principais normas e recomendações existentes para o controle de

51REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(1): 51-57, jan. mar. 2003

ResumoAs atividades que envolvem o uso de explosivos devem

ser controladas, não só com relação ao desmonte de estruturas(rocha e outros materiais), mas também quanto a danos estrutu-rais em edificações próximas (casas, edificações históricas, etc.)e a outros impactos ambientais como vibração, propagação deruídos, ultralançamentos e sobrepressão atmosférica. Tais ati-vidades são regidas por normas técnicas que sugerem parâme-tros de medição e limites definidos na avaliação de prováveisdanos. No caso específico de minerações em áreas urbanas, avelocidade de vibração de partícula (Vp), normalmente expres-sa em mm/s, é o parâmetro que tem dado melhor correlação naavaliação de possíveis danos às estruturas civis, atribuídos àsvibrações do terreno. As diferentes normas existentes apresen-tam valores de Vp que variam de 2mm/s para edifícios históri-cos até 150mm/s para construções em concreto armado. A mai-oria delas considera na avaliação de danos estruturais, além davelocidade, a freqüência da vibração. Algumas normas foramelaboradas com base em dados experimentais, analisando parâ-metros como o tipo de construção e o material nela utilizado,outras se basearam apenas em valores empíricos, mas todasapresentam valores conservativos. A coletânea aqui apresenta-da reuniu as normas européias mais importantes, oferecendoum panorama atual sobre essa área de conhecimento. Numasegunda parte, esse trabalho abrangerá as normas nas Américase em outros continentes.

Palavras-chave: vibrações do terreno, explosivos, danos emestruturas, normas técnicas.

AbstractBlasting requires control measures related to structural

damage to buildings and environmental impacts like groundvibrations, noise, flyrock and air blast. The use of explosives iscontrolled by federal and state regulations, which involvemeasurement of parameters to evaluate probable damage inbuildings and other type of constructions. In urban areas, thepeak particle velocity (PPV) associated with ground vibrationand expressed in mm/second, is the best parameter to evaluatepossible structural damages. Worldwide legal limits vary froma low 2 mm/s for historical buildings to a high 150 mm/s forreinforced concrete. Most of the regulations consider peakparticle velocity and frequency as a double damage parameter.Some regulations were elaborated with an experimentaldatabase, involving different types of construction and buildingmaterials. Others were proposed using empirical data. Bothregulations present conservative values.

This paper presents a review of the most importantEuropean regulations for blasting activities, presenting the stateof the art in this area. A second part of paper will show AmericanRegulations and the norms of other continents.

Keywords: ground vibrations, explosives, structural damage,regulations.

Mineração

Principais normas e recomendaçõesexistentes para o controle de vibraçõesprovocadas pelo uso de explosivos em

áreas urbanas – Parte IDenise de La Corte Bacci

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Paulo Milton Barbosa Landim��%��%��&��&��'�� ()��*��+

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Sérgio Médici de Eston��,��-��,��.��#��

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Wilson Siguemasa Iramina��3��

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REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(1): 51-57, jan. mar. 200352

1. IntroduçãoOs valores limites do nível de vi-

bração do terreno não dependem ape-nas dos danos que a velocidade de vi-bração de partícula pode causar nasconstruções civis, mas também do tipode construção em si, tendo sido prova-do que, com freqüência, a vibração gera-da por explosivos é apenas o instantedetonador de um processo de instabili-dade atribuído a outras causas, comorecalque, dilatação térmica, insuficiênciade material, erro de cálculo de projeto,etc. (Fornaro, 1980).

Também é importante considerar ascaracterísticas próprias das vibrações,ou seja, a freqüência, a repetitividade e aduração do fenômeno. Pode-se dizer queum edifício sofre danos, se os impulsosdinâmicos provocados pelas vibraçõessobrepõem-se aos impulsos estáticos,levando a uma superação das condiçõesde resistência da estrutura.

Quando não é possível, partindoapenas das medidas de velocidade, atin-gir os valores de deslocamento e os im-pulsos, é necessário recorrer-se a tabe-las empíricas de danos, correlacionan-do, de vários modos, as característicasmais evidentes do fenômeno. Esse é ocaminho sugerido pela maior parte dasnormas (Fornaro, 1980).

