certificar-se de que a conexão e/ou amarração foi corretamente feita e se todos os detonadores estão ligados;

� Manter o comprimento dos “shock tubes” nas conexões tão curto quanto possível

(não cortar);

� A espoleta empregada para iniciar o circuito, deve estar no mínimo 0,80 m da conexão mais próxima, e deverá ser conectada somente quando toda a amarração estiver completa e pronta para ser iniciada;

� Nunca puxar bruscamente até esticar ou romper os “shock tubes”, isto pode causar

detonação acidental (“snap” ou “shot”) ou desconectar a espoleta e assim causar falhas.

12.7. Preparação para a Detonação

� Detonações devem ser mantidas sob a supervisão de um técnico qualificado (“blaster”);

� A ligação só deve ser feita após a remoção de todos os equipamentos

desnecessários. 12.8. Procedimentos Imediatos com Fogos Falhados

� Manter todos os acessos interditados;

� Analisar as causas da falha;

� Recolher amostras;

� Reiniciar a detonação (se possível);

� Descarregamento dos furos (espingarda água/ar);

� Refazer furos próximos (cuidado com direção/ângulo);

� Escavação cuidadosa;

� Solicitar Assistência Técnica.




60

12.9. Estocagem

� Instalações destinadas a armazenar explosivo não devem ser usadas para outro fim.

� Mantê-las sempre limpas, secas e bem ventiladas;

� Altura máxima das pilhas : 2 metros ou 10 caixas, afastadas uma das outras no mínimo de 6 cm e dispostas sobre estrados de madeira;

� Nunca estocar espoletas com explosivos.

12.10. Armazenamento

� Acero (20 m);

� Nunca permitir a entrada de cigarros, fósforos ou isqueiros;

� Atentar ás condições atmosféricas;

� Instalação e manutenção dos pára-raios;

� Presença de vigilância contínua;

� Manter as cercas em bom estado de conservação e as entradas trancadas;

� Portas, piso e estrados de madeira;

� Permitir acesso aos paióis apenas de pessoal habilitado, assim como o manuseio dos explosivos e acessórios;

� Respeitar a separação das pilhas;

� Respeitar as condições de empilhamento:

· Estrados de Madeira; · Afastadas das Paredes; · Afastadas do Teto (0,70 m); · Altura Máxima (2 m);

� Manter e observar a validade e estado de conservação dos extintores de incêndio;

� Validade dos Produtos (O prazo de validade impresso nas embalagens somente será

válido se forem obedecidas as condições de armazenagem constantes no R105);




61

12.11. Destruição 12.11.1. Normas Normas do R 105/SFPC/Assistência Técnica; 12.11.2. Razões para destruição

� Prazo de validade vencido;

� Explosivo desnecessário;

� Explosivo danificado;

� Explosivos falhados; 12.11.3. Perigos na Destruição

� Encarregado inabilitado;

� Local da destruição;

� Detonação acidental;

� Destruição parcial; 12.11.4. Processos de Destruição

� Detonação;

� Queima;

� Espalhamento e saturação com água.




62

13. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CROSBY, W. A., International Drilling, Blasting and Explosives Technology Course. 1998, Vol I and Vol II. PERSSON, P., et. al., Rock Blasting and Explosives Engineering. 1993, 540p. CAMERON, A., HAGAN, T., Curso Internacional “Tecnologia de desmontes de rochas com explosivos para minas a céu aberto e subterrâneas”, 1996, 200p. DOWDING, C. H. Construction Vibrations, 1996, 610p. KONYA, C.J. (1995), Blast Design, Montville, EUA. TAMROCK. Rock Escavation Handbook. Tampere, Finland, 1999, 363p. OLIVEIRA, A. M. S., et. al., Geologia de Engenharia. 1998, 586p. ISEE - THE INTERNATIONAL SOCIETY OF EXPLOSIVES ENGINEERS, Blasters’ Handbook. 1998, 742p. HARTMAN, H., L. Introductory Mining Engineering. New York: John Wiley & Sons. 1987. 567p. LLERA, J.M.P, et al. Manual de Perforación y Voladuras de Rocas. Madrid: Instituto Geologico Y Minero de Espanã. 1987. 442p. Seventh High-Tech Seminar – State-of-the Art Blasting Technology Instrumentation and Explosives Applications. Orlando, Florida, USA. 1997. Eighth High-Tech Seminar – State-of-the Art Blasting Technology Instrumentation and Explosives Applications. Nashville, Tennessee, USA. 1998. LEAL, F. L. N. Desenvolvimento de um método de Classificação para desmonte a explosivo numa mina de minério de ferro. Belo Horizonte, 1997. 263p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas e Metalurgia)- Escola de Engenharia – Universidade Federal de Minas Gerais. MUNARETTI, E. Avaliação da utilização de AN/FO fabricado in situ em pedreira de calcário. Porto Alegre, 1997. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Minas e Metalurgia)- Escola de Engenharia – Universidade Federal do Rio Grande do Sul.




63

14. ANEXOS 14.1. DNPM - NRM - 16 (Operações com Explosivos e Acessórios) 14.1.1. Generalidades

� Todas as operações envolvendo explosivos e acessórios devem observar as recomendações de segurança do fabricante, sem prejuízo do contido nas Normas Reguladoras de Mineração - NRM.

� O transporte e utilização de material explosivo devem ser efetuados por pessoal

devidamente treinado, respeitando-se as Normas do Departamento de Fiscalização de Produtos Controlados do Ministério da Defesa e legislação que as complemente.

� O plano de fogo da mina deve ser elaborado por profissional legalmente habilitado.

