tcc desmonte de contorno
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Universidade Federal do Pará
Campus Universitário de Marabá
Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente
Davi Rosário Estevam
Desmonte de Contorno
Marabá
2009
Davi Rosário Estevam
Desmonte de Contorno
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para
obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de
Minas e Meio Ambiente do Campus Universitário de
Marabá da Universidade Federal do Pará.
Área de Concentração: Perfuração e Desmonte de
Rochas.
Orientador: Prof. Msc. Marinésio Pinheiro de Lima.
Marabá
2009
Dados Internacionais de Catalogação-na-Publicação (CIP) Biblioteca II do CAMAR/UFPA, Marabá, PA
Estevam, Davi Rosário Desmonte de contorno / Davi Rosário Estevam ; orientador, Marinésio Pinheiro de Lima. — 2009.
Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Federal do Pará, Campus Universitário de Marabá, Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente, Marabá, 2009.
1. Rochas - Minas e mineração. 2. Minas e recursos minerais. 3. Mineração a céu aberto. I. Lima, Marinésio Pinheiro de, orient. II. Título.
CDD: 20. ed.: 552
Davi Rosário Estevam
Desmonte de Contorno
Data de Aprovação:
Banca Examinadora:
_________________________-Orientador
Marinésio Pinheiro de LimaMestre Universidade Federal do Pará
_________________________
Clesianu Rodrigues de LimaMestreUniversidade Federal do Pará
_________________________
Lucinewton Silva de MouraDoutorUniversidade Federal do Pará
À honra do Deus de Israel, criador dos céus e da Terra e detentor de toda sabedoria e
conhecimento.
AGRADECIMENTOS
Ao grande Deus de Israel, meu Deus, por me inspirar e conceder grandes
oportunidades.
À minha família por me apoiar e contribuir para o meu êxito.
Aos professores do Campus Sul e Sudeste do Pará, em especial aos da
Faculdade de Engenharia de Minas e Meio Ambiente, pelos conhecimentos
transmitidos ao longo do curso de graduação.
“Formação é importante, informação é muito mais”.
Davi Rosário Estevam
SUMÁRIO
RESUMO 8
ABSTRACT 9
LISTA DE FIGURAS 10
LISTA DE TABELAS 11
1 INTRODUÇÃO 12
2 JUSTIFICATIVA 14
3 OBJETIVOS 15
3.1 OBJETIVO GERAL 15
3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 15
4 REVISÃO DA LITERATURA 15
4.1 MECANISMOS RESPONSÁVEIS PELA SOBRE-ESCAVAÇÃO 15
4.1.1 Ruptura por sobretri turação e fissuramento 16
4.1.2 Ruptura por lasqueamento 16
4.1.3 Abertura das fissuras por ação dos gases 18
4.1.4 Fraturamento por alívio de carga 19
4.2 TEORIA DO DESMONTE DE CONTORNO 20
4.3 TIPOS DE DESMONTE DE CONTORNO 21
4.3.1 Pré-corte convencional 21
4.3.2 Pré-corte com air-deck 25
4.3.3 Recorte ou Pós-Corte 27
4.3.4 Desmonte amortecido 30
4.3.5 Perfuração em l inha 31
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES 31
6 CONCLUSÕES 36
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 37
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 38
GLOSSÁRIO 39
ANEXO 40
RESUMO
A abordagem da pesquisa contempla a apresentação dos métodos mais conhecidos
e uma comparação entre os espaçamentos praticados no pré-corte convencional, no
pré-corte com air-deck e no pós-corte. A análise das características dos métodos,
juntamente com a ponderação referente à qualidade dos resultados, possibilitou a
determinação do método que apresenta a melhor relação custo/benefício para as
atividades de mineração à céu aberto. Os resultados da pesquisa apontam o pré-
corte com air-deck como o melhor método de desmonte de contorno e evidenciam a
superioridade desse método, principalmente quando se utilizam furos com diâmetros
maiores.
Palavras-chave: Desmonte de contorno. Espaçamento. Pré-corte. Air-deck. Pós-
corte. Custo/benefício.
ABSTRACT
The research approaching contemplate a presentation of the most known methods
and a comparison between spacing used in conventional pre-split, air-deck pre-split
and after-split. The analysis of methods characteristics, joined with ponderation about
quality results, possibilited to determine the method that have the best ratio
cost/benefit for the open mining activities. The results of research indicate air-deck
pre-split as the best wall control method and evidenced the superiority of this
method, principally when utilize holes with biggest diameters.