Serão apresentadas, a seguir, asnormas européias relacionadas ao nívelpermitido de vibração decorrente do usode explosivos em minerações em áreasurbanas.

2. Norma Alemã(DIN 4150)

Antes dos anos 80, vigoravam duasnormas distintas na Alemanha, até en-tão dividida. Na Alemanha Oriental, a re-comendação vigente considerava doisparâmetros: a tipologia estrutural do edi-fício submetido aos efeitos da vibração,subdividido em quatro classes distintas,e a freqüência característica do fenôme-no vibratório, enquanto que, na Alema-nha Ocidental, admitiam-se diferentesfreqüências em função da tipologia es-trutural do edifício, tomando como refe-rência apenas a componente vertical davelocidade de vibração da partícula (Vp).

Com o decorrer dos anos, e após aunificação das duas Alemanhas em 1989,a Norma DIN 4150 (1986) foi adotadacomo norma-padrão e tem sido atualiza-da desde então. Ela fornece os valoreslimites de velocidade de vibração de par-tícula em mm/s, considerando o tipo deestrutura civil e o intervalo de freqüên-cia em Hz, os quais demonstram estaremos edifícios fora de risco de danos.

As três classes de edifício defini-das pela norma são:

a) Edifícios estruturais.

b) Habitações.

c) Monumentos e construções delicadas.

As freqüências são analisadas emtrês intervalos, ou seja, valores menoresque 10Hz, valores entre 10-50Hz e valo-res entre 50-100Hz. A norma prevê que,para freqüências acima de 100Hz, a es-trutura suporta níveis altos de vibração.

Os valores de velocidade de vibra-ção de partícula definidos variam de3mm/s, no caso de monumentos e cons-truções delicadas com freqüência inferi-or à 10Hz, até 50mm/s, no caso de estru-turas industriais com freqüência entre50 -100Hz.

Na avaliação dos danos estruturaiscausados pelas vibrações do terreno, osvalores-limites de Vp admitidos para di-versos tipos de construções, em funçãoda freqüência, são apresentados na Ta-bela 1.

Valores de freqüências acima de100Hz podem ser aceitos nas partes maisaltas dos edifícios. Outros valores, me-didos abaixo dos limites especificadosanteriormente, são considerados não da-nosos à estrutura civil.

Essa norma é aceita em toda comu-nidade européia como norma-padrão.Muitos países europeus desenvolveramsuas próprias normas, baseando-as naDIN 4150 ou relacionando-as a ela.

A Figura 1 representa graficamenteos valores de Vp dados pela norma ale-mã DIN 4150.

3. Norma Italiana(UNI 9916)

Trata-se de uma norma de 1991, re-ferente à metodologia de indagação e,portanto, não estabelece valores-limites.

A norma fornece um guia para aescolha do método apropriado de medi-da, de tratamento de dados e de avalia-ção dos fenômenos vibratórios produzi-dos nos edifícios, com os seguintes ob-jetivos:

a) Avaliar se o tipo de vibração podeafetar a estrutura do edifício.

b) Verificar a presença ou não de danosestruturais atribuídos à superação doslimites de vibração.

Tabela 1 - Valores admitidos pela norma alemã DIN 4150 para danos em edifícios(Bacci, 2000, adaptado de Berta, 1985).

< 10 10-50 50-100Qualquer

freqüência

Industrial 20mm/s 20-40mm/s 40-50mm/s 40mm/s

Habitações 5mm/s 5-15mm/s 15-20mm/s 15mm/s

Edifícios particularmente delicados

3mm/s 3-8mm/s 8-10mm/s 8mm/s

Freqüência (Hz)

Andar mais alto dos edifíciosTipos de

estrutura

Fundação


c) Avaliar o comportamento do edifícioquando submetido a cargas dinâmicasacidentais, como, por exemplo, terre-motos.

