fragmentação de rocha de kuz-ram

8/18/2019 Fragmentação de Rocha de Kuz-ram

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

APLICAÇÃO DO MODELO DE FRAGMENTAÇÃO DE ROCHA DE KUZ-RAM

EM LAVRA DE PEDREIRA NA PRODUÇÃO DE AGREGADOS PARA A

CONSTRUÇÃO CIVIL

MARCOS VINÍCIUS FERNANDES SANDIN

JUIZ DE FORA2015


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CONSTRUÇÃO CIVIL

Trabalho Final de Curso apresentado ao

Colegiado do Curso de Engenharia Civil

da Universidade Federal de Juiz de Fora,

como requisito parcial à obtenção do título

de Engenheiro Civil.

Área de Conhecimento: Desmonte de

rocha

Orientador: Guilherme Soldati Ferreira

Juiz de Fora

Faculdade de Engenharia da UFJF2015


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CONSTRUÇÃO CIVIL


Trabalho Final de Curso submetido à banca examinadora constituída de acordo com o

Artigo 9o do Capítulo IV das Normas de Trabalho Final de Curso estabelecidas pelo

Colegiado do Curso de Engenharia Civil, como parte dos requisitos necessários para a

obtenção do grau de Engenheiro Civil.

Aprovado em: ____/________/_____

Por:

_____________________________________

Prof. Guilherme Soldati Ferreira, M.Sc. (orientador)

_____________________________________

Prof.ª Ana Maria Stephan, D.Sc.

______________________________

Prof. Antônio de Pádua Gouvêa Pascini, D.Sc.


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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço Deus, que sempre esteve ao meu lado ao longo desta jornada

em todos os momentos.

Agradeço aos meus pais, Maricélio Martins Sandin e Ana Lúcia Fernandes Sandin, que

me ensinaram que a fé no Senhor é maior que tudo, a sempre trabalhar com seriedade e

honestidade, não me deixaram desistir nos piores momentos da vida, e por todo amor.

Obrigado ao meu Irmão Gilberto, por ser um grande amigo e ser motivo de orgulho para

mim.

Um muito obrigado a minha namorada Simone, que tornou a minha faculdade mais

alegre, sempre me apoiando nos estudos, por entender minhas ausências, e por além de

tudo ser uma grande amiga.

Agradeço ao professor Soldati, por ter me orientado com tanta paciência, incentivo, e

por ter sido tão importante na conclusão deste trabalho.

Agradeço a Pedra Sul Mineração Ltda., pela parceria no trabalho e confiança.

Finalmente, agradeço a todos os professores da Faculdade de Engenharia por ajudarem

o meu sonho se tornar real.


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RESUMO

O presente trabalho, intitulado Aplicação do Modelo de Fragmentação de Rocha

de Kuz-Ham em Lavra de Pedreira na Produção de Agregados para a Construção Civil,

trata-se de um estudo que tem como intuito prever a curva granulométrica final de

material proveniente do desmonte de rocha, baseado em dados do maciço, da bancada e

do plano de fogo. Com o fornecimento de dados disponibilizados pela Pedreira Pedra

Sul Mineração Ltda., localizada na cidade de Matias Barbosa, MG, realizou-se a

aplicação do modelo, e como resultado de cálculo obteve-se uma curva granulométrica

que corresponde teoricamente à pilha desmontada. Paralelamente, com aplicação de um

método de amostragem por imagens, explicitado na seção de resultados de campo,

estimou-se a curva granulométrica da pilha desmontada após detonação da bancada

estudada. Dessa forma, fazendo-se a comparação de ambos resultados (modelo

matemático x medida de campo), pôde-se verificar o grau de eficiência dos métodos,

obtendo-se, com isso, um maior entendimento e controle dos mecanismos de desmonte

a fogo em um maciço de rocha.


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Transporte de uma estátua (UNIVERSO RACIONALISTA, 2014). ............... 1Figura 2: Versão de laboratório (IOP, 2014). ................................................................... 2

Figura 3: Demanda mundial de brita e cascalho para construção civil, (DNPM, 2014) .. 6Figura 4: Imagem de diorito e basalto. (WIKIPEDIA, 2015) .......................................... 8Figura 5: Rocha Sedimentares (CIENTIC, 2015). ........................................................... 9Figura 6: Rochas Metamórficas (CIENTIC, 2015). ....................................................... 10Figura 7: Agregados (SOTREQ, 2015). ......................................................................... 11Figura 8: Jazida Quartzito Azul Macaúbas, BA, Brasil (PANORAMIO, 2015). ........... 12Figura 9: Gabião (PINIWEB, 2015). .............................................................................. 12Figura 10: Exemplo de perfuratriz manual (FERREIRA, 2014). ................................... 14Figura 11: Perfuratriz Rotativa FD128. (FUDAO MACHINERY, 2015). .................... 15 Figura 12: Perfuratriz Roto-percussiva. (FERREIRA, 2014)......................................... 16Figura 13: FlexiROC D50 (ATLASCOPCO, 2015). ..................................................... 17

Figura 14: Pólvora negra. (WIKIPEDIA, 2015)............................................................. 22Figura 15: Explosivo gelatinoso (BRITANITE, 2015). ................................................. 22Figura 16: ANFOS (MAXAM, 2015). ........................................................................... 23Figura 17: Explosivo do tipo nitrocarbonitrato (BRITANITE, 2015). .......................... 23Figura 18: Anfomax (BRITANITE, 2015) ..................................................................... 23Figura 19: Lama explosiva (BRITANITE, 2015) .......................................................... 24Figura 20: Emulsões Explosivas encartuchadas. (NITROSUL, 2015) .......................... 25Figura 21: Preenchimento do furo com explosivo bombeável (BRITANITE, 2015) ....25Figura 22: Conjunto Espoleta/Estopim (BRITANITE, 2015)........................................26Figura 23: Espoleta elétrica (BRITANITE, 2015). ........................................................ 27Figura 24: Cordel detonante (BRITANITE, 2015) ........................................................ 27Figura 25: Retardores de cordel (BRITANITE, 2015). .................................................. 28Figura 26: Boosters (BRITANITE, 2015).......................................................................28Figura 27: Brinel. (BRITANITE, 2015) ......................................................................... 29Figura 28: Detonador eletrônico (BRITANITE, 2015) ................................................. 29Figura 29: Paiol de explosivos (WIZONE, 2015). ......................................................... 30Figura 30: Tatuzão da Linha 4 do Rio de janeiro (METRÔ LINHA 4, 2012). .............. 31Figura 31: Detonação (PEDREIRA TREVO, 2015) ...................................................... 32Figura 32: Túnel de via da Estação Jardim Oceânico (METRÔ LINHA 4, 2013) ........ 32Figura 33: Processo de derrocagem na Pedra de Teffé no porto de Santos (NOVOMILENIO, 2015).............................................................................................................34

Figura 34: Esquema de Bancada e Praça. (Escavação em Rochas UFMG, 2012).......... 34Figura 35: Bancada para desmonte de rocha com os parâmetros do plano de fogo(MANUAL BRITANITE, 2012). ................................................................................... 35Figura 36: Sistema e procedimento típico para a perfuração linear (Escavação emRochas, 2015)..................................................................................................................42Figura 37: Método da detonação amortecida (Escavação em Rochas, 2015) ................ 42Figura 38: Método do pré-seccionamento (Escavação em Rochas, 2015). .................... 43Figura 39: Ciclo de lavra e beneficiamento do mineral (USP, 2015)............................. 47Figura 40: Corte de um britador de mandíbulas (GOOGLE, 2015). .............................. 48Figura 41: Tipos de ondas sísmicas. (LOURO, 2009) ................................................... 52Figura 42: Sequência de eventos gerados por detonação em rocha situada na vizinhança

de uma superfície livre. (Hartman, 1992 apud LOURO, 2009) .................................... 54

http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/http://www.britanite/


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Figura 43: As duas componentes de fragmentação do maciço rochoso. (MORAIS, 2004)........................................................................................................................................ 57Figura 44: Curva granulométrica – situação de cálculo. (Fonte: Autor) ........................ 70Figura 45: Parâmetros do plano de fogo – situação de cálculo. (Fonte: Autor) ............. 70Figura 46: Vista lateral da pilha desmontada na Pedreira Pedra Sul Mineração Ltda.