Key-words: Wall control blast. Spacing. Pre-split. Air-deck. After-split. Cost/benefit.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 – Resultante devido à colisão das ondas de choque 20
Figura 02 – Pré-corte 22
Figura 03 - Tipos de carregamento dos furos no pré-corte com air-deck 25
Figura 04 – Exemplo de pós-corte 28
Figura 05 – Exemplo de desmonte amortecido 30
Gráfico 01 – Pré-corte com Air-Deck x Pré-corte Convencional 33
Gráfico 02 – Pós-corte x Pré-corte Convencional 34
Gráfico 03 – Pré-corte Com Air-Deck x Pós-corte 35
Gráfico 04 – Comparativo Geral 35
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 – Velocidade de Partícula nas Rochas 18
Tabela 02 – Carregamentos e Espaçamentos Sugeridos
Para o Pré-corte Convencional
23
Tabela 03 – Cargas Recomendadas e Geometria dos Furos
Para o Pós-corte
29
Tabela 04 - Espaçamentos Praticados no Pré-corte Com
Air-deck.
32
1 INTRODUÇÃO
Os explosivos têm desempenhado um grande auxílio às explotações
mineiras, pois podem ser utilizados para desmontar rochas que demandariam muitos
recursos, sejam financeiros, humanos ou materiais, para serem fragmentadas por
outros métodos.
Nos trabalhos em rocha, frequentemente, os profissionais envolvidos
deparam-se com situações de instabilidade no maciço que podem ter causa natural,
antrópica ou uma combinação das duas. Assim sendo, se faz necessário estabilizar
essas áreas. Para tanto, existem várias técnicas que podem ser empregadas, como,
por exemplo, escoramento, atirantamento por cabos de aço e parafusamento de
rochas.
Há um conjunto de métodos, contudo, que elimina ou minimiza a
necessidade de implantação dos recursos citados anteriormente, trata-se do
desmonte de contorno, que visa gerar taludes e paredes estáveis através de
detonações controladas.
Ao contrário dos desmontes de produção, o desmonte de contorno não visa
fragmentar as rochas, mas sim cortar o maciço rochoso para gerar uma parede ou
talude com boas condições de estabilidade.
Nos desmontes de produção, os mesmos explosivos que ajudam os
mineradores também podem causar danos estruturais nos maciços rochosos, pois
além de fragmentar e movimentar as rochas, as detonações dispensam grande parte
de sua energia para criar novas fraturas e planos de fraqueza, além de expandir
juntas, diaclases e planos de estratificação que anteriormente ao desmonte não
eram críticas, porém, passam a comprometer a coesão e a estabilidade do maciço
rochoso. Isto se manifesta na forma de sobre-escavação, que gera um estado
potencial de colapso.
Segundo Jimeno et al. (1994), a falta de controle nos limites de um
desmonte de produção pode acarretar os seguintes problemas:
•Maior diluição do minério com estéril nas zonas de contato em minas que
explotam minerais metálicos.
12
•Aumento do custo de carregamento e transporte, em decorrência do incremento
do volume de material desmontado.
•Necessidade de reforçar a estrutura rochosa remanescente através de
dispendiosos sistemas de sustentação, como malhas metálicas, escoramento,
tirantes, parafusamento, etc.
•Maior risco para o pessoal em operação.
•Aumento do fluxo de água para a área de trabalho devido à abertura e
prolongação das fraturas e descontinuidades no maciço rochoso.
Portanto, o desmonte de contorno é reconhecido, pelos profissionais que
desenvolvem trabalhos em rocha, como um conjunto de técnicas de grande
importância.
A elaboração do trabalho dividiu-se em três etapas, sendo que a primeira
consistiu em realizar uma pesquisa bibliográfica em grandes obras na área de
perfuração e desmonte, nas quais foram obtidas informações sobre teorias que
explicam o funcionamento dos desmontes de contorno.
Nessas obras normalmente estão contidas impressões e opiniões dos
autores sobre as técnicas de desmonte de contorno que, por geralmente estarem
baseadas em experiências reais, essas informações são de grande valor e
receberam a devida atenção.
A segunda etapa consistiu em definir, com base na pesquisa bibliográfica,
os principais métodos de desmonte de contorno. A determinação dos métodos
principais baseou-se fundamentalmente no grau de utilização dos mesmos, ou seja,
considera-se que os principais métodos são aqueles que são mais utilizados. Um
outro passo da segunda etapa, foi gerar uma tabela com os espaçamentos entre
furos praticados no método de pré-corte com air-deck, o cálculo foi feito a partir da
fórmula recomendada por Silva (2007):
Espaçamento = K x Diâmetro dos furos (em metros)
“K” é uma constante que pode variar de 16 a 24, sendo que os
espaçamentos foram calculados utilizando-se um valor intermediário: 20.
13
Os valores utilizados para o diâmetro dos furos foram os seguintes: 51, 64,
76, 89, 102 e 114 mm.
A terceira etapa fundamentou-se em comparar os métodos principais em
função dos espaçamentos praticados, já que essa variável exerce forte influência
nos custos finais dos métodos de desmonte de contorno, e também na qualidade
dos resultados, informação que foi obtida a partir de relatos das experiências reais
dos autores pesquisados. Com isso foi possível determinar qual o método apresenta
a melhor relação custo/benefício.
