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Plano de fogo a céu aberto e desmontes esculturais com José Lúcio Pinheiro Geraldi

Desmonte de rocha a céu aberto


Desmonte de rocha em bancadas

• Para o bom andamento de um serviço de escavação de rocha, é necessário projetar e preparar no campo as denominadas frentes livres de escavação

– Bem projetadas e implantadas logo ao início dos serviços, para obter os

melhores resultados nas operações de perfuração, detonação, carga e

transporte da rocha detonada

• A melhor solução é subdividir o perfil topográfico do maciço a escavar em níveis ou praças de serviço

– O primeiro nível deve estar próximo da cota mais alta do projeto de escavação ou plano de lavra

– Os níveis seguintes serão implantados de forma descendente, mantendo-

se a mesma altura (desnível) entre as praças


• A altura entre os bancos - - é estabelecida conforme as condições geológicas – geomecânicas do maciço e os volumes a desmontar



• Uma bancada é definida por três planos de corte

dois horizontais e um vertical ou subvertical:

– Plano horizontal superior - topo da bancada

– Plano inferior - pé da bancada

– Plano vertical - face da bancada, ou frente livre de detonação

Este planejamento para as escavações de rocha a céu aberto é denominado desmonte em bancadas. É muito utilizado em obras de grande vulto e principalmente nas minerações, onde grandes

volumes de rocha são escavados diariamente




• Altura das bancadas - até 20 m – Normalmente entre 8 m e 15 m, por questões de

segurança e facilidade de adaptação a diversos tipos de perfuratrizes e equipamentos de carga

• A altura das bancadas - desnível entre as praças de trabalho - determina a profundidade dos furos para as escavações de rocha com explosivos

• Os taludes resultantes - frentes livres - não devem ser muito altos, para evitar problemas de natureza geotécnica – principalmente para as operações de carga e transporte

realizadas na praça ou nível inferior


Desmonte de rocha em bancadas • A largura de uma praça em um desmonte de

bancadas deve obedecer à seguinte relação:

• O perfil das bancadas deve ser mantido durante todo o período de escavações – Atenção aos problemas de estabilidade das frentes

durante e após os serviços

– Projetar corretamente: • taludes finais e sua inclinação

• largura das bermas residuais - antigas praças

• desmonte escultural na linha final de corte (off set) dos taludes


Exploração de pedreiras


Plano de fogo - Definição

• Projeto executivo para o desmonte de rocha

com uso sistemático de explosivos, onde são

definidos e apresentados preliminarmente:

– o plano de perfuração

– a qualificação e quantificação dos explosivos

– os esquemas de ligação e iniciação entre os furos que serão detonados

Como todo projeto executivo, o plano de fogo pode (e deve) sofrer ajustes, adaptações

e correções, conforme as observações de campo nas primeiras detonações


Plano de fogo - Parâmetros

• Profundidade do furo –

• Inclinação do furo –

• Diâmetro de perfuração –

• Afastamento -

• Espaçamento –



• Malha de perfuração –

• Área resultante do produto AFASTAMENTO X

ESPAÇAMENTO entre furos de uma detonação

• Para maior fragmentação da rocha, deve-se diminuir

, mantendo a área da malha

• Quanto maior a área da malha, menor o número de

furos a executar - e menor o custo de perfuração


Plano de fogo – Fragmentação da rocha


Plano de fogo - Parâmetros Exemplo prático:

Para perfurar e desmontar uma rocha utilizando um diâmetro de

3“, a malha máxima (S) para a locação dos furos na bancada

seria de 11,70 m², sendo:

= Afastamento = 3 m

= Espaçamento = 3,90 m

• Na prática, esta relação sofrerá ajustes e reduções para se adaptar às condições

locais do maciço e atender às expectativas quanto ao maior ou menor grau de

fragmentação da rocha

• Os maciços com planos de fraturas ou de xistosidade bem definidos

(descontinuidades atuantes) exigem malhas de perfuração mais reduzidas, para

uma fragmentação mais homogênea



• Sub-furação – – repés

• Volumes de escavação –

– Volume por furo / volume total

• Razão linear de perfuração -

• Razão de carregamento – – Quantidade de explosivo por metro cúbico ou tonelada (mineração) de rocha a

desmontar

– De 0,3 a 0,6 kg/m3 – faixa econômica para o desmonte das rochas mais comuns no Brasil, como granitos, basaltos, gnaisses, calcários e arenitos