A norma tem um caráter geral e nãose refere aos efeitos das vibrações. Con-sidera os fenômenos vibratórios nãonecessariamente produzidos por des-montes, com cargas explosivas caracte-rizadas por gamas de freqüência com-preendidas entre 0,1 e 150Hz, levandoem conta que fenômenos vibratórios,caracterizados por freqüências superio-res a 150Hz, não influenciam significati-vamente a resposta de um edifício qual-quer à vibração.

Os parâmetros seguidos para a ca-racterização das vibrações são:

a) Duração e amplitude da vibração.

b) Campo de freqüência de interesse.

c) Características dimensionais do ele-mento estrutural do qual é avaliada aresposta, em função do tipo de edifí-cio, da interação solo-rocha, das ca-racterísticas do terreno e das freqüên-cias naturais.

Em relação ao posicionamento doaparelho de registro, a norma sugere averificação do nível de vibração na baseda estrutura, a qual é escolhida em fun-ção da fundação, ou, na ausência desta,na base do muro de sustentação. É acon-selhável, além dos registros das três com-ponentes ortogonais entre si, o registrodo vetor resultante da velocidade de vi-bração.

Para edifícios com menos de qua-tro andares, sugere-se dispor os geofo-nes próximo à fundação e no último an-dar, enquanto que, para edifícios commais de quatro andares, é aconselhávelcolocar os geofones em andares inter-mediários. Os geofones devem estar fi-xados sobre a estrutura, evitando-se ouso de suportes, de modo que se permi-ta a reprodução fiel do fenômeno vibra-tório, impedindo alterações atribuídas aosistema geofone-superfície de medição.

A norma italiana não apresenta no-vidades e segue os conceitos básicos elimites da DIN 4150.

4. Norma Suíça(SN 640312 a)

Antes de 1992, a Suíça adotava umanorma referente aos valores para salva-guardar a integridade dos edifícios; re-feria-se ela à componente vertical da ve-locidade, medida na fundação dos edifí-cios.

Os limites de intensidade de velo-cidade de vibração de partícula variavamde 25mm/s para museus até 100mm/s paraconstruções em concreto armado.

Estudos posteriores introduziram afreqüência como parâmetro a ser avalia-do, resultando na elaboração da Tabela2, na qual o tipo de estrutura e o tipo defonte de vibração são atualmente consi-derados.

A norma introduzida em abril de1992 abrange os efeitos nos edifícios,acrescentando critérios de avaliação dosdanos materiais, mantendo, no entanto,os valores de Vp mostrados na Tabela 2.

Essa norma, utilizada mais para es-cavações em subterrâneo, no período

Figura 1 - Norma alemã DIN 4150. Estão representados os valores de velocidade devibração em mm/s em função da freqüência em Hz e das características estruturaisdos edifícios. (Fonte: Bacci, 2000, modificado de Berta, 1985).

Vel

oci

dad

e d

e V

ibra

ção

(m

m/s

)

Ed ifícios Industriais

Habitações

Monum entos e ConstruçõesDelicadas

00

20

20

40

40

60

60

80 100

Freqüência (Hz)

Tabela 2 - Valores sugeridos pela norma suíça. Os valores de Vp foram medidos parafontes de vibração de tipo ocasional. (Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Borla, 1993).

Tipo de EstruturaFreqüência

(Hz)

Velocidade máxima de vibração da

partícula (mm/s)

10-60 30

60-90 40

10-60 18

60-90 18-25

III. Habitações 30-90 12-18

10-60 8

60-90 8-12

I. Edifícios de concreto armado

II. Construções normais de edifícios

IV. Edifícios delicados


diurno, diferencia as classes de edifíci-os, as classes de repetitividade do fenô-meno (ocasional, freqüente e permanen-te) e os campos de freqüência de veloci-dade da partícula. Acrescenta a distin-ção dos efeitos das vibrações, nas pes-soas, no terreno e nos aparelhos que seencontram nos edifícios e propõe, ainda,uma atualização da metodologia de cole-ta de dados e dos critérios de determina-ção e avaliação dos danos materiais.

5. RecomendaçõesFrancesas

Atualmente, estão em vigor na Fran-ça duas recomendações diferentes. Arecomendação sugerida pela AFTES(Association Fraçaise des Travaux enSouterrain), de 1974, e a Circular, pro-posta pelo Ministério do Ambiente, emjulho de 1986, ampliada em setembro de1993.