� A execução do plano de fogo, operações de detonação e atividades correlatas devem ser

supervisionadas ou executadas pelo técnico responsável ou pelo BLASTER legalmente registrado.

Ao técnico responsável ou BLASTER compete :

a. Ordenar a retirada dos paióis, o transporte e o descarregamento dos explosivos e acessórios nas quantidades necessárias ao posto de trabalho a que se destinam;

b. Orientar e supervisionar o carregamento dos furos, verificando a quantidade carregada;

c. Orientar a conexão dos furos carregados com o sistema de iniciação e a seqüência de fogo;

d. Executar as medidas de concentração gasosa, antes e durante o carregamento dos furos, em frentes de trabalho sujeitas a emanações de gases explosivos, respeitando o limite constante no subitem 8.1.12.1 da NRM-08;

e. Certificar-se do adequado funcionamento da ventilação auxiliar e da aspersão de água nas frentes em desenvolvimento;

f. Certificar-se de que não haja mais pessoas na frente de desmonte e áreas de risco antes de proceder a detonação;




64

g. Iniciar todas as detonações na área da mina, que devem ser precedidas de avisos escritos e sonoros, de comunicação e de interdição das vias de acesso à área de risco;

h. Certificar-se da inexistência de fogos falhados e, se houver, adotar as providências previstas anteriormente;

i. Comunicar ao responsável pela área ou frente de serviço o encerramento das atividades de detonação.

� O técnico responsável, BLASTER ou qualquer outro trabalhador deve informar imediatamente ao responsável pela mina o desaparecimento de explosivos e acessórios, por menor que seja a quantidade, para que sejam tomadas as providências no sentido de informar às autoridades competentes nos termos da legislação vigente.

� O manuseio de explosivos e acessórios é privativo de pessoal habilitado, conforme legislação em vigor.

� É proibido detonar utilizando-se rede elétrica em desacordo com a orientação dos fabricantes e as normas técnicas vigentes.

� Em minas subterrâneas só é permitido o uso de explosivos de segurança.

· Em minas grisutosas só é permitido o uso de explosivos anti-grisutosos.

· Em minas com emanações comprovadas de gases inflamáveis ou explosivos só é permitido o uso de explosivos adequados à estas condições.

� Em minas grisutosas é obrigatória a aplicação de tamponamento com material inerte.

14.1.2. Transporte e Manuseio

� O consumo de explosivos deve ser controlado por intermédio dos mapas previstos na regulamentação vigente do Ministério da Defesa.

� Os explosivos e acessórios não devem estar em contato com qualquer material que possa gerar faíscas, fagulhas ou centelhas.

� O transporte de explosivos e acessórios deve ser realizado por veículo dotado de proteção que impeça o contato de partes metálicas com explosivos e acessórios e atenda à regulamentação vigente do Ministério da Defesa e observadas as recomendações do fabricante.




65

· O carregamento e descarregamento de explosivos e acessórios deve ser feito com o veículo desligado e travado.

� Os trabalhadores envolvidos no transporte de explosivos e acessórios devem receber treinamento específico para realizar sua atividade.

� Os trabalhadores envolvidos no transporte de explosivos e acessórios devem receber treinamento específico para realizar sua atividade.

� É proibido o transporte de explosivos e cordéis detonantes simultaneamente com acessórios, outros materiais e pessoas estranhas à atividade.

� O transporte manual de explosivos e acessórios deve ser feito utilizando recipientes apropriados.

� O operador de guincho deve ser previamente comunicado de todo transporte de explosivos e acessórios no interior dos poços e planos inclinados.

� Os explosivos comprometidos em seu estado de conservação ou oriundos de fogos falhados devem ser destruídos conforme regulamentação vigente do Ministério da Defesa e instruções do fabricante.

� Antes do início dos trabalhos de carregamento de furos no subsolo, o técnico responsável ou BLASTER deve verificar:

a. A existência de contenção, conforme o plano de lavra;

b. A limpeza dos furos;

c. A existência da ventilação e sua proteção;

d. Se todas as pessoas não envolvidas no processo já foram retiradas do local da detonação, interditando o acesso ;

e. A existência e funcionamento de aspersor de água em frentes de desenvolvimento para lavagem de gases e deposição da poeira durante e após a detonação.

� Apenas ferramentas que não originem faíscas, fagulhas ou centelhas devem ser usadas

para abrir recipientes de material explosivo ou para fazer furos nos cartuchos de explosivos.

� No carregamento dos furos é permitido somente o uso de socadores de madeira

(atacadores), plástico ou cobre.




66

� Os instrumentos e equipamentos utilizados para detonação elétrica e medição de resistências devem ser inspecionados e calibrados periodicamente, mantendo-se o registro da última inspeção.

� É proibida a escorva de explosivos fora da frente de trabalho.

� A fixação da espoleta no pavio deve ser feita com instrumento específico. � É proibido utilizar fósforos, isqueiros, chama exposta ou qualquer outro instrumento

gerador de faíscas, fagulhas ou centelhas durante o manuseio e transporte de explosivos e acessórios.

· É proibido fumar.

� Os fios condutores utilizados nas detonações por descarga elétrica devem possuir as

seguintes características:

a. Ser de cobre ou ferro galvanizado;

b. Estar isolados;

c. Possuir resistividade elétrica abaixo da estabelecida para o circuito;

d. Não conter emendas;

e. Ser mantidos em curto-circuito até sua conexão aos detonadores;

f. Ser conectados ao equipamento de detonação pelo técnico responsável ou BLASTER e somente após a retirada do pessoal da frente de detonação e;

g. Possuir comprimento adequado que possibilite uma distância segura para o técnico responsável ou BLASTER.