– Rochas mais densas e resistentes, como as hematitas compactas, também exigem uma elevação da RC, entre 0,60 e 0,80 kg/m³

– Para escavações mais confinadas a RC pode ser dobrada



• Tampão –

Tampão com metragem acima do que determina

esta relação

Tampão com metragem muito inferior

grandes blocos de rocha no topo da bancada, fora da faixa de fragmentação projetada

lançamentos de lascas de rocha pela boca dos furos



• Carga explosiva por fogo –

– Produto entre o volume total de rocha a desmontar em uma detonação e a

razão de carga prevista

C = VT X RC

• Carga explosiva por retardo

• Carga máxima por espera -

– Carga explosiva contida no(s) furo(s) a ser detonado(s) no mesmo instante

ou em um intervalo de tempo, propiciado pela utilização de retardos

– Parâmetro importantíssimo em um Plano de Fogo projetado para

desmontes cuidadosos, próximos de edificações, em vista das vibrações

pelo terreno geradas nas detonações



• Ligação (iniciação) dos furos

– Em uma mesma detonação pode-se detonar:

• um furo isolado

• 2 ou 3 furos interligados

• uma linha ou várias linhas de furos

As espoletas elétricas tiveram seu uso praticamente encerrado devido ao perigo de

iniciação espontânea, provocada por correntes de eletricidade estática induzidas no

maciço.

– Estas correntes são geradas por descargas elétricas (raios) e podem atingir

distâncias quilométricas ao longo dos maciços.

Os iniciadores mais utilizados em desmontes de rocha a céu aberto são os cordéis

detonantes e os iniciadores de pressão (NONEL) - materiais e acessórios (retardos)

completamente antiestáticos.


Modelo do plano de

fogo básico


Carregamento e ligações entre furos


Observações importantes

• Rochas mais elásticas ou alteradas exigem tempos maiores de retardos

• Rochas mais duras e tenazes pedem intervalos reduzidos de tempo

• Para melhor fragmentação da rocha, aumentar o número de

retardos por fogo

• Um número menor de retardos provoca um maior lançamento da pilha desmontada

• Diversos esquemas de ligação devem ser testados para se conseguir a melhor relação fragmentação – lançamento


Detonação de bancada - fragmentação


Desmonte secundário - Fogacho

• É uma segunda operação de perfuração/detonação necessária para reduzir grandes blocos de rocha produzidos no desmonte primário em bancadas

• Os blocos grandes – matacões - podem ser provenientes de: – Malhas de perfuração inadequadas

– Tampões com grande profundidade

– Explosivos e razão de carga mal dimensionados

– Geoestrutura do maciço em escavação

– Má distribuição de retardos


Desmonte secundário - Fogacho

• O fogacheamento de blocos onera os custos do desmonte mas é inevitável em alguns casos e deve ser previsto nos orçamentos, principalmente quando a rocha escavada se destina a britagem.

• Principalmente em zonas urbanas ou proximidades, os desmontes secundários são executados mecanicamente, com rompedores hidráulicos pesados ou com a utilização de argamassas expansivas. – metodologias de maior custo que o fogacheamento com

explosivos


Desmonte secundário

Fragmentação com rompedor hidráulico


Desmonte escultural Escavações a frio


Desmonte escultural - Definição

• Conjunto de técnicas especiais de perfuração e detonação de rocha, utilizadas tanto em escavações a céu aberto como em subterrâneo, com as seguintes finalidades principais:

– Melhor definição dos taludes finais nos desmontes a céu aberto e dos

contornos resultantes de escavações subterrâneas

– Maior estabilidade dos taludes, paredes e contornos finais de cavas e

estruturas subterrâneas

– Evitar ou minimizar a formação de overbreaks em taludes, paredes, abóbadas

e soleiras - principalmente naquelas que serão revestidas com concreto

– Evitar danos - maceração do maciço rochoso remanescente de uma escavação

– Minimizar a necessidade de aplicação de tratamentos posteriores

– Promover os cortes necessários para a produção de blocos de rocha bem

conformados (granitos e mármores para fins ornamentais)



Talude de corte rodoviário escavado com técnica de desmonte escultural



• Existem 4 técnicas principais para o desmonte escultural, utilizadas tanto na construção civil como na mineração:

– Pré-fissuramento – presplitting

– Detonação amortecida – pós-fissuração - cushion blasting

– Fogo cuidadoso - smooth blasting

– Perfuração linear - line drilling.


Pré-fissuramento - Presplitting

• É a mais usual de todas as técnicas de desmonte escultural.