A recomendação AFTES subdivi-de os edifícios em três classes:

a) Tipo A - edifício de baixa qualidademecânica (muros deformados).

b) Tipo B - construções de média quali-dade mecânica (sem deformações apa-rentes).

c) Tipo C - construções de boa qualida-de mecânica (fundações profundas).

Os limites sugeridos de velocidadesão mostrados na Figura 2.

As três curvas possuem um pontode inflexão na abscissa, que é o valordiscriminante de freqüência, em N=10Hz.Para N<10Hz, o critério de dano é basea-do na amplitude de oscilação. ParaN>10Hz, tal critério é baseado no valorde velocidade da partícula.

O valor discriminante de freqüên-cia a 10Hz é arbitrário, ignorando os fe-nômenos de ressonância que podemsurgir nas estruturas.

Para cada tipo de construção, ad-mite-se, conforme o tipo de terreno, avelocidade de vibração da partícula mos-trada na Tabela 3.

A Circular do Ministério do Ambi-ente (de julho de 1986) divide as cons-truções em três classes - resistentes, sen-

síveis e muito sensíveis -, para as quais,porém, os limites máximos de velocidadesão estabelecidos em função de três di-ferentes bandas de freqüência: de 4 a 8Hz;de 8 a 30Hz e de 30 a 100Hz. Nessa dire-tiva o valor de Vp é definido em funçãoda freqüência (Tabela 4).

A circular não é específica para ostrabalhos com explosivos em cavas. Sen-do assim, uma lei sucessiva (n° 93-3 de

04/10/93) e uma nova circular (de setem-bro de 93) estenderam a Circular anterioràs cavas, com os seguintes valores:

• para f compreendida entre 2 e 8Hz:Vp = 5mm/s;

• para f compreendida entre 8 e 30Hz:Vp = 9 mm/s;

• para f compreendida entre 30 e 159Hz:Vp = 12 mm/s.

Tabela 3 - Valores de velocidade de vibração de partícula, segundo a AFTES, 1974.(Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Weber et al. 1974; in Fornaro, 1980).

Tipo de terreno (VL – velocidade de propagação da

onda em m/s)

A B C

1500 2,5 7,5 25,0

3000 5,0 15,0 50,0

4500 7,5 22,5 75,0

A - edifício de baixa qualidade mecânica.B - edifício de média qualidade mecânica.C - edifício de alta qualidade mecânica.

Tipo de construção e Vp (mm/s)

Figura 2 - Diagrama proposto pela AFTES das vibrações admitidas para as três classesde estrutura (Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Anon,1974; in Borla, 1993).

Freqüência (Hz)

10010

10

1

100

Vm ax 5m m/s

Vm ax 15 mm /s

Vm ax 50 mm /s

75 mm/s

2,5 m m/s

1


Existe, ainda, um outro projeto derecomendação, datado de outubro de1991, relativo às vibrações em minera-ção, recomendando a limitação das vi-brações induzidas nas estruturas, a fimde garantir a sua integridade (Figura 3).

Os limites propostos, contrariamen-te às normas precedentes, classificam asestruturas em função da sensibilidadeàs vibrações, em dois tipos: sensíveis eresistentes (excluem-se os edifícios devalor histórico e construídos sem fun-dação).

6. Norma Portuguesa(NP-2074)

Datada de 1983, a norma portugue-sa segue, em linhas gerais, a norma ale-mã DIN 4150, determinando, em particu-lar, um critério de controle dos parâme-tros característicos das vibrações pro-duzidas em minerações e seus efeitosnos edifícios.

Os valores-limites são estabeleci-dos de acordo com as características dascondições da fundação, do tipo de cons-trução e das forças dinâmicas.

Esteves (1994) propôs, além da con-sideração das características anterior-mente mencionadas, a consideração dafreqüência. O parâmetro usado para ava-liar o nível de vibração é a soma vetorialdas três componentes ortogonais da ve-locidade de partícula, ou simplesmentetomando-se o valor máximo de cada eixo.O resultado desse estudo é mostrado naTabela 5.