(Fonte: Autor) ................................................................................................................. 71Figura 47: Amostragem. (Fonte: Autor) ......................................................................... 72Figura 48: Malha quadriculada para amostragem. (Fonte: Autor) ................................. 72Figura 49: Medições dos limites de contorno para cada bloco - sem escala. (Fonte:Autor) ............................................................................................................................. 72Figura 50: Ponto de Amostragem 1 - sem escala. (Fonte: Autor) .................................. 73Figura 51: Ponto de Amostragem 2 - sem escala. (Fonte: Autor) .................................. 74Figura 52: Ponto de Amostragem 3 - sem escala. (Fonte: Autor) .................................. 74Figura 53: Curva granulométrica – resultado de campo. (Fonte: Autor) ....................... 76Figura 54: Análise dos resultados. (Fonte: Autor) ......................................................... 77


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Reserva e produção mundial de brita e cascalho para construção civil............ 6 Tabela 2: Diâmetro de perfuração dos equipamentos .................................................... 36

Tabela 3: de perfuração e carregamento recomendado para detonação amortecida ...... 43 Tabela 4: Carga e espaçamentos para pré-seccionamento .............................................. 44 Tabela 5: Classificação do fator rocha. .......................................................................... 60 Tabela 6: Dados entrada do plano de fogo ..................................................................... 61 Tabela 7: Parâmetros do plano de fogo. ......................................................................... 62 Tabela 8: Dados de entrada da fragmentação da rocha .................................................. 63 Tabela 9: Resultados da fragmentação da rocha ............................................................ 64Figura 10: RIOFLEX MX 5000 ..................................................................................... 65Figura 11: VALEX Emulsão Encartuchada ................................................................... 65Tabela 12: Dados de entrada do plano de fogo – situação de cálculo ........................... 67 Tabela 13: Parâmetros do plano de fogo – situação de cálculo. ..................................... 67

Tabela 14: Dados de entrada da fragmentação da rocha – situação de cálculo. ............. 68 Tabela 15: Resultados da fragmentação da rocha – situação de cálculo. ....................... 69 Tabela 16: Resultado da análise granulométrica do material medido. ........................... 75 Tabela 17: Resultado da análise granulométrica da amostra coletada. .......................... 75 Tabela 18: Resultado da análise granulométrica- resultado de campo. .......................... 76


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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 1

2

OBJETIVOS .......................................................................................................................... 4

3 JUSTIFICATIVA .................................................................................................................. 5

4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................................. 5

4.1 Introdução ........................................................................................................................ 7

4.2 Classificação das Rochas ................................................................................................. 7

4.2.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas ................................................................................. 7

4.2.2 Rochas Sedimentares ............................................................................................... 8

4.2.3 Rochas Metamórficas ............................................................................................. 10

4.3 Rocha como Material de Construção ............................................................................. 10

4.4 Perfuração da Rocha ...................................................................................................... 13

4.4.1 Classificação das Perfuratrizes ............................................................................... 13

4.4.1.1 Perfuratrizes percussivas ................................................................................. 13

4.4.1.2 Perfuratrizes rotativas ...................................................................................... 13

4.4.1.3 Perfuratrizes percussivo-rotativas .................................................................... 15

4.4.1.4 Perfuratrizes de furo-abaixo (DTH) ................................................................. 16

4.4.2 Avanço ................................................................................................................... 17

4.4.2.1 Avanço pneumático ......................................................................................... 17

4.4.2.2 Avanço de corrente .......................................................................................... 18

4.4.2.3 Avanço de parafuso ......................................................................................... 18 4.4.2 Locomoção das Perfuratrizes ................................................................................. 18

4.5 Explosivos e Acessórios de Detonação.......................................................................... 19

4.5.1 Classificação dos Explosivos ................................................................................. 20

4.5.2 Propriedades dos Explosivos ................................................................................. 20

4.5.3 Tipos de Explosivos ............................................................................................... 21

4.5.4 Escolha do Explosivo ............................................................................................. 25


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4.5.5 Acessórios de Detonação ....................................................................................... 26

4.5.6 Armazenamento, Manuseio e Transporte dos Explosivos ..................................... 29

4.6 Escavações de Rocha ..................................................................................................... 30

4.6.1 Escavações a Céu Aberto ....................................................................................... 31

4.6.2 Escavações Subterrâneas ........................................................................................ 32

4.6.3 Escavações Subaquáticas ....................................................................................... 33

4.7 Plano de Fogo ................................................................................................................ 34

4.7.1 Escavações a Céu Aberto ....................................................................................... 35

4.7.2 Afastamento (V ou A) ............................................................................................ 36

4.7.3 Espaçamento (E) .................................................................................................... 37

4.7.4 Inclinação da Face .................................................................................................. 37

4.7.5 Altura da Bancada (H) ........................................................................................... 37

4.7.6 Profundidade da Perfuração (P) ............................................................................. 38

4.7.7 Carga de Fundo (Cf) .............................................................................................. 38

4.7.8 Carga de Coluna (Cc) ............................................................................................. 38

4.7.9 Tampão (TP) .......................................................................................................... 39

4.7.10 Sequência de Fogo ............................................................................................... 39

4.7.11 Volume de Escavação (VF e VT) ......................................................................... 39

4.7.12 Razão Linear de Perfuração (RP) ......................................................................... 40

4.7.13 Razão de Carga (RC) ............................................................................................ 40

4.7.14 Consumo de Explosivos ....................................................................................... 40

4.8 Obtenção de Superfícies Regulares ............................................................................... 41

4.8.1 Método da Perfuração Linear.................................................................................. 41

4.8.2 Método da detonação amortecida ........................................................................... 42

4.8.3 Método do Pré-seccionamento (pré-splitting) ........................................................ 43

4.9 Exploração de Pedreiras ................................................................................................. 44

4.9.1 Seleção de Frentes .................................................................................................. 45


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4.9.2 Desenvolvimento da jazida .................................................................................... 46

4.9.3 Níveis de produção ................................................................................................. 46

4.9.4 Equipamentos e seu Dimensionamento ................................................................. 47

4.9.5 Remoção do Desmonte .......................................................................................... 49

4.10 Ajustes no Plano de Fogo............................................................................................50

5 FRAGMENTAÇÃO DO MACIÇO .................................................................................... 52

5.1 Introdução ...................................................................................................................... 52

5.2 Modelos da Fragmentação das Rochas por Explosivos ................................................. 55

5.3 O Modelo de Fragmentação de Kuz-Ram ..................................................................... 57

6 APLICAÇÃO DO MÉTODO ............................................................................................. 61

6.1 Planilhas Desenvolvidas: situação de cálculo ................................................................ 64

6.1.1 Situação de Cálculo................................................................................................. 66

6.1.2 Resultados de Campo .............................................................................................. 71

6.1.3 Comparação do método de campo com o modelo Kuz-Ram ................................. 77

7 CONSIDERAÇÕES FINAIS .............................................................................................. 79

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 81


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1 INTRODUÇÃO

As rochas constituem, desde os primórdios da humanidade, os elementos em queas obras de engenharia são construídas e os materiais utilizados na sua construção.

Estiveram, e ainda estão presentes nas pirâmides do Egito, construídas há cerca de 4000

anos, e, durante toda a antiguidade, nos edifícios e monumentos (pontes, estradas

aquedutos, palácios, castelo, igrejas, túmulos) europeus, tanto pela sua abundância

como pela resistência e durabilidade. ( ISAIA, 2007)

A construção das pirâmides é um grande exemplo para mundo, mostra que todo

projeto para elaboração desta maravilha da engenharia envolveu uma complexalogística, sendo necessário, mesmo que de maneira inconsciente, o surgimento de uma

divisão do trabalho para que o objetivo fosse cumprido, envolvendo arquitetos,

soldados, artesões e escravos.

Grandes mistérios envolvem esta sociedade egípcia, um dos maiores e mais

significativos que refere-se a questão do transporte dos grandes blocos de rocha.

Estudos demonstram que o peso de tais blocos de pedra variavam entre 1,5 a 80

toneladas, algo surpreendente para uma época de tecnologia tão pouco desenvolvida.

(PÁUDA, 2015)

Recentemente físicos da Universidade de Amsterdam (2014) com objetivo a dar

uma resposta a essa questão, descobriram como eram transportados milhares de metros

cúbicos de rocha. Através de uma pintura encontrada no túmulo de Djehutihotep (Figura

1), onde a estátua é transportada sobre um trenó com um operário que despeja água para

facilitar o seu deslocamento na areia.

Figura 1: Transporte de uma estátua (UNIVERSO RACIONALISTA, 2014).


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2

Para uma melhor compreensão dessa técnica, criaram uma versão de laboratório

(Figura 2) onde montaram a situação dentro de uma bandeja com areia usando um

pequeno trenó, conseguiram verificar que água tornava a areia mais rígida reduzindo

seu atrito, e, portanto reduzia o esforço necessário para movimentar o trenó.

Figura 2: Versão de laboratório (IOP, 2014).

Para peças de menores dimensões usadas nas pirâmides os egípcios utilizavam

de tijolos feitos a partir de calcário e pedrisco, mostrando certo conhecimento do

material ligante. Na pirâmide do faraó egípcio Tutancâmon (1.450 a.C.), existe uma

porta feita de grandes pedras revestidas com argamassa de cal e um recipiente com

argamassa utilizada para a porta. (CARVALHO, 2008)

Segundo o mesmo autor, buscando um aglomerante que unisse de forma mais

coesa as pedras, outras civilizações criaram diversas fórmulas, mas quem se destacou

foram os romanos que utilizaram cinza pozolânica misturada à argamassa de cal

produzindo um material de características semelhantes ao cimento atual. Em 1824,

Joseph Aspdin patenteou o Cimento Portland, cujo método consistia misturar

proporções de calcário e argila, reduzi-las a pó e calciná-las num forno, obtendo

clínquer para depois ser moído resultando no cimento.