• Compreende a execução de uma linha reta de furos acompanhando o off set do talude, ou da parede rochosa final de um corte

Estes furos devem ser:

– Coplanares

– perfurados com o melhor paralelismo possível

– distribuídos na linha com espaçamentos reduzidos: entre 0,40 m e 0,80 m

• As cargas explosivas também são reduzidas

– distribuídas e espaçadas ao longo do furo

– presas em cordel detonante

– com razão de carga variando entre 0,20 kg e 0,40 kg por metro quadrado de

talude final (área de corte)



• O pré-fissuramento deve ser sempre executado em uma detonação preliminar, isolada das demais

• O espaçamento entre os furos e a razão de carga podem variar sensivelmente, de acordo com o tipo de rocha e suas condições estruturais no local do serviço

• Para atender às exigências de cada projeto quanto à precisão do corte, é fundamental realizar testes iniciais que possibilitem o ajuste destes parâmetros

• A perfuração é feita com marteletes pneumáticos e brocas integrais ou com carretas de perfuração

– os diâmetros de furos não devem ultrapassar 64 mm (2¹/²”)



• Além dos cuidados na marcação

topográfica e na perfuração, são utilizados:

– equipamentos seccionados especiais

para a perfuração: hastes-guia e

coroas retrac

– Gabaritos e equipamentos de

controle de paralelismo e

alinhamento de furos:

Para garantir o alinhamento e o paralelismo dos furos, a melhor opção é a perfuração mais rasa (menos de 10 m). Os furos com profundidades maiores costumam sofrer desvios significativos



• O carregamento é feito com explosivos

encartuchados, de diâmetro bem inferior ao do

furo que permitem:

– Uma melhor distribuição da carga no seu interior

– Contato mínimo com as paredes do furo

Atualmente, uma prática comum é a utilização de cordel detonante especial com

uma pequena carga explosiva de fundo, sem a colocação de cargas explosivas espaçadas ao longo dos furos.

Para possibilitar esta prática, os fabricantes fornecem o cordel NP-40 e o cordel NP-60, com 40 g/m e 60 g/m de nitropenta, respectivamente


Pré-fissuramento - Presplitting • Para a detonação do pré-fissuramento:

– todos os furos são ligados a uma linha-tronco de cordel detonante (ou nonel

instantâneo), preferencialmente sem retardos;

– A detonação instantânea e muito veloz de furos muito próximos gera uma

grande tensão - esforço cisalhante que atua na direção da linha de furos.

• Em alguns casos, para orientar melhor este esforço cisalhante, o

pré- fissuramento pode ser realizado com a alternância de furos

carregados e vazios.

• A detonação do pré-fissuramento cria um plano de corte isolando a

porção de rocha a ser escavada do restante do maciço,

protegendo-o da ação das futuras cargas explosivas.


Pré-fissuramento - Presplitting • Para executar as detonações posteriores do desmonte, a distância entre a

linha já pré-fissurada e a última linha de furos do desmonte deve ser

ajustada no campo

– Em princípio, deve ser igual ou maior que o afastamento utilizado no plano de fogo previsto para o desmonte

A melhor definição das linhas de corte aliada à possibilidade de preservação dos taludes

e do maciço remanescente, justifica a aplicação quase que obrigatória desta técnica nas

escavações mais confinadas, como canais, fundações, estruturas de casas de força e

vertedouros - que serão revestidos posteriormente com concreto.

A não utilização do pré-fissuramento na escavação destas estruturas terá como

conseqüência direta o surgimento de overbreaks, aumentando o consumo de concreto e

produzindo situações de instabilidade nos cortes de rocha, que em muitos casos

necessitarão da aplicação de tratamentos diversos e até mesmo de reforços nas estruturas de concreto.


Detonação amortecida / Pós-fissuração

Cushion Blasting

• Semelhante ao pré-fissuramento

– envolve os mesmos cuidados e procedimentos quanto à perfuração e ao carregamento dos furos com cargas espaçadas

• A diferença é que:

– a detonação dos furos da linha de offset do corte será realizada ao final, em conjunto com a última etapa das escavações do núcleo do corte em execução.