7. Norma Sueca(SS4604866)

A norma sueca foi aprovada em1989 e revisada em 1991.

Essa norma prevê a medida da com-ponente vertical do vetor de velocidadede vibração da partícula como parâme-tro de controle das vibrações nos edifí-cios (Borla, 1993).

Os níveis estipulados não conside-ram, entretanto, a perturbação nos sereshumanos ou possíveis danos em apare-lhos sensíveis.

Em particular, o valor da velocida-de medido deve resultar menor que avelocidade V calculada como segue:

V = V0 F

k F

d F

t(2)

onde:

V0 = velocidade em mm/s, extraída de uma

tabela, variando entre 18 e 70mm/s.

Fk = tipo de construção (por exemplo:

edifício industrial, habitação, edifício his-tórico, etc.) e do material usado na cons-trução.

Fd = distância entre o ponto de detona-

ção e a captação.

Ft = ambiente de trabalho (galeria, cava,

etc.).

Tabela 4 - Limites de velocidade de vibração de partícula (Vp) sugeridos pela Circulardo Ministério do Ambiente francês (Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Kiszlo, 1993, inBorla, 1993).

4-8 8-30 30-100

Edifícios resistentes 8 12 15

Edifícios sensíveis 6 9 12

Edifícios muito sensíveis 4 6 9

Freqüência (Hz)Tipos de construções

Vp (mm/s)

Figura 3 - O diagrama representa os valores de velocidade de vibração admitidos,sugeridos pelo projeto de recomendação francês relativo às vibrações induzidasapenas da detonação em pedreiras. As curvas tracejadas representam o limite inferior,que, para as duas categorias de edifício, pode ser superado com uma probabilidade de10% (Fonte: Bacci, 2000, modificado de Anon, 1991; in Borla, 1993).

Freqüência (Hz)

Vel

oci

dad

e d

e p

artí

cula

s (m

m/s

)

11

2

2

3

5

10

20

50 1005 10 20

50

100

200

1

2

1- Edifícios resistentes2 - Edifícios sensíveis


Todos os coeficientes definidosanteriormente são extraídos de tabelas,as quais foram elaboradas a partir de tra-balhos práticos.

Não estão previstos coeficientesespecíficos que levem em conta a fre-qüência de vibração ou que consideremo tipo de fonte de vibração (irregular oucontínua). No entanto, os parâmetros F

d

e Ft levam essas questões em considera-

ção, uma vez que a freqüência principalé função da distância e da natureza doterreno, e a duração e repetitividade doseventos dependem do tipo de explosivoutilizado, ou seja, a fonte de energia.

A Tabela 6 mostra a compilação doslimites recomendados, usados na Sué-cia para desmontes em rochas em áreasresidenciais normais, definidas comoaquelas que são ocupadas por casas com

fundação e vigas de concreto, paredesexternas de tijolos com reboco ou con-creto leve.

Para casas antigas, com fundaçõesde baixa qualidade, o valor de Vp permi-tido é reduzido de 70mm/s para 50mm/se, no caso de edifícios de concreto leve,o limite chega a 35mm/s. Muitos valoresque ultrapassaram 110mm/s, nos estu-dos de definição dessa norma, foram re-

Tabela 6 - Valores-limites para Vp na componente vertical (mm/s), para danos em estruturas civis (Fonte: Bacci, 2000, adaptado deLangefors e Kihlstrom, 1963; in Persson et al., 1994).

Tabela 5 - Limites dos valores de vibração de partícula em mm/s (Fonte: Bacci (2000), adaptado de Esteves, 1994).