Toda evolução demonstra necessidade cada vez maior da produção de agregados

e blocos de rocha para atender a demanda do mercado, o que instigou ao homem

desenvolver a exploração das rochas de maneira mais eficiente, inicialmente com

auxílio de pólvora e logo depois com TNT (trinitrotolueno), facilitando o processo

dentro e fora da indústria extrativa mineral.


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3

A escavação de rocha pelos processos convencionais é feita através de

perfurações do maciço a distâncias predeterminadas, da introdução de explosivos nos

furos, da detonação desse explosivo e da remoção da rocha assim demolida. O processo

de execução é cíclico[...] (RICARDO e CATALANI, 2007, p. 396)

Segundo o mesmo autor, pode-se distinguir dentro do processo de escavação as

fases de perfuração e de desmonte de rocha, a primeira se baseia pelo uso de

perfuratrizes movidas por ar comprimido, e a outra é realizada com o uso de explosivo

introduzido nas perfurações chamadas de “minas”.


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2 OBJETIVOS

O presente trabalho analisa o Modelo de Fragmentação de Rocha determinado

por Kuz-Ram (1973), que se caracteriza por abordar as propriedades geométricas e osexplosivos usados em um plano de fogo, bem como as características geotécnicas do

maciço rochoso. O estudo prevê a obtenção de uma granulometria final de material

proveniente do desmonte de rocha.

Portando, dentre as ferramentas usadas para conseguir traçar um paralelo entre

as duas linhas, a teórica e a pratica, o trabalho faz um estudo de caso com o uso de

dados do plano de fogo fornecidos pela Pedreira Pedra Sul Mineração Ltda., localizada

na cidade de Matias Barbosa, MG. O que permitirá verificar possíveis correções que

possam ser implementadas, para levar a um melhor desempenho e economia para a

empresa dentro da sua cadeia produtiva.


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3 JUSTIFICATIVA

O desenvolvimento do país, tem tornado necessários grandes investimentos no

setor de infraestrutura, onde se pode destacar o transporte que se apresenta comoatividade logística mais importante, devido sua grande influência no custo da produção,

o que tem criado incentivos para a construção de novas estradas, de túneis, alargamento

de rios, e etc.

O aumento dessas obras eleva a demanda de explosivos para a realização da

etapa de desmonte de rocha, que se for bem executada reduz o tempo de trabalho. Como

exemplo, destaca-se a utilização na remoção obstáculos encontrados na construção de

uma estrada, porém caso ocorra de forma errada pode criar dificuldade na retirada do

material resultante da detonação, sendo usada uma nova carga para implosão ou uso do

rompedor para remoção de possíveis blocos de rocha.

A obra visa fornecer maior domínio sobre as situações citadas anteriormente que

envolvem o processo de desmonte, mostrando que todo planejamento precisa ter uma

previsão de resultado bem próximo ao que será apresentado após a detonação,

permitindo uma organização adequada para a remoção de todo material. Assim, o

controle eficaz da atividade exercida contribui para evitar retrabalhos, como os grandes

blocos de pedra criados com a implosão inadequada do maciço.

Outro fator importante é o aumento do consumo de agregados por parte da

construção civil, exigindo cada vez mais da indústria extrativa mineral que se atualize

de forma a minimizar seus custos visando à competitividade no setor. O Brasil hoje vem

se mostrando forte em sua produção de agregados para atender a toda essa demanda. A

tabela 1 apresenta os países cuja indústria de construção civil é mais desenvolvida, e

que publicam suas estatísticas sobre a reserva e a produção mundial de brita e cascalho

para construção civil, mostrando a relevância do setor no desenvolvimento desta

indústria. Pode-se observar também que a taxa de crescimento da produção pode ser

comparada com os grandes produtores mundiais.


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Tabela 1 – Reserva e produção mundial de brita e cascalho para construção civil, (DNPM, 2014)

Fonte: (1) não inclui cascalho, mas inclui calcário para cimento; (2) não inclui cascalho; (r)

revisado; (p) dado preliminar; (nd) não disponível.

Segundo o IBRAM (2012) em 14 anos, a demanda por agregados da construção

civil partiu de 460 milhões de toneladas em 1997 para 673 milhões de toneladas em

2011, crescimento correspondente a 46,2% ou a taxa composta de crescimento anual

(CAGR – Compound Annual Growth Rate) de 2,8% a.a (ao ano) do setor, que se tratade uma taxa de crescimento de média durante diversos anos. Já tomando-se o período de

2001 a 2011, o crescimento da demanda foi de 92,3% correspondente a um CAGR de

6,8% a.a. (ao ano), o que representa um aumento no consumo notável. Os dados

apresentados confirmam a necessidade de estudos que busquem a melhoria das técnicas

de exploração, o trabalho aqui realizado tem este objetivo de contribuir com um maior

conhecimento.

Figura 3: Demanda mundial de brita e cascalho para construção civil, (IBRAM, 2014)

http://www.ftexh.com/pt/m%C3%A9dia.htmlhttp://www.ftexh.com/pt/m%C3%A9dia.html


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4 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1 Introdução

A utilização de rocha pelo homem sempre foi essencial, atualmente o uso de tal

material pela engenharia está ainda mais em voga, seja como material de fundação,

como agregados para concreto, pavimentos, revestimentos, portos, lastro de ferrovia,

enrocamento, dentre outras funções. Portanto, é muito importante o conhecimento

básico desta matéria-prima, principalmente em relação suas propriedades físicas e

mecânicas, a fim de atender com êxito a finalidade desejada. Para isso precisamos

responder algumas questões básicas: o que são, de que e como se constituem. (ISAIA,

2007)

Segundo Geraldi (2011), a rocha é um corpo sólido natural, resultante de

fenômenos e cataclismos gigantescos, ocorridos tanto nos primórdios do planeta como

também de etapas subsequentes, formadas a partir de agregados de um ou mais

minerais, segundo variáveis condições de temperaturas, pressões e processos naturais.

Constituintes do globo terrestre são classificadas e agrupadas de acordo com suas

características estruturais, sua litologia e sua gênese. Assim, foi determinada uma

subdivisão das rochas em três grandes grupos ou classe:

o Rochas ígneas ou magmáticas.

o Rochas sedimentares.

o Rochas metamórficas

4.2 Classificação das rochas

4.2.1 Rochas Ígneas ou Magmáticas

As rochas ígneas ou magmáticas são originadas a partir do resfriamento do

próprio magma original, formador do globo terrestre. Ocorrem geralmente na forma de

grandes massas originadas em profundidades, denominadas batólitos, ou na forma de

derrames superficiais e diques intrusivos, provenientes de efeitos de vulcanismos.

Apresentam sua composição mineral bastante definida, sendo duras e cristalinas.

(GERALDI, 2011)


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Segundo Isaia (2007), podem ser divididas conforme o local de sua formação:

o Plutônicas ou intrusivas: formadas em grandes profundidades, resultam de

lentos processos de resfriamento e solidificação do magma, constituindo

material cristalino geralmente de granulação grossa. Exemplos são: granitos,

gabros, sienitos, dioritos e outros.

o Vulcânicas ou extrusivas: são formadas na superfície terrestre, ou nas suas

proximidades, pelo extravasamento, explosivo ou não, de lava por orifícios

vulcânicos. O rápido resfriamento, devido ao qual geralmente não há tempo

suficiente para os minerais se formarem, resulta em material vítreo ou

cristalino de granulação fina. Exemplos são: riólitos, basaltos, diorito e

outros.

Figura 4: Imagem de diorito e basalto. (WIKIPEDIA, 2015)

4.2.2 Rochas Sedimentares

Formadas por meio da erosão, transporte (fluvial, eólico ou marítimo) e

deposição de sedimentos (clastos ou detritos) derivados da desagregação de rochas na

superfície terrestre, precipitação química ou, ainda, do acúmulo de fragmentos

orgânicos. ( ISAIA, 2007)

Segundo Geraldi (2011), as formações mais recentes, podem ser classificadas de

acordo com as seguintes características dos depósitos:

o Aluviões: Depósito de fragmentos arredondados de rocha, de faixa

granulométrica variada, transportados por curso de água e depositados em

seu próprio vale, no leito do rio ou em suas margens, ou ainda em sua foz.

Normalmente, os aluviões grosseiros (blocos) estão situados mais próximos


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do processo erosivo de formação, enquanto os médios estão a meia distância

e os finos, no trecho final do curso de água formador dos depósitos.

o Eluviões (terraços): são depósitos provenientes da fragmentação da rocha-

matriz por processos erosivos naturais, sem o carreamento e transporte dos

fragmentos de rocha. Conhecidos como depósitos in situ.

o Coluviões: formados por blocos e fragmentos de rocha de diferentes

formatos e tamanhos, envolvidos por material de textura granular e fina.

Originam de processos erosivos, desagregação e decomposição natural de

maciços, transportados por gravidade e carreados a curta distância.

Dependendo das suas características granulométricas, podem ser

denominados:

o Tálus: os depósitos apresentam predominantemente grandes blocos,

angulosos, tamanhos variados e envolvidos por material de

granulometria mais fina.

o Colúvios: apresentam depósitos de granulometria menor, homogênea

e blocos de tamanhos menores.

o Depósitos marinhos e lacustres: são típicos de água mais tranquilas, em

condições físico-quimicas que favoreçam a precipitação. Apresentando

características totalmente diferentes das citadas.