Detonação amortecida / Pós-fissuração Cushion Blasting

Talude final de cava (pit) de mina escavado com detonação amortecida (pós-fissuração)



• A detonação amortecida é mais utilizada para cortes de rocha em áreas e seções geométricas de projeto mais amplas

• A primeira etapa atende ao desmonte primário de uma porção central (núcleo), utilizando malhas de perfuração adequadas

– São deixadas bermas laterais nos cortes, normalmente com larguras de 8 a 10m

• A linha de talude final é então perfurada segundo os parâmetros e medidas estabelecidas para a utilização da detonação amortecida ou pós-fissuração

– furos espaçados de 0,80 m a 1,20 m

– O tempo de retardo deve ser de no mínimo 50 m entre os furos do desmonte da

berma e os furos da pós-fissuração



• A linha de detonação amortecida deve estar afastada dos últimos furos do desmonte de bermas, com uma distância equivalente a uma

vez e meia o afastamento que está sendo utilizado neste desmonte.

• Os diâmetros dos furos da linha de pós-fissuração também não devem ser superiores a 2 ½” (64 mm), como no pré-fissuramento.

• As cargas explosivas, com cartuchos de menor diâmetro, também serão espaçadas no interior dos furos e interligadas por cordel detonante (ou nonel instantâneo), como no pré-fissuramento.

Entretanto, a distribuição de carga é superior, variando entre

0,30 kg/m² e 0,50 kg/m² de talude rochoso



• Cordéis detonantes tipo NP-40 e NP-60 também podem ser utilizados, como no pré-fissuramento

• Para taludes finais que não receberão revestimento, a detonação amortecida é mais vantajosa do que o pré-fissuramento – Sua aplicação correta:

• minimiza a formação de overbreaks

• preserva o maciço remanescente

• reduz a necessidade de aplicação de tratamentos posteriores


Fogo cuidadoso – Smooth blasting

• Técnica de desmonte escultural semelhante à detonação amortecida, porém, aplicada em abóbadas de túneis ou contornos de escavações subterrâneas.

• Consiste na execução de furos sub-horizontais ao longo das linhas de contorno, com espaçamentos reduzidos, entre 0,40 m e 0,60 m.

• Devem ser acionados na detonação da frente de escavação (cabeceira), no último tempo da escala de retardos estabelecida no plano de fogo.

• As cargas explosivas também devem ser espaçadas nos furos utilizando o cordel detonante.

– distribuição entre 0,20 kg/m² e 0,50 kg/m²


Fogo cuidadoso – Smooth blasting • “Churrasquinhos”:

– Técnica bastante empregada, em que as cargas explosivas são espaçadas e fixadas em taliscas de madeira ou lascas de bambu, depois colocadas nos furos do smooth blasting.

• Os melhores resultados do fogo cuidadoso são obtidos com espaçamentos ainda mais reduzidos ou até mesmo com a intercalação de

furos vazios.

• É cada vez mais usual o carregamento dos furos somente com cordel detonante tipo NP-40 ou NP-60 e uma pequena carga explosiva no fundo de cada furo.

• O espaçamento entre furos e a distribuição das cargas explosivas devem ser ajustados de acordo com as condições geomecânicas da frente de escavação.


Fogo cuidadoso – Smooth blasting


Escavação de túneis em rocha

Aplicação correta do smooth blasting


Escavação de túneis em rocha

Overbreaks gerados pela

não utilização do smooth

blasting, interferindo na conformação da seção

de projeto.


Perfuração linear – Line drilling

• Técnica de desmonte escultural desenvolvida para obter as melhores definições dos planos de corte de taludes finais e paredes nas escavações de:

– áreas confinadas - poços e cavas de fundação

– lavra de granitos e mármores com fins ornamentais

• A metodologia consiste na perfuração preliminar de linhas de furos com espaçamentos reduzidos (entre 0,10 e 0,20 m) e absoluto controle do seu paralelismo, acompanhando a linha final de corte.



• Os furos do line drilling não recebem cargas explosivas

– A grande proximidade entre esses furos faz com que os esforços de cisalhamento, gerados pelas detonações próximas, provoquem o surgimento de microfissuras orientadas furo a furo, resultando em cortes ainda mais precisos.

• Devido à alta razão linear de perfuração (RP), que em lavra de granitos pode chegar a 40 m/m³ de rocha, a perfuração linear é extremamente onerosa e sua aplicação só se justifica em cortes muito especiais.

• Uma linha de line drilling pode impedir o avanço das escavações além do limite do corte.

– Desmontes próximos a estruturas (blocos de fundações) que devem ser preservadas.

• A perfuração linear pode também reduzir substancialmente os níveis de

vibração produzidos pelas detonações.



Perfuração linear (line drilling) aplicada na mineração ornamental de blocos de granito


Pré-cortes com fio diamantado


Obrigado!

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