Solos incoerentes (areias inconsolidadas)

Solos de consistência muito dura, dura e média; solos compactos incoerentes

Solos de alta coerência e rochas

Velocidade da onda Cp < 1000 m/s 1000 < Cp< 2000 m/s Cp > 2000 m/s

< 10 10 a 40 > 40

Construções que requerem cuidados especiais

(monumentos históricos, museus, prédios muito altos)

3 5 10

Construções normais (habitações)

5 10 20

Construções reforçadas (prédios a prova de terremotos)

15 30 60

Tipo de solo

Freqüência (Hz)Tipos de construção

Granito

Areia Ardósia Gnaisse

Cascalho Calcários Calcários duros

Silte Quartzitos arenosos

Diabásios

18 35 70 Nenhum tipo de rachadura

30 55 110 Rachaduras finas e queda de reboco

40 80 160 Rachaduras maiores

60 115 230 Sérias rachaduras

Possíveis danos observados em residências


gistrados sem causar nenhum tipo dedano em construções com fundaçõessólidas. Construções de concreto arma-do, escavadas diretamente em rocha,puderam suportar valores de Vp acimade 150mm/s.

O valor-limite recomendado paraáreas residenciais normais é de 50mm/spara freqüências acima de 40 Hz.

8. Normas InglesasAs normas britânicas mais relevan-

tes são: BS 5228 (1997) - Controle deRuído e Vibração em Construções e Áre-as a Céu Aberto; BS 6472 (1992) - Guiapara Avaliação da Exposição Humanaà Vibração em Edifícios; BS 7385 (1990)- Avaliação e Medições de Vibração emEdifícios.

A norma BS 7385, Parte 1 (1990),discute as medições de vibração em edi-fícios em termos gerais, com maior aten-ção para a investigação de danos, dadana BS 7385, Parte 2 (1993), e para a per-cepção humana na BS 6472 (1992). Defi-ne quatro parâmetros que podem ser uti-lizados para definir a magnitude da vi-bração no terreno, sendo estes: deslo-camento, velocidade e aceleração de par-tícula e freqüência. O parâmetro mais uti-lizado em todas as normas e a velocida-de máxima (Vp), medida em três direções:longitudinal, vertical e transversal. Se-gundo essa norma, os registros são fei-tos fora da propriedade, no terreno ime-diatamente adjacente ao local da deto-nação. Se existirem reclamações, podeser necessário monitorar a vibração den-tro da propriedade no local onde os re-clamantes considerarem os efeitos maisnotáveis.

O limite de variação da freqüência éde 5 a 40Hz, com níveis predominantesde 20 a 30Hz no caso de rochas maisduras e de 5 a 15Hz no caso de minera-ções de rochas com menor competência.

A norma BS 7385 (1993) define trêstipos de danos em residências: danoscosméticos, danos menores e danosmaiores ou estruturais. Esses valores sãobaseados em termos de Vp e freqüência.Para danos cosméticos, os valores-guiasão de 15mm/s a uma freqüência de 4Hz,

aumentando para 20mm/s a 15Hz e 50mm/s para f>40Hz. Danos menores são pos-síveis com magnitudes de vibração mai-ores que duas vezes aquelas dadas paraos danos cosméticos; danos maiores, oudanos à estrutura, são possíveis quan-do os valores são maiores que quatrovezes os valores estipulados para danoscosméticos.

A Norma BS-5228 - Parte 4 (1992)recomenda que estruturas livres e flexí-veis apresentem patamares-limites (aci-ma dos quais ocorrerão danos) de 20mm/s para vibrações intermitentes e 10mm/spara vibrações contínuas, enquanto queas construções pesadas e rígidas apre-sentem patamares superiores a 30mm/spara vibrações intermitentes e 15mm/spara vibrações contínuas. Em baixas fre-qüências (abaixo de 10Hz), grandes des-locamentos e deformações elevadas ne-cessitam de valores de Vp mais baixos(50% menores), enquanto que em altafreqüência (acima de 50Hz) deformaçõesbem menores permitem que o limite deVp aumente (100% maior).

Esses níveis de vibração referem-se ao valor máximo em um elemento desustentação da estrutura, em nível do ter-reno ou das fundações que se propa-gam nas direções vertical, longitudinal etransversal. Um valor da componentevertical de Vp superior a 20mm/s, duran-te a cravação de estacas, por exemplo,pode ser tolerado (com muita cautela pararebocos antigos) em andares intermedi-ários.

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Artigo recebido em 06/11/2002 eaprovado em 15/02/2003.

principais normas e recomendações existentes para o controle de

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