Figura 5: Rocha Sedimentares (CIENTIC, 2015).


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4.2.3 Rochas Metamórficas

As rochas metamórficas são derivadas de outras preexistentes, com mudança de

suas características mineralógicas, químicas e estruturais, gerados pelos fenômenos de

dinâmica interno do globo terrestre, como erupções vulcânicas e terremotos. As

alterações foram produzidas por grandes esforços que atuaram sobre maciços rochosos

e formações sedimentares, revelados nos maciços metamórficos pelos planos de falha,

fraturas e dobramento das camadas antigas. (GERALDI, 2011)

Segundo Isaia (2007), o resultado do processo metamórfico depende

principalmente da composição original da rocha, dos fluidos envolvidos, da temperatura

e pressão. Dessa forma, pode haver desde uma recristalização, levando a um aumento

ou uma mudança da forma externa, sem que altere a composição dos minerais, até

reações metamórficas, com o surgimento de novos minerais estáveis com condições

reinantes.

Figura 6: Rochas Metamórficas (CIENTIC, 2015).

4.3 Rocha como Material de Construção

Em virtude de suas propriedades físicas e mecânicas, e da diversidade de formas

de utilização, a rocha se tornou uma das principais matérias-primas de diversos setores

da engenharia. Cada rocha apresenta características intrínsecas, exclusivas e inerentes à

natureza geológica do maciço rochoso. Assim, existem condicionantes que viabilizam


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ou não o uso de determinada rocha dentro de um meio para ser utilizada no processo de

construção.

Segundo Geraldi (2011), dentre as propriedades as mais importantes são:

o Dureza e tenacidade.

o Baixa abrasividade.

o Composição mineralógica adequada, com ausência de elementos radioativos

e sujeitos a alterações por intemperismos.

o Resistência a polimentos.

o Resistência à compressão.

o Baixa capacidade de absorção de líquidos.

o Quando britados – apresentar formas equidimensionais e regulares das

partículas.

o Quando serrados em chapas – apresentar maior resistência à flexão.

Para a escolha de uma jazida de materiais rochosos para uso em construções, é

necessário a realização de ensaios que atendam as normas técnicas que garantam a

qualidade das rochas. Normalmente, para cada uma das seguintes finalidades, podem-se

adotar diversos tipos de rocha: (GERALDI,2011)

o

Pedra britada e agregados: granitos, sienitos, basaltos, granodioritos e outras

rochas magmáticas; rochas metamórficas do tipo gnaisses e migmatitos; rochas

sedimentares do tipo cascalhos e areias. Podem também ser usados determinados

calcários e dolomitos mais resistentes.

Figura 7: Agregados (SOTREQ, 2015).

o Placas para revestimento: antigamente pela facilidade de trabalhar com

mármores, ardósias e folhelhos era comum o uso destes em pisos e

revestimentos, mas mais tarde com o crescente avanço tecnológico outros

materiais passaram a serem usados dentro de tal função, como os granitos,

alguns tipos de quartizitos e mesmo basaltos, riolitos e diabásios, diversificando

a oferta de rochas para pisos e revestimentos.


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Figura 8: Jazida Quartzito Azul Macaúbas, BA, Brasil. (PANORAMIO, 2015)

o Blocos de rocha: para uso em alvenarias de pedras, muros de arrimo e

enchimento de gabiões, praticamente todas as rochas que são utilizadas para

a produção de agregados podem ser adotadas. No caso de enrocamento

marítimo, somente formações maciças, de baixo grau de fraturamento e semfoliações, como granitos, migmatitos e gnaisses oriundos de formações

cristalinas, maciças. Além disso, o uso de blocos soltos preexistente de

formações basálticas e calcárias também são comuns para esta utilização,

uma vez que o uso de explosivos para a produção de grandes blocos é

inviável devido a grande fragmentação.

Figura 9: Gabião (PINIWEB, 2015).


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4.4 Perfuração da Rocha

Antes de iniciar um planejamento de escavação, é essencial que se conheça os

equipamentos e materiais utilizados na exploração da rocha. Todas essas informações

facilitam a escolha da melhor opção para cada caso, permitindo um maior controle nos

cronogramas e custos de projeto.

No Brasil os furos variam geralmente de 33 mm a 100 mm de diâmetro, sendo

realizados por uma máquina específica denominada equipamento de perfuração,

composta por perfuratriz, sistema de avanço, apoio, locomoção, e tem como fonte de

energia mais usada o ar comprimido. (CATALANI e RICARDO, 2007)

4.4.1

Classificação das Perfuratrizes

Segundo Geraldi (2011), os equipamentos de perfuração são classificados em

três grandes grupos, de acordo com os princípios mecânicos utilizados para perfuração:

o Percussão: consiste em bater uma ferramenta pontiaguda de aço contra a

rocha.

o Rotação: a perfuração é realizada com o uso de uma ferramenta que

trabalha com movimentos de rotação e compressão contra a rocha.o Percussão + Rotação: a ferramenta efetua movimentos de percussão e

rotação contínua, em velocidade ajustável, possibilitando atender melhor

cada característica geológica e física exigida na perfuração da rocha.

4.4.1.1 Perfuratrizes percussivas

O funcionamento se baseia no deslocamento linear (vaivém) de um pistão dentrode uma câmara cilíndrica com uma velocidade de 10 m/s ou superior, o conjunto é com

posto por peças de alta resistência feitas de aço especial. A cada movimento de vaivém

do pistão, um sistema especial, formado por uma catraca, eixo e bucha, provoca um

movimento de rotação parcial mudando a posição do impacto da ponta contra a rocha.

(GERALDI, 2011)

Conforme Ricardo e Catalani (2007), o acionamento das perfuratrizes

percussivas geralmente é feito por ar comprimido, mas também existem algumas


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acionadas por motor a gasolina, estas são leves e destinadas para trabalhos pequenos,

devido sua menor potência.

Figura 10: Exemplo de perfuratriz manual. (FERREIRA, 2014)

4.4.1.2 Perfuratrizes rotativas

De acordo com Geraldi (2011), as perfuratrizes rotativas apresentam grande

campo de atuação na atividade petrolífera, efetuando furos em grandes profundidades

nos maciços de rocha sedimentares, normalmente a perfuração é iniciada com diâmetros

maiores e posteriormente são reduzidos gradativamente. Além disso, atuam na execução

de furos de sondagem, uma vez que, apresentam coroas cilíndricas vazadas e

dispositivos especiais que permitem a retirada de testemunhos, tal mecanismo também

facilita a introdução de explosivos, o que essencial para atividade do desmonte de rocha.

Durante a perfuração o equipamento somente transmite a broca movimento de

rotação sob ação de pressão constante, portanto, não existe percussão. Dependendo do

tipo de broca, a demolição da rocha pode ser por corte, abrasão ou esmagamento. As

perfuratrizes rotativas possuem uma satisfatória locomoção quando montadas sobre

carreta. (RICARDO E CATALANI, 2007).


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Figura 11: Perfuratriz Rotativa FD128. (FUDAO MACHINERY, 2015)

4.4.1.3 Perfuratrizes percussivo-rotativas

As perfuratrizes percussivo-rotativas apresentam grande porte e potência,

quando comparada às percussivas, normalmente são montadas sobre veículos

autopropulsores, carretas de esteiras ou de pneus. Quanto à velocidade e versatilidade

possuem um desempenho superior as percussivas, principalmente em situações de

transposição de mantos ou faixas de rocha alterada, de perfuração em maciços

fraturados e na presença de água. (GERALDI,2011)

Segundo Ricardo e Catalani (2007), o diâmetro da perfuração varia de 38 mm a

89 mm, podendo chegar a 125 mm. A rotação contínua da ferramenta é gerada por

motor auxiliar, sendo independente do movimento de vaivém do pistão. Este motor

pode ser de pistões, transmitindo a rotação por meio do eixo espiral, localizado no

cabeçote da perfuratriz, ou motor independente da perfuratriz, que está instalado

lateralmente ao corpo da perfuratriz e transmite o movimento de rotação através de

engrenagens ou corrente. Tais motores permitem a rotação reversível, o que facilita a

introdução ou retirada das hastes quando concluir o furo ou para alongar a broca.


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Figura 12: Perfuratriz Roto-percussiva. (FERREIRA, 2014)

4.4.1.4 Perfuratrizes de furo-abaixo (DTH)

De acordo com Ricardo e Catalani (2007), as perfuratrizes de furo-abaixo têm

larga utilização em bancadas altas (acima de 20 m), devido evitar a dissipação de

energia que acontece em outros tipos de perfuratrizes, em que esforço percussivo é

transmitido por meio das hastes. A dissipação prejudica o avanço da perfuração noscasos de furos de grandes profundidades, como solução a tal dificuldade o mecanismo

de percussão foi acoplado diretamente à coroa. Em comparações feitas com as

perfuratrizes percussivo-rotativas, destacam-se as seguintes vantagens e desvantagens:

Vantagens:

o A limpeza do furo é mais eficiente;

o O rendimento em metros de furo é maior para a mesma quantidade de ar

comprimido.