� Em minas com baixa umidade relativa do ar, sujeitas ao acúmulo de eletricidade estática,

o técnico responsável ou BLASTER deve usar anel de aterramento ou outro dispositivo similar durante a atividade de montagem do circuito e detonação elétrica.

� É proibida a detonação a céu aberto em condições de baixo nível de iluminação ou

quando ocorrerem descargas elétricas atmosféricas.

· Caso a frente esteja parcial ou totalmente carregada a área deve ser imediatamente evacuada.




67

14.1.3. Armazenagem

� A localização, construção e manutenção dos paióis e armazenagem de explosivos e acessórios devem estar de acordo com a regulamentação vigente do Ministério da Defesa.

� Os paióis de explosivos ou acessórios no subsolo não devem estar localizados junto a

galerias de acesso de pessoal e de ventilação principal da mina.

� Nos acessos aos paióis de explosivos ou acessórios devem estar disponíveis dispositivos de combate a incêndios.

� O acesso aos paióis de explosivos ou acessórios só deve ser liberado a pessoal

devidamente qualificado, treinado e autorizado ou acompanhado de pessoa que atenda a estas qualificações.

� Os locais de armazenamento de explosivos ou acessórios no subsolo devem:

a. Conter no máximo a quantidade a ser utilizada num período de 5 (cinco) dias de trabalho;

b. Ser protegidos de impactos acidentais;

c. Ser trancados sob guarda de técnico responsável ou BLASTER;

d. Ser independentes, separados e sinalizados;

e. Ser sinalizados na planta da mina indicando-se sua capacidade e

f. Ser livres de umidade excessiva e onde a ventilação possibilite manter a temperatura adequada e minimizar o arraste de gases para as frentes de trabalho em caso de acidente.

� Em todos os paióis de explosivos ou acessórios devem ser anotados os estoques

semanais e movimentações de materiais, sendo que os registros devem ser examinados e conferidos periodicamente pelo BLASTER e pelo responsável pela mina.

· Os registros de estocagem e movimentações de materiais devem estar disponíveis

para a fiscalização.

� É proibida a estocagem de explosivos e acessórios fora de locais apropriados.




68

� Os explosivos e acessórios não usados devem retornar imediatamente aos respectivos locais de armazenamento.

� A menos de 20 m (vinte metros) de armazenamento de explosivos ou acessórios só é

permitido o acesso de pessoas que trabalhem naquela área para execução de manutenção das galerias e de trabalho nos paióis.

� No subsolo, dentro de paióis de explosivos ou acessórios e a menos de 25,00 m (vinte e

cinco metros) dos mesmos o sistema de contenção deve ser constituído, preferencialmente, de material incombustível e não podendo existir deposição de qualquer outro material.

� Os explosivos e acessórios devem ser estocado sem suas embalagens originais ou em recipientes apropriados e sobre material não metálico, resistente e livre de umidade.

� Os paióis de explosivos ou acessórios devem ser sinalizados com placas de advertência

contendo a menção "EXPLOSIVOS", em locais visíveis nas proximidades e nas portas de acesso aos mesmos, sem prejuízo das demais sinalizações previstas em normas vigentes.

14.1.4. Desmonte de Rocha com Uso de Explosivos

� Em cada mina, onde seja necessário o desmonte de rocha com uso de explosivos, deve estar disponível plano de fogo no qual conste:

a. Disposição e profundidade dos furos;

b. Quantidade de explosivos;

c. Tipos de explosivos e acessórios utilizados;

d. seqüência das detonações;

e. Razão de carregamento;

f. Volume desmontado e ;

g. Tempo mínimo de retorno após a detonação.

� O desmonte com uso de explosivos deve obedecer as seguintes condições:

a. Ser precedido do acionamento de sirene;

b. A área de risco deve ser evacuada e devidamente vigiada;




69

c. Horários de fogo previamente definidos e consignado sem placas visíveis na entrada de acesso às áreas da mina;

d. Dispor de abrigo para uso eventual daqueles que acionam a detonação e;

e. Seguir as normas técnicas vigentes e as instruções do fabricante.

� Na interligação de duas frentes em subsolo devem ser observados os seguintes critérios:

a. Retirada total do pessoal das duas frentes quando da detonação de cada frente;

b. Detonação não simultânea das frentes;

c. Estabelecer a distância mínima de segurança para a paralisação de uma das frentes e

d. O técnico responsável ou BLASTER deve certificar-se que não haja fogos falhados em ambas as frentes.

� O retorno à frente detonada só é permitido com autorização do responsável pela área e

após verificação da existência das seguintes condições:

a. Dissipação dos gases e poeiras, observando-se o tempo mínimo determinado pelo projeto de ventilação e plano de fogo;

b. Confirmação das condições de estabilidade da área e;

c. Marcação e eliminação de fogos falhados.

� Na constatação ou suspeita de fogos falhados no material detonado, após o retorno às

atividades, devem ser tomadas as seguintes providências:

a. Os trabalhos devem ser interrompidos imediatamente;

b. O local deve ser evacuado e

c. Informado o técnico responsável ou BLASTER para adoção das providências cabíveis.

· A retirada de fogos falhados deve ser executada pelo técnico responsável ou

BLASTER ou, sob sua orientação, por trabalhador qualificado e treinado.




70

� A retirada de fogos falhados só pode ser realizada através de dispositivo que não produza faíscas, fagulhas ou centelhas.

