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AVALIAÇÃO DOS EFEITOS DE ALGUMAS CARGAS NÃO-COAXIAIS PARA DESMONTE ESCULTURAL

Preparado por:

Jacopo Seccatore, <[email protected]>

20/outubro/2015

Este relatório resume os resultados apresentados de forma completa no 11th FRAGBLAST - International Symposium of Rock Fragmentation by Blasting em Sidney (Australia), de 24 a 26 de Agosto 2015. Para citar os dados contidos neste relatório usar a referência dos anais do congresso: Seccatore J., Golin F., Cardu M., Munaretti E., Bettencourt J., Koppe J. (2015). Evaluating the

Effects of Non-coaxial Charges for Contour Blasting. 11th FRAGBLAST - International

Symposium of Rock Fragmentation by Blasting. The Australasian Institute of Mining and

Metallurgy (AUSIMM). Sidney. pp. 267-278. ISBN: 9781925100327

RESUMO Este documento resume as atividades experimentais realizadas na Mina Experimental do NAP Mineração entre 2014 e 2015 para avaliar o comportamento de algumas cargas desacopladas não-coaxiais na perfilagem de paredes em rocha (desmonte escultural). Foram comparadas cargas com carateristicas drasticamente diferentes, e em diferentes condições do maciço rochoso. Os resultados permitem discutir os critérios que fundamentam algumas das mais comuns formulações de calculo para cargas desacopladas.

INTRODUÇÂO

O desmonte escultural é comumente realizado empregando cargas lineares desacopladas das paredes dos furos. Para alcançar os melhores resultados em termos de quebra das pontes de rocha entre os furos e respeito do perfil de escavação, a teoria de engenharia das detonações sugere que as cargas sejam inseridas coaxialmente aos furos para fornecer uma distribuição uniforme da energia explosiva e, portanto, a obtenção de um raio uniforme de dano. No entanto, devido à praticidade operacional ou falta de disponibilidade de produtos específicos no mercado, cargas não coaxiais são frequentemente utilizadas na prática de desmonte, especialmente no Brasil. Métodos de carregamento não coaxiais incluem o emprego de cordel detonante de alta gramatura (40 a 100 g / m), ou cordel detonante de baixa gramatura com cartuchos de pequeno diâmetro amarrados nele de forma alternada

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(normalmente cordel de 10 g / m com cartuchos de 1" de diametro, deixando entre um cartucho e o outro um espaço igual ou superior ao comprimento do cartucho mesmo, carregamento esse conhecido em gergão de obra como "churrasquinho"). Esta pesquisa visa investigar o comportamento destes ultimos sistemas de carregamento na qualidade final das paredes de rocha.

PARÂMETROS DE MEDIÇÃO E CONTROLE Ao longo desta pesquisa foram utilizados para medição e controle os parâmetros resumidos na Tabela 1.

Tabela 1 - Parâmetros de medição e controle

Parâmetro Simbolo O que é medido Significado

Half-Cast Factor (Fator de meia cana)

HCF Meias canas visiveis na parede

Representa a proporção (em percentagem) entre o comprimento total de meias canas observáveis na parede, após a detonação e o comprimento total furado dos furos do contorno

Rock Quality Designation (Descrição de qualidade da rocha)

RQD Fraturamento do maciço rochoso

È definido como '' a proporção (em percentagem) de fragmentos de testemunho de sondagem intactos mais longos do que 10 cm sobre o comprimento total do testemunho". Pode ser estimado por métodos visuais indiretos

1. Tais métodos

visuais foram aplicados nesta pesquisa

Under-break UB Desvio do perfil de escavação obtido Vs. desejado

Rocha que permanece intacta dentro da linha de perfil teórico

Over-break OB Desvio do perfil de escavação obtido Vs. desejado

Rocha escavada além da linha de perfil teórico

1 Palmstrom A., 1995. RMi – a rock mass characterization system for rock engineering

purposes. PhD thesis, University of Oslo, Department of Geology, 400 pp. Palmstrom A., 2005. Measurements of and correlations between block size and rock quality designation (RQD).Tunnelling and Underground Space Technology 20 (2005) 362–377.



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DESMONTES EXPERIMENTAIS

Foram realizados desmontes experimentais com o objectivo de avaliar a relação entre espaçamento máximo e carga mínima que garantem um bom controlo das paredes. Foram empregadas técnicas de smooth-blasting adotando diferentes configurações de cargas não-coaxiais com diferentes geometrias de perfuração:

carga linear constante ao longo dos furos e variando o espaçamento entre os furos de contorno;

espaçamento constante entre os furos do contorno e variando a carga linear ao longo dos furos.

Isto foi conseguido adotando diferentes configurações de carregamento:

Carga 1: cordel detonante de baixa gramatura (10 g / m) com cartuchos de pequeno diâmetro (1 "x 12") de emulsão amarrados com fita adesiva a uma distância igual ao comprimento do cartucho (12 ");

Carga 2: dois trechos de cordel detonante de baixa gramatura (40 g / m) ao longo do furo;

Carga 3: um único trecho de cordel de alta gramatura (40 g / m) ao longo do furo

Na Figura 1 são visualizadas em forma esquematica as três configurações de carga.