Desvantagens:

o A velocidade de perfuração é menor;

o A ruptura ou travamento do colar de hastes pode significar perda total da

perfuratriz;

o A vida útil das pastilhas (material que rompe a rocha) é menor;

o

Não trabalham muito bem em rochas fraturadas ou na presença de água.


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Figura 13: FlexiROC D50. (ATLASCOPCO, 2015)

4.4.2 Sistema de Avanço

No desenvolvimento da perfuração é necessário um esforço sobre a perfuratriz,

que aliado à percussão e a rotação, permite a progressão do furo. Este esforço sobre a

perfuratriz é transmitido à broca e à pastilha impedindo que a máquina fique saltitandodurante a perfuração, o que dificultaria a realização do trabalho. Nas perfuratrizes

manuais o esforço geralmente realizado pelo operador, o que encarece a produção, de

maneira a reduzir este custo da mão de obra criou a necessidade de sistemas que

exercem tal pressão sobre a perfuratriz, podendo ser pneumático, de corrente ou de

parafuso. (RICARDO e CATALANI, 2007)

4.4.2.1 Avanço pneumático

Segundo estes mesmos autores, nas escavações a céu aberto recebem a

denominação de “bencher”, seu acionamento se dá através de ar comprimido, onde um

conjunto pistão-cilindro é ligado à perfuratriz, sendo o esforço sobre ela produzido pelo

deslocamento do pistão contra o cilindro apoiado em um ponto fixo. Quando comparado

ao avanço manual, suas vantagens aparecem na economia da mão de obra, na pressão de

avanço mais uniforme (reduzindo o consumo de brocas), e na maior produtividade.


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4.4.2.2 Avanço de corrente

Neste caso o esforço sobre a perfuratriz é exercido mecanicamente por uma

corrente ligada a ela, sendo a pressão posteriormente transmitida à broca e em seguida à

rocha. Apesar de não apresentar uma perfuração muito exata com relação à direção, é

um sistema robusto e de fácil reparo. A produção do avanço de corrente é variável,

devido à velocidade de perfuração ser maior quanto mais branda a rocha. (RICARDO e

CATALANI, 2007)

4.4.2.3 Avanço de parafuso

Conforme Ricardo e Catalani (2007), o esforço sobre a perfuratriz é gerado

mecanicamente por um longo parafuso, que substitui a corrente que é usada no caso do

avanço de corrente, o sistema de parafuso é ligado a uma placa deslizante que pode ser

deslocada ao longo da estrutura, subindo ou descendo. O parafuso quando gira no

sentindo de fazer a placa deslizante descer, exerce um esforço sobre a perfuratriz

ocasionando um avanço. O sistema apresenta uma maior velocidade na perfuração, tem

uma vida útil do parafuso de cerca de 50mil m de perfuração, e é menos vulnerável a

choques devido o motor estar posicionado na extremidade superior.

Apontam ainda, Como desvantagem no avanço de parafuso, observa-se que sua

estrutura de suporte é constituída de liga de alumínio que é facilmente prejudicada por

choques, e no caso de danos no parafuso este deverá ser substituído.

4.4.3 Locomoção das Perfuratrizes

Os deslocamentos constituem grande parcela do ciclo de escavação, existem trêssituações de locomoção das perfuratrizes que se mostram mais significativas e

frequentes durante a produção: no caso da sequência de furos; para abrigar o

equipamento no momento da detonação; para novas frentes de exploração. (RICARDO

e CATALANI, 2007)

Segundo estes autores, existem as seguintes soluções de locomoção:

o Locomoção manual: ocorre na operação e no deslocamento manual na

realização dos furos e quando se faz necessário abrigar a máquina


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durante o momento da detonação do “fogo”, essa forma de locomoção

serve exclusivamente para as perfuratrizes manuais.

o Locomoção tracionada: a perfuratriz foi montada sobre uma estrutura

(chassi) provida de rodas de borracha maciça ou pneumáticos, e uma

barra de tração. Com isso, se permitiu o desenvolvimento de

perfuratrizes de grande porte e com uma maior capacidade de produção,

sua locomoção em trajetos longos implica o uso de veículo trator para

tracionar o equipamento, e no caso de pequenas distâncias pode

acontecer manualmente.

o Locomoção própria: este sistema se baseia na montagem da perfuratriz e

seu avanço sobre uma unidade tratora, dispensando qualquer veículo

auxiliar para o deslocamento. Com a unidade tratora de esteiras adaptada,

ficou mais rápido e fácil a locomoção em terrenos irregulares, comuns

nos serviços de escavação de rocha.

4.5 Explosivos e Acessórios de Detonação

O explosivo trata-se de uma substância que sofre transformações rápidas e

violentas ao ser iniciada, passando para o estado gasoso em um curto espaço de tempo,

gerando grande quantidade de energia na forma de calor e de altas pressões. A alta

temperatura faz os gases se expandirem, gerando elevadas pressões, valores que podem

chegar a 120 MPa, nas paredes do furo onde o explosivo está confinado. (GERALDI,

2011)

Conforme Ricardo e Catalani (2011), a explosão do material abre fissuras radiais

no maciço rochoso empurrando a bancada para frente, e o resultado esperado são blocos

de rocha de dimensões apropriadas que facilitem transporte e a entrada na boca do

britador.


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o Resistência à água: quando exposto água o explosivo pode perder suas

propriedades e se tornar não detonante, um explosivo é resistente quando

ficar até 72 horas imerso, em pressões de 1 atm, e não ser prejudicar sua

capacidade de explosão.

o Sensibilidade: é capacidade de propagação da onda gerada pela explosão

de um cartucho a outro, ou no caso de toda uma coluna explosiva em um

furo.

o Sensitividade: é a propriedade de um explosivo ser detonado em caso de

choques. A nitroglicerina pelo sua alta sensibilidade, em dosagens altas,

pode ser facilmente ativada, ficando restrita a trabalhos especiais.

o Força: atualmente o conceito de força em explosivos não é mais válido,

antigamente essa propriedade era medida pela taxa de nitroglicerina em

sua composição, mas a legislação brasileira passou a permitir somente

uma adição de 40% de nitroglicerina nos explosivos industriais.

Portanto, rochas duras e tenazes exigem explosivos velozes e de alta densidade,

e as rochas mais frágeis requerem explosivos mais lentos e de baixa densidade.

(GERALDI, 2011)

4.5.3 Tipos de Explosivos

a) Pólvoras negras

Como já exposto anteriormente a pólvora apresenta baixa velocidade de

detonação, pertencem à categoria de baixos explosivos, não apresentam resistência à

água. A sua utilização atualmente foi muito abalada pelo surgimento a nitroglicerinaque atende muito melhor. Segundo Ricardo e Catalani (2007), a pólvora negra explosiva

é produzida em dois tipos:

o Tipo A: utilizada para cortar pedras, na produção de paralelepípedos,

lajotas para revestimento de pisos e paredes, praticamente não é mais

utilizada para desmonte intensivo de rocha.

o Tipo B: Utilizada na detonação de argilas e folhelhos.


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Figura 14: Pólvora negra. (WIKIPEDIA, 2015)

b) Dinamites (semigelatinosos e gelatinosas)

Altamente resistentes à água, é composto pele mistura de nitroglicerina

associada a outros compostos, como nitrato de amônio e nitrocelulose, formando

explosivos de consistência semiplástica (semigelatinosos) e plástica (gelatinosos).

Apresentam alta velocidade de detonação podendo atingir máximas de até 5 000 m/s, e

são utilizados nos desmontes de rocha a céu aberto, escavações subterrâneas e

subaquáticas. (GERALDI, 2011)

Figura 15: Explosivo gelatinoso. (BRITANITE, 2015)

c) ANFO e série NCN

De acordo com Geraldi (2011), o explosivo apresenta em sua composição o

nitrato de amônio, que substitui parcialmente ou totalmente a nitroglicerina, sendo

fabricado em pelotas diminutas (Prills) para proporcionar a armazenagem e o manuseio,

uma maior segurança e facilidade. (GERALDI, 2011)


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Ressalta ainda que o ANFO trata-se de um explosivo a base nitrato de amônia

puro misturado com óleo diesel, originando sua denominação que vem do inglês

“ammonium nitrate and fuel oil”. Também a base de nitrato de amônio, os explosivos

da série NCN (nitrocarbonitratos) surgiram pelo desenvolvimento da indústria, que

criaram novas composições.

Figura 16: ANFOS. (MAXAM, 2015)

Figura 17: Explosivo do tipo nitrocarbonitrato. (BRITANITE, 2015)

d) Granulados

Apresentam-se em forma de grãos com baixa densidade e nenhuma resistência à

água, sendo utilizado em desmonte subterrâneo e como explosivo de coluna. Sua

composição geralmente possui carbonitratos como explosivo básico, mas para ativação

do material é necessário uma prévia detonação de uma carga explosiva (alto explosivo).