� Os explosivos e acessórios de fogos falhados devem ser recolhidos a seus respectivos

depósitos, após a retirada imediata da escorva entre eles.

� É proibido o aproveitamento de restos de furos falhados na fase de perfuração.

� Para os trabalhos de aprofundamento de poços e rampas devem ser atendidos os seguintes requisitos adicionais:

a. O transporte dos explosivos e acessórios para o local do desmonte só deve ocorrer separadamente e após ter sido retirado todo o pessoal não autorizado;

b. Antes da conexão das espoletas elétricas com o fio condutor devem ser desligadas todas as instalações elétricas no poço ou rampa;

c. Antes da religação é necessário verificar se as instalações estão intactas;

d. A detonação só deve ser acionada da superfície ou de níveis intermediários e;

e. Os operadores de poços e rampas devem ser devidamente informados do início do carregamento.

� Em minas a céu aberto, próximas de habitações, vilas, fábricas, redes de energia, minas

subterrâneas, construções subterrâneas e obras civis, tais como pontes, oleodutos, gasodutos, minerodutos, subestações de energia elétrica, além de outras obras de interesse público devem ser definidos perímetros de segurança e métodos de monitoramento e apresentados no Plano de Lavra ou quando exigidos, a critério do Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM.

� Definidos os perímetros de segurança e respectivos métodos de monitoramento, os

mesmos podem ser alterados mediante avaliação técnica, que comprove as possíveis mudanças, sem danos às estruturas passíveis de influência da atividade, submetidos à apreciação do DNPM.

� Não devem ocorrer lançamentos de fragmentos de rocha além dos limites de segurança

da mina.

� Devem ser adotadas técnicas e medidas de segurança no planejamento e execução do desmonte de rocha com o uso de explosivos.




71

� As detonações devem ser limitadas a um mínimo de horários determinados, conhecidos dos trabalhadores e da vizinhança da mina.

� O monitoramento de vibrações no solo e o ruído no ar decorrentes de detonações deve

ser realizado nas obras civis próximas ao local de detonação e manter-se dentro dos seguintes limites máximos:

· Velocidade de vibração de partícula: 15 mm/s - componente vertical ; e

· Sobrepressão sonora: 128 dB (A).

� Deve ser realizado estudo para o ajuste do plano de fogo de modo a atender aos limites

do item anterior observando os seguintes critérios técnicos:

Determinação da relação empírica entre a velocidade de partícula e a distância escalonada;

As distâncias graduadas são definidas pela função (D/Q)½; onde D é a distância radial ao ponto de detonação e Q é o peso da carga máxima por espera;

A velocidade de partícula máxima Vp é relacionada com a distância escalonada pela seguinte relação:

Vp = k (D/Q½)-b

Onde :

Vp = velocidade de partícula de pico D = distância da detonação ao ponto de medição Q = carga máxima por espera (peso) K = fator do local b = fator do local K e b são constantes que devem ser determinadas por medições em cada local de desmonte em particular.

� Em minas com emanações comprovadas de gases inflamáveis ou explosivos só é

permitido o uso de explosivos adequados a esta condição.




72

14.2. Glossário de Termos Técnicos Neste item são apresentadas algumas definições dos termos técnicos mais empregados nas atividades de desmonte de rocha com emprego de explosivos.

A Acoplamento - Coupling : É a relação entre o diâmetro da carga e o diâmetro do furo. Explosivos bombeados oferecem total acoplamento. Cartuchos rígidos são desacoplados. Aderência - Adhesion : Resistência ao cisalhamento entre uma rocha e qualquer outro material em contato, sob uma pressão normal nula. Afastamento - Burden : Distância da primeira fileira de furos à face livre da bancada. O mesmo que linha de menor resistência. Sobrepressão do Ar - Air Blast : Sobrepressão (aumento da pressão) do ar, que ocorre devido a liberação de grande quantidade de energia (calor, som, vibrações) e gases em um intervalo muito pequeno de tempo. São caracterizadas por apresentam baixas freqüências, com valores geralmente abaixo de 20 Hz. O nível do som usualmente medida em : Pa ou dB. O nível do som em dB (em homenagem Alexader Grahan Bell) é definido para corresponder à sensação humana de audição. dB = 20 log ( P/Po ) , onde P é a sobrepressão em kPa e Po é a pressão limiar de audibilidade (cujo o patamar é de 2 x 10-8 kPa). Decibel é também definido como sendo o nível de intensidade sonora N, e expresso pela equação abaixo:

N = 10 log10 (P/Po)2 P = pressão sonora de vibração Po = pressão sonora da referência ( = 2 x 10-10 bar ) Intervalo de Ar - Air Gap : Máxima distância de propagação entre cargas padronizadas de explosivos . Ancoragem (Atiramento) - Rock Bolting : Processo de sustentação de volumes de rocha, através da instalação, a partir de uma superfície livre, de tirantes (metálicos ou não) que se fixam profundamente, e se instalam tensionados.




73

Angulo de Atrito Interno - Angle of Internal Friction : Ângulo formado com o eixo das tensões normais pela tangente à curva envoltória de Mohr representativa das resistências ao cisalhamento da rocha, sob diferentes aspectos. Anisotropia Mecânica - Mechanical Anisotropy : Variação de propriedades mecânicas com a direção no mesmo ponto do material. Área de Detonação - Blasting Zone : É a área sob influência dos fragmentos, gases ou abalos. Arqueamento - Arching : Transferência de tensões de um volume do maciço que está na iminência de atingir a ruptura, para volumes adjacentes mais estáveis. Atenuação - Attenuation : Perda de amplitude da onda, com a distância de propagação. Atrito Interno Dinâmico - Internal Friction : Mecanismo de dissipação da energia vibratória sob a forma de calor, resultante da existência nos corpos de propriedades anelásticas, viscosas, de relaxação mecânica e de gradientes e de temperatura. Auto-Estabilização - Self-Stabilization : Processo natural de se atingirem condições de estabilidade, após a ocorrência de movimentos do terreno. Auto-Sustentação – Self-Support : Processo de aproveitamento da capacidade de suporte dos tetos das escavações devido a ações de arqueamento, relacionadas com a tendência das cavidades atingirem geometrias mais estáveis.