CARGA 1 CARGA 2 CARGA 3

Figura 1 - Detalhes de carregamento das Carga 1, Carga 2 e Carga 3.

Para avaliar o comportamento das três configurações de carga foram realizados três desmontes experimentais:

1. Desmonte 1: metade do perímetro da parede final foi carregado com a Carga 1; a outra metade com a Carga 2. O espaçamento foi mantido constante;

2. Desmonte 2: para cada dois furos adjacentes, um deles foi carregado com Carga 1; o outro furo com Carga 3. Espaçamento mantido constante;

3. Desmonte 3: todos os furos foram carregados com Carga 3. O espaçamento entre os furos foi aumentado regularmente de 10 em 10 cm, mantendo grupos funcionais de 4 furos com espaçamento constante.



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Todos os furos foram perfurados com um diâmetro de 56,4 mm (2,5 "). Em cada teste os furos foram enchidos com água antes da detonação, para actuar como um meio de acoplamento. Em alguns casos, quando a rocha era naturalmente fracturada, a água não foi retida e alguns furos foram detonados apenas parcialmente cheio de água. A iniciação foi simultânea para todos os furos em cada detonação, usando uma linha principal de cordel detonante de 10 g / m. A Tabela 2 resume os detalhes técnicos dos três desmontes, e as observações sobre os resultados. As paredes finais dos três desmontes são visualizadas nas Figura 2, Figura 3 e Figura 4.

Tabela 2 - Detalhes técnicos dos desmontes realizados

CARATERISTICAS DESMONTE 1 DESMONTE 2 DESMONTE 3

Altura da bancada [m] 6.5 6.5 6.0

Comprimento dos furos [m] 7.0 7.0 6.5

Diametro dos furos [mm]/ [inch] 63.5 / 2.5 63.5 / 2.5 63.5 / 2.5

E Espaçamento [m] 0.75 0.75 0.8; 1.0; 1.1; 1.2; 1.3;

1.4

Afastamento [m] 1 1 1

Cordel detonante [g/m] 10 40 40

Ø diametro Carga [mm] / [inch] 25.4 / 1 / /

Comprimento carga [mm] / [inch] 304 / 12 / /

Espaçamento entre cargas [mm] /

[inch]

304 / 12 / /

Trechos de cordel por furo 1 2 1

Cartuchos por furo [n] 11 / /

Furos por desmonte[-] 13 12 24 (4 por cada

esquema)

Carga + cordel por furo [kg] 1.95 + 0.07= 2.02 0.56 0.26

Carga por desmonte [kg] 26.26 6.72 6.24

Carga linear [kg/m] 0.29 0.08 0.04

Retardos [n] none none none

Resultados Parede lisa

HCF = 100%

Nenhuma

diferência

visivel entre os

sistemas de

carregamento

Parede lisa

HCF = 100%

Nenhuma

diferência

visivel entre os

sistemas de

carregamento

HCF 100%

com RQD 100%

HCF = 0 com

RQD < 40%

Paredes lisas

up to S = 130 cm

UB

significativo com E =

140 cm



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Figura 2 - Resultados do Desmonte 1. Pode ser observada a qualidade da parede final, com HCF

aproximando-se ao 100%. Não é visível diferência entre os resultados das configurações CARGA 1 e CARGA 2



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Figura 3 - Resultados do Desmonte 2. Pode ser observada a presença de meias-canas com HCF =

100%. Os furos carregados com cordel de alta gramatura são reconhecidos pela marca preta deixada pela queima do revestimento plastico do cordel.



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Figura 4 - Resultados do Desmonte 3, realizado aumentado progressivamente o espaçamento

entre os furos. Superior: visão frontal da parede final. Inferior: visão lateral do desmonte ao longo la linha de contorno (esquerda) e parede final (direita)



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DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultados dos Desmonte 1 e Desmonte 2 mostram que foram obtidas paredes lisas e HCF uniforme aplicando lado a lado as Carga 1 e Carga 2, possuindo características drasticamente diferentes (comparável aos últimos dois casos considerados na Tabela 3). Aparentemente, não existe uma correlação direta entre a carga empregada e a ocorrência de danos na parede final nessas configurações: diferentes valores de carga linear e forma geométrica diferente das cargas produzem resultados idênticos. Isto pode ser devido ao fato de que a ordem de grandeza das tensões produzidas por estas cargas é muito superior à ordem de grandeza da tensão de ruptura da rocha: neste caso, qualquer carga produz o resultado de ruptura. Para o Desmonte 3, realizado aumentando progressivamente o espaçamento entre os furos e mantendo constante a carga linear, os resultados mostram que HCF = 100% é obtido para cada espaçamento (a partir de 0,8 m a 1,40 m) em RQD = 100%, e HCF

~0 em RQD <40% (ver Figura 4). Duas razões principais podem ser atribuídos a este

resultado: 1) A má qualidade da rocha com baixo RQD; 2) A ausência do meio de acoplamento (água) em baixo RQD para transferir

eficazmente a onda de detonação para o furo da parede: como mencionado em porções fracturadas da massa de água não pode ser retida no furo e filtrou-se para longe.