O carregamento do explosivo pulverulento pode ser por derramamento ou por injeçãousando o equipamento pneumático. (RICARDO E CATALANI, 2007)

Figura 18: Anfomax. (BRITANITE, 2015)


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e) Lamas explosivas

As lamas explosivas possuem consistência pastosa e de alta densidade, o que

permite o completo preenchimento do furo, e assim se consegue um melhor

aproveitamento da energia liberada durante a detonação. Na composição de tal

explosivo, sua fórmula possui principalmente água, que juntamente com a nitroglicerina

confere sua consistência fluida. Utilizado como carga de fundo ou como carregamento

alternado, atendendo a detonação em todos os tipos de rocha. (RICARDO E

CATALANI, 2007)

Figura 19 - Lama explosiva. (BRITANITE, 2015)

f) Pastas

Diferem das lamas explosivas por não conter nenhuma sensibilização por

nitroglicerina. Para melhorar a capacidade do explosivo é adicionado partículas

metálicas finíssimas, que aumentam a energia liberada em sua detonação. Caracteriza-se

por ser excelente em furos de pequeno diâmetro em fogachos, túneis e trabalhos a céu

aberto. (RICARDO E CATALANI, 2007)

g) Emulsões

De acordo com Ricardo e Catalani (2007), as emulsões devido sua consistência

possui uma facilidade de carregamento no caso de furos com as mais variadas

inclinações e níveis hidrostáticos, acomodando-se perfeitamente, proporcionando dessa

maneira excelentes densidades de carregamento. Apresentam uma ótima resistência à

água, uma facilidade carregamento mecânico em furos de grande diâmetro, e possuem

diferentes níveis de energia para os mais diversos tipos de rocha. Para um melhor

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aproveitamento do explosivo na detonação recomenda-se o uso de um “booster”, cujo

diâmetro deve ser mais próximo possível do diâmetro do furo.

Figura 20: Emulsões Explosivas encartuchadas. (NITROSUL, 2015)

h) Explosivos Bombeáveis

São emulsões, lamas, pastas explosivas e granuladas que são bombeadas

diretamente nas perfurações através de equipamentos específicos sobre caminhões. Uma

grande vantagem é que são extremamente seguros, pois somente após o carregamento

dos furos, é acontece a reação química que propicia a explosão.

Figura 21 – Preenchimento do furo com explosivo bombeável. (BRITANITE, 2015)

4.5.4 Escolha do Explosivo

Conforme Ricardo e Catalani (2007), na escolha do explosivo devem ser

avaliados os seguintes critérios:

o Dureza da rocha;

o Tipo de rocha;

o Natureza da rocha (homogênea, fraturada);

o

Presença de água;o Região a que se destina (carga de fundo, carga de coluna);



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o Diâmetro dos furos;

o Custo;

o Pressão de explosão;

o Velocidade de detonação;

o Volume de gases;

o Energia absoluta;

o Energia relativa;

o Razão linear de energia (para cada diâmetro);

o Potência disponível (para cada diâmetro).

Muitas vezes é necessário entrar em contato diretamente com o fornecedor

para retirar algumas dúvidas que não apresentam respostas no manual. Outro fator

importante é não adquirir grande quantidade de explosivo sem antes tê-lo testado e

aprovado.

4.5.5 Acessórios de Detonação

De acordo com Geraldi (2011), estão presentes no mercado brasileiro os

seguintes iniciadores e retardos:

o Estopins e espoletas simples de queima: usados na operação de fogacho

para desmontes de blocos, em furos isolados e na iniciação de linhas de

furos carregados. Primeiramente o estopim é acionado por uma chama

direta, queimando a uma velocidade de aproximadamente 180 m/s e

ativando a espoleta, que por sua vez provoca a detonação do explosivo.

Figura 22: Conjunto Espoleta/Estopim. (BRITANITE, 2015)



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o Cordão ignitor: trata-se de uma mecha de pólvora, em linha simples ou

em rede, amarrada a todos os estopins. Servindo para iniciar um maior

número de estopins, e estes acionar os explosivos nos furos.

o Espoletas elétricas: estes dispositivos reduzem impactos sonoros e de

vibração do terreno, importantes no caso de escavações subterrâneas e

subaquáticas, pois permitem certo tempo de retardo em linha ou em

rede, controlando o número e a ordem de detonação dos explosivos ao

mesmo instante.

Figura 23: Espoleta elétrica. (BRITANITE, 2015)

o Cordel detonante: composto por uma substância explosiva em seu

núcleo chamada nitropenta, envolvida por uma camada de rayon (fibrade celulose regenerada) e plástico. Muito utilizado em escavações de

grandes volumes de rocha a céu aberto, geralmente o cordel detonante é

colocado no furo juntamente com explosivo, sendo também usado para

interligar todos os furos.

Figura 24: Cordel detonante. (BRITANITE, 2015)

o Retardo de cordel: usado na presença de espoletas elétricas, permitindo

a ligação com tempo de retardo desejado entre furos ou filas de furo,

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levando a uma melhoria da sequência de detonação dos furos, e a uma

melhor adequação ao tipo de rocha e as condições do maciço.

Figura 25: Retardores de cordel. (BRITANITE, 2015)

o Boosters: também são conhecidos como reforçadores, constituídos de

carga explosiva em um corpo na forma de tronco-cônico, servem paraaumentar a sensibilidade dos explosivos, uma vez que a espoleta pode

não ser capaz de ativar toda coluna de explosiva.

Figura 26: Boosters. (BRITANITE, 2015)

o Iniciadores de pressão – sistema não elétrico de tubo de choque:

também conhecido como linha silenciosa (não produz grandes impactos

de ar). O iniciador de pressão é formado por uma espoleta acionada por

pressão, ligada a um pequeno tubo de plástico de diâmetro reduzido e

comprimento variável, possuindo no interior do tubo gás explosivo

especial, que quando iniciado aciona a espoleta localizada no interior do

furo.



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Figura 27: Brinel. (BRITANITE, 2015)

o Iniciadores eletrônicos: trata-se de espoletas eletroeletrônicas colocadas

nos furos e interligadas em rede, que permitem adequar de maneira

mais eficiente os tempos de retardo as características exigidas pelo

maciço rochoso.

Figura 28: Detonador eletrônico. (BRITANITE, 2015)

4.5.6 Armazenamento, Manuseio e Transporte dos Explosivos

Toda atividade de armazenamento, manuseio e transporte de explosivos deve

atender aos regulamentos ditados pelo Ministério do Exército através do R-105, que tem

como objetivo estabelecer as normas necessárias para a fiscalização das atividades

exercidas por pessoas físicas e jurídicas, que envolvam produtos controlados pelo

Exército. Dessa forma, pode ser garantida a total segurança em todas as etapas que

englobam desde a produção até a detonação do explosivo. (RICARDO E CATALANI,

2007)

De acordo com Geraldi (2011), no processo de armazenamento é muito

importante ter bastante atenção para as condições em que são construídos os paióis,

edificações apropriadas para o armazenamento de explosivos e acessórios, destacando a

necessidade de locais distintos para estes dois materiais. Os paióis não podem

ultrapassar a quantidade máxima prevista de armazenagem, precisam de boa condição


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de ventilação e de proteção contra umidade, e devem manter as distâncias mínimas,

exigidas em norma, das áreas voltadas ao trabalho e dentre eles.

Figura 29: Paiol de explosivos. (WIZONE, 2015)

Os acidentes que acontecem no manuseio dos explosivos muitas vezes envolvem

a falha humana, como exemplo se pode citar a iniciação espontânea de espoletas

elétricas em dias de mau tempo, devido aos raios que podem provocar a ativação delas.

Outro fator importante no manuseio se trata da mão de obra não qualificada, que pode

levar a sérios acidentes devido esta deficiência muito presente no setor de algumas

regiões do país. (GERALDI, 2011)De acordo com o mesmo autor, o transporte deve ser realizado em veículo

apropriado, devidamente sinalizado, e sem excesso de carga. Na operação de carga e

descarga do veículo deve ser fazer presente um fiscal da empresa transportadora,

devidamente habilitado, que os orientará e fiscalizará quanto às regras de segurança, e,

quando necessário, deverão ser acompanhados por representante do SFPC (Serviço de

Fiscalização de Produtos Controlados) local.

4.6 Escavações de Rocha

Segundo Geraldi (2011), o conjunto de metodologias, técnicas de

escavação, instrumentação e serviços necessários para escavar, desmontar,

fragmentar maciços e blocos rochosos chama-se escavações ou desmonte de

rochas.


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Dependendo do material a ser escavado pode-se considerar os seguintes

processos de escavação de rocha:

o Desmonte de rocha a frio: realizado por processos mecânicos e/ou com

auxílio de materiais expansivos, frequentemente para produção de

blocos de rocha na fabricação de revestimentos, e também na

construção de obras onde o uso do explosivo pode trazer impactos

negativos, como na construção de túneis em rocha em áreas urbanas,

que necessita de um equipamento chamado TBM (Tunnel Boring

Machines) também denominado tatuzão.

Figura 30: Tatuzão da Linha 4 do Rio de janeiro (METRÔ LINHA 4, 2012)

o Desmonte de rocha a fogo: faz uso de explosivos, para produção de

agregados, e na construção civil para atividades onde o uso de

explosivos é permitido.