B Balanço de Oxigênio - Oxygen Balancing : É a porcentagem teórica de oxigênio em um material explosivo ou ingrediente excedente (+) ou menor que (-) o necessário para produzir produtos ideais de reação. Bancada - Bench: Forma geométrica dos taludes nas escavações a céu aberto com diferentes níveis, lembrando degraus de uma escada. Agentes Explosivos - Blasting Agents : Material explosivo que satisfaz critérios pré-estabelecidos de sensibilidade a iniciação. Britagem - Crushing : Fragmentação mecânica de uma rocha, industrialmente realizada em britadores, com o objetivo de lhe reduzir as dimensões até tamanhos não inferiores a 1 cm (abaixo desse tamanho, a fragmentação designa-se por moagem).




74

C Cedência - Yielding : Comportamento de um corpo submetido a tensões e que precede a respectiva ruptura, sendo caracterizado pela falta de linearidade entre tensões e correspondentes deformações, reveladas pelo abandono do comportamento elástico. Chumbador - Ancho Bar : Parafuso alongado instalado com calda de cimento argamassa ou resina, para sustentação de blocos dos tetos e paredes das escavações abertas em maciços rochosos. Cisalhamento (Corte) - Shear : Solicitação tangente a uma superfície de um sólido, que pode dar origem a um fenômeno de ruptura em que dois pontos inicialmente vizinhos, um de cada lado da superfície, tendem a afastar-se segundo trajetórias paralelas. Coeficiente de Permeabilidade - Coeficient of Permeability : Velocidade de escoamento da água em regime laminar, através de uma seção unitária de um meio poroso, sob um gradiente hidráulico igual à unidade e à temperatura padrão de 20ºC. Coeficiente de Poisson - Poisson´s Ratio : Relação admensional entre o valor da deformação específica normal à direção de uma força aplicada sobre um sólido e a deformação específica segundo a direção dessa força. Pode ser calculada pela equação a seguir, onde VL e VT são as velocidades de propagação, longitudinal (P) e transversal (S), respectivamente. µ µ µ µ = 0,5 . [ (VL)2 – (VT)2 ] . [ (VL)2 + (VT)

2]-1 Coeficiente de Atrito Interno - Coefficient of Internal Friction : Tangente trigonométrica do ângulo de atrito interno. Coesão - Cohesion : Resistência de um material aos esforços de cisalhamento verificados ao longo de uma superfície interior que não esteja submetida a pressões normais, mobilizando as forças de atração entre as partículas que o constituem. Cominuição - Comminution : Fragmentação de um sólido, por efeito de ações mecânicas, estáticas ou dinâmicas, que conduzem a redução de sua dimensão inicial em fragmentos menores. Compartimentação - Jointing : Estruturas típica dos maciços rochosos que se apresentam constituídos por blocos sólidos separados por planos de descontinuidade. Compressão - Compression : Tipo de carga aplicada a um corpo, que provoca aproximação das suas partículas segundo a direção de atuação dessa carga. Se as tensões são aplicadas ao longo




75

de três direções ortogonais do espaço a compressão se diz triaxial, se uma dessas tensões é nula, diz-se biaxial, e se duas são nulas a compressão é uniaxial ou simples. Compressão diametral refere-se a que se introduz sobre duas geratrizes opostas de um corpo cilíndrico de seção circular, e compressão puntiforme, à que se aplica nas mesmas circunstâncias, mas sobre dois pontos opostos. Compressibilidade - Compressibility : Propriedade dos corpos que se manifestas pela redução de seus volumes quando submetidos à aplicação de esforços de compressão. Concreto Projetado – Shotcrete : Argamassa de cimento com agregado de até 2,5 cm de diâmetro que é lançada sob pressão para os tetos e paredes de escavações, com o objetivo de incrementar a capacidade de auto-sustentação do maciço, e ainda de impermeabilização ou proteção à erosão. Difere da gunita pelo diâmetro maior dos agregados.

D D’autriche : Método de determinação da velocidade de detonação de um explosivo. Espaçador - Deck : Material inerte que separa uma carga explosiva de outra carga dentro do furo. Deflagração - Deflagration : É uma reação mais rápida que a combustão que move-se através de uma coluna de explosivo com uma velocidade menor que a velocidade do som no material. Deformação - Deformation : Mudança de forma ou dimensões de um corpo por efeito de solicitações exteriores ou por ação do seu peso próprio. Deformação Específica - Strain : Grandeza adimensional que traduz o deslocamento sofrido em um corpo por unidade de comprimento do mesmo, na direção da força aplicada. Por convenção, a deformação unitária é positiva se o corpo se encurta (submetido a compressão) e é negativa se o corpo alonga (submetido a tração). Densidade - Density : É a massa de uma substância por unidade de volume, usualmente expressa usualmente em g/cm3. Descontinuidade - Discontinuity: Estrutura geológica plana que interrompe a continuidade física dos maciços rochosos, causando a sua compartimentação. Termo genérico que engloba todas as estruturas tais como falhas, diáclases, juntas, fissuras, fraturas, etc. Designação Qualitativa da Rocha (R.Q.D.) - Rock Quality Designation : Classificação da qualidade de um maciço rochoso, que se baseia no cálculo do quociente entre a soma dos