Under-break (UB) foi observado em um espaçamento de 1,4 m. Parece que, nas condições especificas do teste, um espaçamento S = 1,4 m (S = 22Øf) é o limite superior da eficácia de um desmonte escultural adequado. De qualquer forma, o "consumo específico minimo", ou seja aquele que não é mais capaz de permitir a ruptura ao longo da linha entre eixos de furos adjacentes, não foi ainda alcançado.

RESULTADOS OBTIDOS E FORMULAÇÕES TEORICAS Uma das mais comuns relações utilizadas para o dimensionamento de desmontes esculturais é a formulação de Hustrulid (1999)2. Nesta formulação assume-se que o raio de dano Rd é igual ao raio de influência. Com base nisso, é construida uma expressão para Rd que pode ser aplicada a diferentes combinações de densidade explosivo - rocha. A forma mais comum da expressão de Hustrulid é:

Rd

rh= 25

Pe Exp

Pe ANFO

2.65

ρrock

2 Hustrulid W.A., 1999. Blasting Principles for Open Pit Mining. (A.A. Balkema: Rotterdam)



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Onde rh = raio do furo; PeExp = pressão de explosão do explosivo; PeANFO = pressão de explosão do ANFO (1550 MPa), ρe= densidade da rocha (kg/m3). Considera-se a pressão de explosão como metade da pressão de detonação:

Pe = 0,5 Pd Para o calculo da pressão de detonação é comunemente usada a relação calculada com referência à evolução do frente de detonação dentro da coluna explosiva3:

Pd =ρe VOD2

4

Onde: Pd= pressão de detonação (MPa); ρe= densidade do explosivo (kg/m3); VOD = velocidade de detonação (km/s). A Tabela 3 contém os resultados teóricos de cálculo do Raio de danos obtido aplicando esta equações para diferentes configurações de carga. Razão de acoplamento = 1.25 considera um furo de 2,5 " carregado com um cartucho de emulsão de 2" (típico de desmonte de produção); razão de acoplamento = 7,5 considera um furo de 2,5" carregado com a Carga 2 (o diâmetro do explosivo considera um diâmetro equivalente igual à soma dos dois núcleos de PETN dos dois trechos de cordel detonante); razão de acoplamento = 2,5 considera um furo de 2,5" carregado com a Carga 1, considerando o diâmetro de um cartucho de emulsão de 1 " e ignorando o cordel de 10 g/m. Tabela 3 - Resultados da formula de Hustrulid simulando um classico desmonte de produção e as

configurações da Carga 1 e Carga 2

Desacoplamento Ø Øexp VOD e r PeExp Rd/rh Rd

" mm mm km/s kg/dm3 kg/dm

3 MPa - mm

ø𝐻𝑜𝑙𝑒 ø𝐸𝑥𝑝 = 1,25

(Classico desmonte

de produção) 2,5 63,5 57,15 4,5 1,15 2,6 2213 32 1915

ø𝐻𝑜𝑙𝑒 ø𝐸𝑥𝑝 = 7.5

(CARGA 2) 2,5 63,5 8,5 6,8 0,9 2,6 28 0 215

ø𝐻𝑜𝑙𝑒 ø𝐸𝑥𝑝 = 2.5

(CARGA 1) 2,5 63,5 25,4 4,5 1,15 2,6 269 32 667

Estes valores teoricos contrastam com os resultados obtidos experimentalmente (Tabela 2 e Figura 2, Figura 3, Figura 4). De acordo com as equações de Hustrulid, os resultados obtidos no campo não deveriam ter sido alcançados. As formulações disponíveis hoje em dia para avaliar o raio de dano apresentam questões ambíguas:

1) As características do maciço rochoso não são tomadas em conta (somente a densidade da rocha intacta é considerada);

3 Lopez Jimeno, E., Lopez Jimeno, C., Ayala Carcedo, F.J., 1995. Drilling and Blasting of Rocks. CRC

Press, London. 400 pp. ISBN: 9789054101994



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2) Baseiam-se numa visualização ideal 2-D, considerando uma secção transversal do furo, onde uma pressão é aplicada radialmente a partir do centro do furo para o exterior: os parâmetros que caracterizam o explosivo são somente o seu diâmetro transversal na seção e a sua densidade

É evidente que as características do maciço rochoso devem serem tomadas em devida consideração. Os resultados experimentais mostram isso claramente. Além disso, o conceito de visualização 2-D na secção transversal não permite incluir a distribuição da carga ao longo do furo na terceira dimensão.

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