As escavações de rocha podem ser executadas em diferentes ambientes,

apresentando necessidades e soluções distintas, sendo divididas em:

o

Escavações a céu aberto;o Escavações subterrâneas;

o Escavações subaquáticas.

4.6.1 Escavações a Céu Aberto

Utilizado principalmente na produção de agregados para construção civil,

como desmonte em bancadas nas conhecidas pedreiras, na abertura de cortes em

rocha e desmonte de blocos na construção de vias, na obtenção de blocos de rocha,


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para regularizar o topo rochoso, e na realização de valas e trincheiras. Todo este

processo necessita da determinação dos volumes a escavar, juntamente com apoio

de cronogramas para verificar as metas de produção, e não menos importante deve

ter uma descrição sobre a destinação da rocha de acordo com cada finalidade do seu

emprego. (GERALDI, 2011)

Figura 31: Detonação (PEDREIRA TREVO, 2015)

4.6.2 Escavações Subterrâneas

Atualmente, as obras exigem cada vez mais escavações subterrâneas

principalmente quando envolvem obras rodoviárias, metroviárias, ferroviárias,

hidrelétricas e na exploração de minérios subterrâneos. Nos grandes centros urbanos,

onde ocorrem longos engarrafamentos juntamente com a deficiência do transporte

público, o uso da escavação subterrânea se tornou essencial para melhorar situações

como essas, sendo evidente o aumento da adoção do metrô subterrâneo para criar mais

uma alternativa de locomoção.

Figura 32: Túnel de via da Estação Jardim Oceânico (METRÔ LINHA 4, 2013)

Segundo Geraldi (2011), entre as metodologias básicas mais utilizadas para

escavação de túneis estão:


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o Perfuração e detonação (Drill and Blast - D&B): realizam-se furos

horizontais de mesmo comprimento na frente de escavação, distribuído de

acordo com um plano de fogo que atenda as características geológicas da

rocha, os furos são preenchidos com explosivos e detonados do centro para

a extremidade.

o TBM (Tunnel Boring Machin): a escavação é realizada mecanicamente com

equipamento especial, que trabalha com o princípio da rotação juntamente

com alta pressão contra frente de escavação, por meio de uma cabeça

giratória de corte.

Marangon (2006)

o NATM - túneis em rocha alterada: a escavação é realizada mecanicamente,

quase não se tem a utilização de explosivos, com o uso de rompedores

hidráulicos ou pneumáticos, e equipamentos do tipo TBM double shield.

Imediatamente após a escavação de um trecho, torna necessário aplicar um

suporte para estabilizar a frente escavada, compondo-se de um sistema de

chumbador junto com armadura metálica e concreto projetado.

o NATM - túneis em solo: escavações em maciços com ausência total de

autossutentação e nenhuma estabilidade na frente de escavação, a escavação

é realizada com uso de equipamento Shields, a medida que ocorre o avanço

o túnel vai sendo revestido por peças de concreto pré-moldado, sendo a

geometria em anel que favorece a sustentação.

4.6.3 Escavações Subaquáticas

A escavação subaquática é utilizada para ampliar calados de portos e rios

navegáveis, para melhorar condições de navegação removendo afloramentos e blocos isolados, no desmonte de recifes, e na remoção de septos rochosos e de

ensecadeiras. O desmonte subaquático segue os mesmos princípios do desmonte a

céu aberto (Drill and Blast), a diferença está na necessidade de levantamentos

batimétricos detalhados e investigações geológicas, mergulhadores, e equipamentos

e artefatos especiais. (GERALDI, 2011)


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Figura 33: Processo de derrocagem na Pedra de Teffé no porto de Santos (NOVO MILENIO, 2015)

4.7 Plano de Fogo

Atualmente, a execução do desmonte de rocha céu aberto é realizado através da

criação de bancadas, formando uma série de degraus que facilitam todo processo de

exploração, onde acontece a retirada de fatias do maciço rochoso a cada desmonte. Tal

processo permite o trabalho simultâneo e independente em diferentes frentes, desde que

exista um planejamento que aborde toda a logística envolvida. (RICARDO ECATALANI, 2007)

De acordo com estes mesmos autores, a bancada se constitui de três superfícies:

Praça – na qual operam os equipamentos de carga e transporte. Face – superfície

vertical ou pouco inclinada com a horizontal (2:1 ou 3:1), normalmente com altura entre

8 a 15 metros. Topo – trata-se do local em que os equipamentos de perfuração abrem

uma série de furos no maciço para detonação da uma fatia do maciço rochoso.

Figura 34: Esquema de Bancada e Praça. (Escavação em Rochas UFMG, 2012)


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Segundo Geraldi (2011), definido a fatia a ser desmontada, surge a

necessidade de um projeto executivo com uso de explosivos denominado “plano de

fogo”, devendo a presentar seguintes informações:

o Plano de perfuração.

o A qualificação e quantificação dos explosivos

o Os esquemas de ligação e iniciação entre furos que serão detonados.

Inicialmente, os valores dos elementos no plano de fogo eram baseados em

experiências de campo, e que depois foram aprimorados através de estudos teóricos, que

demandam um tempo relativamente prolongado e detalhes de difícil análise. Porém,

como resultado de diversas experiências conseguiu-se estabelecer algumas regras

práticas que definem valores razoáveis, e que podem ser ainda mais ajustados com a

observação do desmonte de um pequeno número de fatias da bancada. (RICARDO E

CATALANI, 2007)

Figura 35: Bancada para desmonte de rocha com os parâmetros do plano de fogo (MANUAL BRITANITE, 2012)

4.7.1 Diâmetro das Perfurações

O diâmetro de perfuração influi diretamente na malha de perfuração, pois quanto

maior o diâmetro do furo maior poderá ser a área da malha de perfuração, levando a


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uma menor a quantidade de furos. Dessa maneira, quando existir um grande volume de

escavação de rocha a ser realizado, deve-se utilizar um maior diâmetro de perfuração.

(GERALDI, 2011)

Conforme Ricardo e Catalani (2007), o diâmetro é determinado em função do

equipamento disponível para a perfuração, e também deve estar coerente com o

equipamento que realiza o carregamento da rocha detonada. Portanto, é importante que

a produtividade de ambas as máquinas seja a mesma, a fim de que não tenha nenhuma

ociosidade entre eles ou não seja necessário um número elevado de unidades de um tipo

de equipamento para atingir a produção adequada em relação à outra maquina.

Para a escolha do diâmetro de perfuração, a tabela 2 indica as possibilidades

normais dos equipamentos disponíveis:

Tabela 2 - Diâmetro de perfuração dos equipamentos (RICARDO E CATALANI, 2007) Tipo de equipamento Diâmetro de perfuração Perfuratriz manual 1 1/4""Bencher" 2 1/4""Wagon-drill" 1 1/2" - 2 1/2"Perfuratriz sobre trator 2" - 5"

Conjunto de perfuração 4" - 10" (ou mais)

4.7.2 Afastamento (V ou A)

O afastamento é a distância entre a frente livre e a primeira linha de furos a

detonar. No caso de existir duas ou mais linhas de furos a detonar, o mesmo

afastamento deve usado ser entre elas.

De acordo com Ricardo e Catalani (2007), o afastamento é igual a 45 vezes o

diâmetro da perfuração em milímetro, que se trata do afastamento teórico (Vt), mas em

virtude de desvios originados pelo desalinhamento das perfurações, define-se um

afastamento prático (Vp) de acordo com um número de linhas de furos:

o Para uma única linha: Vp = Vt – 0,02H

o Para múltiplas linhas: Vp = Vt – 0,05H


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4.7.3 Espaçamento (E)

É a distância entre furos em uma mesma linha de perfuração, geralmente este

valor é o afastamento prático multiplicado por um fator que varia entre 1,0 e 1,3. Em

caso de bancada inclinada recomenda-se usar o fator de 1,2, e em caso bancadas

verticais o fator a ser adotado é 1,0. Contudo, observar o resultado do desmonte é muito

importante, visto que muitas vezes o valor multiplicador precisa ser ajustado. .

(RICARDO E CATALANI, 2007)

4.7.4 Inclinação da Face

Segundo Ricardo e Catalani (2007), a inclinação da bancada trás as seguintes

vantagens e desvantagens:

o Vantagens:

- pode-se reduzir a sobrefuração no pé da bancada;

- consegue-se obter economia de explosivo, reduzindo-se o consumo por

metro cúbico escavado;

- a face da bancada torna-se mais segura.

o

Desvantagens:

- propício a desvios da direção desejada da perfuração;

- exige um maior cuidado no embocamento do furo;

- necessidade de equipamento especial para a marcação correta da

inclinação.

A inclinação dos furos deve ser realizada respeitando a uniformização entres os

furos, mas muitas vezes não se consegue manter o mesmo ângulo, o que pode resultar

em faces irregulares. As inclinações mais usadas são de 10° e 25°, entretanto o ânguloótimo para perfuração somente pode ser definido experimentalmente.