76

comprimentos de testemunhos de sondagem com tamanho superior a 10 cm, pelo comprimento total perfurado por manobra. Deslocamento - Displacement: Distância entre a posição inicial e final de um ponto sólido depois de submetido a forças exteriores, estáticas ou dinâmicas. Desmonte - Blasting : Operação que visa arrancar os blocos de rocha de sua posição natural, fragmentando-as convenientemente, e recorrendo-se em geral ao emprego de explosivos. Detonação - Detonation : É uma reação que move-se através de uma coluna de explosivo com uma velocidade maior que a do som no material. Diâmetro Crítico - Critical Diameter : É o diâmetro mínimo para propagação da onda de detonação a uma velocidade estável. O diâmetro crítico é afetado pelas condições de confinamento, temperatura e pressão no explosivo. Dilatômetro - Dilatometer : Instrumento de medição de deformabilidade de maciços rochosos, que se instala no interior de um furo de sondagem e se pressuriza contra a parede do furo, medindo se as deformações que ocorrem nos diversos estágios de pressão aplicados. Dinâmica das Rochas – Rock Dinamics : Ramo da Mecânica de Rochas que visa o estudo e o projeto de problemas que envolvem a aplicação aos maciços rochosos de forçam exteriores cujo o tempo de aplicação é muito curto ou cuja a grandeza se modifica rapidamente com o tempo, produzindo efeitos que se materializam através da propagação de ondas. Distância Escalonada - Scaled Distance : Refere-se ao fator de escala que é incorporado a influência do peso da carga nas funções que dão origem e são geradoras de vibrações e ruídos. É calculada obtendo-se a razão entre a distância da fonte até o ponto de captação, pela raiz quadrada ou cúbica da carga. O expoente da carga (Q) dependerá da geometria da carga explosiva; 1/3 para cargas esféricas (L/D < ou = 6 ) e 1/2 para cargas cilíndricas (L/D > 6). Existem vários critérios para cálculo da distância escalonada, os mais conhecidos são os de Devine, Langefors e Ambrassey e Hendron, que utilizam os seguintes expoentes para a carga Q:

Devine : (d/Q1/2 ), Langefors (d/Q3/2 ), e Ambrassey e Hendron : ( d/Q1/3 ). Ductibilidade – Ductility : Propriedade das rochas, pela qual o seu comportamento mecânico se desvia do elástico frágil, em virtude da aplicação de altas pressões de confinamento, de altas temperaturas ou de altas velocidades de deformação, resultantes de forças artificiais ou movimentos tectônicos.

E Empolamento - Swelling : Aumento de volume que sofre determinado material rochoso ao passar do estado intacto ao estado fragmentado.




77

Emulsão Explosiva - Explosive Emulsion : Material explosivo contendo substancial quantidade de oxidantes dissolvidos em gotas d’água, envolvidas por um combustível imiscível. Energia - Energy : Medida do potencial do explosivo capaz de realizar trabalho. Energia Disponível - Available Energy : Energia de um explosivo capaz de desenvolver trabalho útil. Envoltória de Mohr - Mohr´s Envelope : Curva que envolve uma série de círculos de Mohr representando diferentes condições de ruptura de um dado material. Esclerômetro - Scleroscope : Aparelho para determinação expedita do módulo de elasticidade e da resistência à compressão uniaxial de sólidos, e em particular de rochas, através de correlações empíricas entre o valor daquelas propriedades e a grandeza da restituição de uma pequena haste de impacto, que mobiliza a dureza do material, localizando-se no interior do aparelho (esclerômetro de Shore ou de Schimdt). Espaçamento - Spacing : Distância entre furos paralelos entre si, ao longo de uma fileira paralela à frente do desmonte, em uma bancada. Explosivo - Explosive : Substância química ou mistura de substâncias que subitamente podem-se transformar numa grande massa de gases a alta pressão e temperatura, produzindo consideráveis efeitos mecânicos. Se a velocidade de combustão é lenta, a reação denomina-se deflagração e os explosivos correspondentes designam-se por deflagrantes. No entanto se a reação é rápida (velocidade superior a 1.000 m/s) o fenômeno é caracterizado pelo aparecimento de uma onda de detonação que percorre a massa de explosivo, designando-se este último por detonante. Explosivos Permissíveis - Permissible Explosive : Explosivos que são permitidos em atmosfera com gás e poeira.

F Fadiga - Fatigue : Condição que os materiais apresentam, de tendência à ruptura, na qual o efeito repetido de ciclos de carga, ou de vibrações, provoca um redução nas capacidades resistentes. Fator de Qualidade - Quality Factor : Parâmetro adimensional que caracteriza os mecanismos de dissipação dinâmica no interior dos sólidos, sendo igual ao quociente entre a energia perdida ao longo de um ciclo de carga e a energia total fornecida nesse ciclo. Fluência - Flow : Deformação sob carga constante, dependente do tempo, revelando propriedades viscoelásticas de um material.




78

Frágil - Brittle : Comportamento mecânico típico de rochas não confinadas, caracterizando a ausência de fase plástica antes da ruptura. Freqüência - Frequency : É o número de ciclos completos que são realizados em um movimento periódico por unidade de tempo. Em uma análise de vibração a unidade de tempo é o segundo (s), no entanto, a unidade de medida para a freqüência é a de ciclos por segundo ou Hertz - Hz (1 Hertz = 1/s - 1 oscilação por segundo) - Homenagem à Heinrich Hertz, Físico Alemão.

G Geomecânica - Geomechanics : Designação mais ampla que o conceito de Mecânica das Rochas, pois se refere ao ramo de ciência que estuda, sob os aspectos teórico e aplicado, o comportamento mecânico de todos os materiais geológicos (solos, rochas etc.), e as suas reações aos campos de forças que se manifestam sobre o respectivo ambiente físico.

I Impedância - Impedance : Grandeza dinâmica que caracteriza a capacidade transmissora de energia de um corpo, através de propagação ondulatória, sendo igual ao produto de sua massa específica pela velocidade propagatória das ondas longitudinais nesse corpo. Índice de Qualidade - Quality Index : Classificação qualitativa de um maciço rochoso, que considera a interferência das descontinuidades geológicas e estado de alteração na deformabilidade e na resistência do conjunto, simultaneamente com as propriedades da rocha intacta. A “Designação Qualitativa de Rocha” (RQD) é um desses índices. Isotropia - Isotropy : Constância do valor de uma ou mais propriedades mecânicas de um corpo, segundo a mesma direção do espaço.

L Limite Elástico - Elastic Limite : Valor da tensão aplicada correspondente ao fim do ramo linear da curva tensão-deformação de um corpo submetido à compressão uniaxial. Também chamado tensão de cedência do material, pois a partir desse valor a deformação entra em fase plástica.




79

M Maciço Rochoso - Rock Mass : Unidade geológica considerada como um conjunto de blocos de rocha e as descontinuidades que os limitam. Mecânica das Rochas - Rock Mechanics : É o estudo da reologia dos materiais geológicos, nomeadamente daqueles considerados na prática como rochas, que se distinguem dos solos por não serem desagregáveis depois de sofrer agitação em meio líquido, sob condições de confinamento nulo. Moagem - Milling : Fragmentação fina, industrialmente realizada em moinhos, reduzindo a rocha e fragmentos inferiores a 1 cm. Módulo de Elasticidade - Elastic (Young) Modulus : É a relação entre a tensão aplicada e a deformação unitária na mesma direção da tensão, sob condições de compressão uniaxial, quer estática, quer dinâmica. Numericamente é igual a tangente trigonométrica do ângulo feito com o eixo das deformações, pela tangente ou secante à curva tensão-deformação, no seu ramo linear. Se o material não se deforma de acordo com a lei de Hooke, é habitual designá-lo por módulo de deformação. E = 2G ( 1 + µµµµ)

ou de outra forma

E = VL . δδδδ . (1 - 2µµµµ).(1 + µ.(1 + µ.(1 + µ.(1 + µ).(1 .(1 .(1 .(1 - µµµµ) -1111 ;

onde:

G - Módulo de Rigidez; VL - Velocidade de propagação da onda no referido meio (velocidade da onda P); δ - Densidade da rocha; µ - Coeficiente de Poisson. Módulo de Elasticidade Volumétrico - Bulk Modulus : É a relação entre a tensão de confinamento hidrostática aplicada a um sólido e a deformação volumétrica (ou dilatação) que o mesmo sofre.

O Onda - Wave : Perturbação que se propaga ao longo de um meio, tal que em qualquer ponto a sua amplitude é função do tempo e em qualquer instante o deslocamento sofrido pelo ponto é




80

função da sua posição no espaço. Nas rochas podem propagar-se ondas de vários tipos: de tensão (longitudinais, transversais e flexurais), de choque, plásticas, de Rayleigh, Stonelly e de Love.

P Perfurabilidade - Drillability : Velocidade, expressa em cm/min, com que uma perfuratriz padrão trabalhando sob condições padronizadas, avança uma broca de 33 mm de diâmetro em um furo horizontal, medindo entre 0,80 e 1,60 metros de profundidade. Pilão - Cut : Esquema de fogo adotado na abertura de escavações subterrâneas com explosivos, visando a retirada da parcela inicial do maciço da frente de escavação. Plano de Fogo - Blasting Round : Disposição de furos carregados de explosivos, que por meio de detonação instantânea ou retardada das cargas, provocam o desmonte de determinado volume de rocha, quer a céu aberto, quer em escavação subterrânea. Pressão de Confinamento - Confining Pressure : Estado de tensão atuante sobre um volume de material, tal que as suas três componentes principais são iguais entre si. Qualquer estado de tensão pode ser decomposto (princípio da sobreposição) em dois outros estados, um dos quais é o confinamento (também chamado hidrostático) e o outro o estado desviatório, sendo o primeiro responsável pela mudanças de volume do corpo e o segundo pela mudança de forma. Pressão de Detonação - Detonation Pressure : É a pressão produzida na zona de reação.

Q Quase-Estático - Quasi-Static: Fase de expansão gasosa dos produtos de uma explosão, que por se desenrolar em intervalos de tempo muito maiores que os da fase dinâmica (propagação de ondas) pode ser considerada com efeitos comparáveis ao de uma pressurização estática.

R Razão de Carregamento - Specific Charge : Quantidade de explosivo necessário para o desmonte de um metro cúbico de rocha. Relaxação - Relaxation : Propriedade que os materiais evidenciam quando a deformação produzida pela aplicação súbita de um tensão fixa aumenta assintoticamente com o tempo. Reciprocamente, as tensões produzidas quando o material é subitamente deformado, relaxam-se assintoticamente.