4.7.5 Altura da Bancada (H)

Como já citado, a altura da bancada normalmente varia de 8 a 15 metros, em

casos excepcionais pode chegar a 20 metros, contudo, deve-se evitar bancadas muito

altas, pois nesse procedimento são criadas várias bancadas independentes


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4.7.9 Tampão (TP)

A porção superior do furo denomina-se tampão, composto geralmente por areia

seca, pó de pedra ou argila. A profundidade do tampão deve ser menor do que o

afastamento, caso se apresente com metragem superior, poderá gerar grandes blocos de

rocha no topo da bancada. Em contra partida, tampões com metragens muito inferiores

podem ocasionar lançamento de lascas de rocha através das bocas dos furos.

(GERALDI, 2011)

4.7.10 Sequência de Fogo

Em uma bancada de uma única linha de furos de detonação, pode ser mais

eficiente iniciar a detonação nas linhas de furos junto ao centro da escavação e, após,

aquelas que estão próximas ao talude. Dessa forma, existirá uma ordem cronológica na

sucessão de detonações, separadas de intervalos de tempo equivalentes ao número de

esperas das espoletas, formando a sequência de fogo. Para reduzir as vibrações causadas

pelas explosões e conseguir frentes de bancadas bem definidas, é extremamente

importante definir uma apropriada sequência de fogo. (RICARDO E CATALANI,

2007)

4.7.11 Volumes de Escavação (VF e VT)

Segundo Geraldi (2011), para definir o volume de escavação primeiramente se

deve obter o volume de rocha a ser desmontado por furo, usando como variáveis a área

da malha (S), altura da bancada (H) e o número de furos (n), como representado nas

equações a seguir:o Volume de rocha a ser desmontado por furo (VF):

S x H = VF (expresso em m³)

o Volume total de escavação (VT):

VF x n = VT (expresso em m³)


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4.7.12 Razão Linear de Perfuração (RP)

Razão Linear de Perfuração é o resultado do quociente entre o total de metros a

perfurar (soma da metragem total da profundidade dos furos) e o volume total de rocha

a ser desmontado, expresso em m/m³. Quanto maior for a RP, mais alto se torna o custo

direto da escavação. (GERALDI, 2011)

4.7.13 Razão de Carga (RC)

Conforme Geraldi (2011), a razão de carga é a quantidade de explosivos a ser

utilizada por metro cúbico (ou por tonelada, nas minerações) de rocha a desmontar em

uma detonação. A correta montagem da malha de furos implica, teoricamente, que

quanto maior a razão de carga maior será a fragmentação da rocha. Tal relação também

é usada na projeção da pilha de rocha detonada que se formará na frente da bancada –

quanto maior a RC, maior será a projeção da rocha detonada. (GERALDI, 2011)

4.7.14 Consumo de Explosivo

Segundo Ricardo e Catalani (2007), após a experiência adquirida através da

detonação de várias bancadas de uma determinada rocha, se consegue definir uma

grandeza denominada razão de carregamento, que representa o consumo de explosivo.

Esta grandeza é expressa em Kg de explosivo por m³ de rocha, e quase sempre em

relação ao m³ de rocha detonada medida no transporte, pois é mais simples avaliar o

volume escavado através do número de básculas cheias dos caminhões que efetuam o

transporte. Pode ser também dada em relação ao m³ de rocha medida no corte, que exige

maiores recursos para efetivá-la, embora possa ser obtida com certa aproximação pelaconversão do volume solto medido no caminhão em volume de corte. Basta multiplicar

a razão de carregamento pela relação entre a densidade no corte e a densidade solta

(empolamento).

Abaixo são apresentados alguns valores do consumo de explosivo, que variam

de acordo com o tipo de rocha detonada:

o Rocha ígnea: 0,45 a 0,62 Kg/m³;

o

Rocha branda estratificada: 0,15 a 0,25 Kg/m³;o Rocha sedimentar dura: 0,40 a 0,50 Kg/m³.


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4.8 Obtenção de Superfícies Regulares

As superfícies resultantes da detonação muitas vezes precisam ser regulares, não

somente pela estética, mas também porque algumas situações como obras rodoviárias

necessitam de faces regulares para evitar protuberâncias ou depressões (lascas), que são

indesejáveis, pois as próprias fraturas do maciço rochoso ou as fissuras provocadas pela

detonação poderão fazê-las precipitar sobre a pista. Em caso de escavação para

fundações de barragens, a detonação inadequada pode gerar superfícies irregulares que

oneram o custo da obra, podendo ocasionar retrabalhos ou maior consumo de concreto

para corrigir depressões. Para se obter superfícies regulares são utilizados três métodos:

(RICARDO E CATALANI, 2007)

o

Método da perfuração linear;

o Método da detonação amortecida;

o Método do pré-seccionamento.

4.8.1 Método da Perfuração Linear

Segundo Ricardo e Catalani (2007), nesse método realizam-se, na linha-limite de

escavação, uma série de furos alinhados, criando assim uma linha de perfuração quedeve apresentar diâmetro e espaçamento reduzidos, não sendo carregada com

explosivos, criando uma superfície preferencial de corte, devido ao enfraquecimento do

maciço rochoso neste plano.

Outros pontos importantes a serem abordados, envolvem o espaçamento usado

entre os furos na coluna de furos mais próxima da linha-limite, que deve ser de 0,75E, e

o afastamento entre elas que varia de 0,5 a 0,75V, sendo esta coluna carregada com

apenas 50% do explosivo usado nas demais linhas. No caso do diâmetro, os furosdevem ser realizados entre 2’’ e 3’’, e distantes um do outro cerca de duas a quatro

vezes o diâmetro, o que leva a um número muito grande de furos tornando pouco

econômico. Além disso, a profundidade mais eficiente proposta no método não deve

ultrapassar 9 m, para evitar desvios no processo de perfuração. (RICARDO E

CATALANI, 2007)


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Figura 36: Sistema e procedimento típico para a perfuração linear (Escavação em Rochas, 2015)

Descrevem ainda que a detonação das duas últimas colunas, que estão mais

próximas linha de perfuração, precisa ser após as demais. O alívio gerado pela

detonação das linhas na região central do corte mais a detonação antecipada das duas

últimas colunas proporciona uma superfície definida na linha de perfuração. Contudo,

um bom resultado somente ocorrerá quando o maciço for homogêneo, sem planos de

estratificação, fraturas ou veios que indicam planos de enfraquecimento da rocha.

4.8.2 Método da detonação amortecida

No método da detonação amortecida se executa a perfuração da linha-limite daescavação, e primeiramente ocorre a detonação do núcleo da escavação para depois ser

executada linha-limite. A figura 37 mostra uma sequência de detonação abordada no

método, sempre liberando núcleos e em seguida linhas de detonação. (RICARDO E

CATALANI, 2007)

Figura 37: Método da detonação amortecida (Escavação em Rochas, 2015)


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De acordo com estes mesmos autores no carregamento dos furos devem ser

usados explosivos leves, sendo que no fundo do furo a concentração da carga varia de

60 a 90% em relação a empregada para o restante da perfuração, e o seu tampão deve

apresentar um extensão de 60 a 90 cm de material inerte. Além disso, outro fator

relevante é o alinhamento do furo, que não deve apresentar um desvio maior que 15 cm,

caso contrário, a superfície de escavação pode não apresentar um resultado satisfatório.

A tabela 3 indica os valores que melhor orientarão para o uso adequado do método,

sendo que diâmetros maiores proporcionam uma maior precisão.

Tabela 3: Sistema de perfuração e carregamento recomendado para detonação amortecida (RICARDO ECATALANI, 2007)

Diâmetro do furo (mm) Espaçamento (m) Afastamento (m) Explosivo (kg/m) 50 – 62 0,90 1,20 0,120 - 0,370

75 – 88 1,20 1,50 0,200 - 0,750

100 – 112 1,50 1,80 0,370 - 1,100

125 - 137 1,80 2,10 1,100 - 1,500

150 – 162 2,10 2,70 1,500 - 2,200

4.8.3 Método do Pré-seccionamento (pré-splitting)

Primeiramente é realizada uma detonação na linha delimitante da escavação

antes da detonação principal, com furos de diâmetro entre 2 ½’’ a 4’’e espaçamento

relativamente pequeno. Dessa forma, cria-se um plano de ruptura do maciço com os

furos, que deve ultrapassar sempre um pouco além da bancada a ser escavada, e o

restante da detonação do maciço ocorre de maneira normal. (RICARDO E CATALANI,

2007)

Figura 38: Método do pré-seccionamento (Escavação em Rochas, 2015)


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Conforme Ricardo e Catalani (2007), a profundidade de perfuração dependerá

do equipamento usado e da habilidade dos operários, não podendo existir desvios acima

de 15 cm. Apesar de poder ser usado diversos espaçamentos entre os furos, o que se

mostrou mais eficaz foi o de 600 mm entre os centros dos furos. E no carregamento dos

furos devem ser usados explosivos leves, sendo que no fundo do furo a concentração da

carga varia de 60 a 90% em relação à empregada para o restante da perfuração. A tabela

a seguir orienta os primeiros dados a serem utilizados no método, e devem ser refinadas

de acordo com os resultados obtidos anteriormente.

Tabela 4: Carga e espaçamentos para pré-seccionamento.

fragmentação de rocha de kuz-ram

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