81

Reologia - Rheology : Ramo da Ciência que estuda o comportamento da matéria sob a influência de cargas exteriores e de forças de massa, interessando-se essencialmente pelos mecanismos de deformação e de ruptura, incluindo sua dependência do tempo. Resistência à Compressão Simples - Uniaxial Compressive Strength : Valor máximo de tensão de compressão que determinado volume padronizado de um corpo suporta, num ensaio de compressão não confinado. Nas rochas, a resistência a compressão simples ou uniaxial não coincide com a tensão de ruptura à compressão, sendo numericamente superior a esta. Enquanto a primeira é um parâmetro que só depende da natureza da rocha, a segunda é dependente do conjunto de rocha mais sistema de carga. Resistência à Tração - Tensile Strenght : Valor máximo de tensão de tração que determinado volume padronizado de um corpo suporta, num ensaio de tração não confinada. Nas rochas a resistência à tração não coincide com a tensão de ruptura à tração, sendo numericamente superior a esta. Ressonância - Resonance : A freqüência de ressonância de uma estrutura é valor máximo da sua freqüência de vibração, que se obtém depois de submetê-la a uma força oscilatória com amplitude fixa e freqüência variável. A largura da curva de ressonância é diretamente proporcional às forças dissipativas do material.. Ruptura - Failure : Processos pelo qual um sólido perde a capacidade de transmitir qualquer carga, por se dividir em fragmentos individualizados, através de planos de fratura que resultam da aplicação de estados de tensão exteriores, que vencem a resistência do sólido ao tipo de solicitação em causa. Rugosidade - Roughness : Irregularidade milimétrica da superfície exterior de um corpo. Quando dois sólidos estão em contato, o coeficiente de atrito desenvolvido é essencialmente dependente da rugosidade das duas superfícies em causa (assim como da natureza dos materiais), demonstrando a experiência que ele não depende da grandeza das áreas em contato, nem da força atuante normalmente às superfícies.

S Sobre-Fragmentação – Over Break : Fenômeno de ruptura excessiva de um maciço rochoso, provocado pelo excesso de carga explosiva utilizada para o seu desmonte, ou devido a fraquezas localizadas do maciço. Sub-Fragmentação - Under Break : Fenômeno de ruptura incompleta de um maciço rochoso, em virtude de se ter utilizado uma carga explosiva inferior à considerada apropriada para realizar o seu desmonte normal.




82

Suporte - Support : Conjunto de elementos resistentes que se empregam para controlar a deformabilidade e contrariar os fenômenos de ruptura localizada em coberturas subterrâneas. Quanto ao tempo de utilização os suportes podem ser provisórios ou definitivos; quanto à constituição podem ser contínuos ou descontínuos, e quanto à deformabilidade podem ser compressíveis ou praticamente inderfomáveis.

T Tensão - Stress : Força dividida pela unidade da área sobre a qual atua, considerada no interior de um corpo. É sempre expressa em unidade de pressão. Tensão Residual - Residual Stress : Grandeza da diferença entre os valores das tensões reinantes “in situ” num ponto no interior de um maciço rochoso e os valores calculados em função apenas do peso próprio dos terrenos sobrejacentes. Tal diferença atribui-se ao passado geológico do maciço, sendo também conhecida (impropriamente) por tensão interna. Tensão Virgem - Virgin Stress : Estado de tensão reinante num ponto não perturbado do interior de um maciço rochoso, sendo causado pela ação do peso dos terrenos sobrejacentes, e que se adicionam eventualmente ações tectônicas. Também chamada tensão natural, ou tensão geoestática, ou ainda tensão litostática, dependendo dos autores. Tensômetro - Stress Meter : Designação geral que se diz respeito a todos os aparelhos destinados à medição (laboratorial ou “in situ”) dos estados de tensão, a partir das suas componentes principais.

V Velocidade de Propagação da Onda - Wave Propagation Velocity : Espaço percorrido em cada unidade de tempo pela frente de uma onda, ou por qualquer ponto de amplitude fixa fazendo parte do seu perfil.

Vpr sólido > Vpr Líquido > Vpr Gasoso. Usualmente medida em : m/s Velocidade de Vibração da Partícula - Particle Vibration Velocity : Variação com o tempo, dos sucessivos deslocamentos que sofre um ponto de um corpo percorrido por um movimento vibratório. Usualmente medida em : mm/s ou pol./s Vibração - Vibration : Oscilação de um corpo, representada pelo deslocamento, periódico ou não, de suas posições de repouso, durante curtos intervalos de tempo.




83

Viscoelasticidade - Visco-Elasticity : Propriedade que apresentam certos materiais de se deformarem com uma velocidade proporcional à grandeza da tensão aplicada, deformação essa que só se anula ao fim de um tempo teoricamente infinito.

Z

Zona de Acomodação - Loosening Zone : Volume de rocha, geralmente fraturada, que se encontra na vizinhança imediata dos abobados das escavações subterrâneas, ficando envolvida pelo arco de pressão (ver Arqueamento). Geralmente, compete aos elementos de suporte evitar as quedas de blocos da zona de acomodação, por efeito do estado de compressão que reina nessa zona. Zona Clástica - Clastic Zone : Região que envolve diretamente uma escavação subterrânea, sendo constituída por rocha fraturada.

CURSO DE DESMONTE DE ROCHAS POR EXPLOSIVOS -FORMAÇÃO DE BLASTER Instrutor: Marcelo Lopes Mendes...

Documents

Transcript of CURSO DE DESMONTE DE ROCHAS POR EXPLOSIVOS -FORMAÇÃO DE BLASTER Instrutor: Marcelo Lopes Mendes...