2 JUSTIFICATIVA
A segurança tem ganhado cada vez mais importância nas obras de
engenharia, sendo que, naquelas onde há escavação em rocha, existe um grande
cuidado envolvendo as condições estruturais do maciço rochoso e a estabilidade
dos taludes.
No passado, grandes acidentes ocorreram e para evitá-los no contexto
atual, o desmonte de contorno é um dos recursos mais utilizados, porque pode
elevar a estabilidade dos taludes e paredes das obras em rocha, melhorando, assim,
as condições de segurança em ambientes de trabalho como, por exemplo, em uma
mina.
De acordo com Jimeno et al. (1994), através da prática do desmonte de
contorno, pode-se obter as seguintes vantagens:
•Elevação do ângulo de talude, o que possibilita um aumento na recuperação
das reservas, pois, dependendo do tipo de depósito, proporciona uma menor
relação estéril/minério.
•Há uma redução no risco de queda de blocos oriundos do talude, isso gera
reflexos na segurança e na produtividade em uma mina.
Por essas razões, a necessidade de um estudo sobre as técnicas de
desmonte de contorno encontra respaldo tanto nas questões de segurança quanto
nas econômicas.
14
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GERAL
Dispor de um acervo bibliográfico completo e atualizado sobre desmonte de
rochas, aí incluido o tema Desmonte de Contorno, é de extrema importância tanto
para os estudantes quanto para os profissionais de engenharia de minas, porém isso
nem sempre é possível, visto que os materiais literários em português são escassos
e os escritos em idioma estrangeiro nem sempre são de fácil acesso.
Assim sendo, têm-se por objetivo geral fazer um levantamento das técnicas
de desmonte de contorno utilizadas atualmente, abordar suas características e
relatar informações sobre o desempenho desses métodos em diferentes condições
de trabalho .
3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO
Feito o levantamento das técnicas mais utilizadas atualmente, têm-se por
objetivo específico determinar qual método apresenta a melhor relação
custo/benefício para as atividades de mineração com base na comparação dos
dados sobre o espaçamento entre furos praticados nesses métodos e também na
qualidade dos resultados obtidos com cada um deles.
4 REVISÃO DA LITERATURA
4.1 MECANISMOS RESPONSÁVEIS PELA SOBRE-ESCAVAÇÃO
Os mecanismos responsáveis pelos fenômenos de sobre-escavação e
fraturamento do maciço estão ligados aos fenômenos de ruptura da rocha que se
desenvolvem durante o desmonte.
De acordo com Jimeno et al. (1994), para controlar a sobre-escavação
deve-se atentar para:
15
•Não ultrapassar a resistência de compressão dinâmica da rocha que envolve a
carga de explosivo.
•Manter um nível de vibrações no maciço residual que não gere rupturas por
lasqueamento.
•Utilizar explosivos adequados ao tipo de rocha, para evitar a abertura de
fissuras por excesso de gases.
4.1.1 Ruptura por sobretri turação e f issuramento
Ao redor do furo, frequentemente, se forma uma zona anular triturada ou de
material intensamente comprimido. Isso ocorre quando a tensão máxima da onda de
compressão radial, que se expande cilindricamente, excede a resistência a
compressão dinâmica ou limite plástico do material rochoso.
Quando a frente da onda de tensão se propaga, um volume cilíndrico de
rocha ao redor do furo é submetido a uma intensa compressão radial,
desenvolvendo–se esforços de tração tangenciais. Se essas tensões superam a
resistência dinâmica à tração da rocha, forma-se uma zona com alta densidade de
fraturas radiais. Esta zona termina de forma brusca a uma distância em que a tensão
tangencial da onda já não é capaz de criar novas fissuras (Jimeno et al., 1994).
4.1.2 Ruptura por lasqueamento
Segundo Jimeno et al. (1994), quando a onda de compressão alcança uma
frente livre efetiva, reflete-se criando uma onda de tração. Se esta onda é intensa o
suficiente, produz-se o lasqueamento, ou “spalling”, que se propaga desde a frente
livre até o furo.
As vibrações produzidas em um desmonte podem gerar a ruptura por
lasqueamento se a tensão produzida supera a resistência dinâmica a tração da
rocha, sendo que a tensão é representada pela equação 01:
σ = v x E / VC = ρ r x v x VC (01)
16
Onde:
σ = tensão induzida na rocha (MPa).
v = velocidade de partícula transmitida à rocha (mm/s).
E = Módulo de elasticidade da rocha (MPa).
VC = Velocidade longitudinal de propagação da rocha (m/s).
ρ r = Densidade da rocha (g/cm3).
É preciso levar em consideração a influência da natureza do cimento das
juntas e planos de descontinuidade, estabelecendo-se os valores de tensão da onda
transmitida e refletida, assim têm-se as equações 02 e 03:
σ t = 2 [σ i / (1 + nz’ )] (02)
σ r = σ i [(1 - nz’) / (1 + nz’ )] (03)
Onde:
nz’ = Relação de impedâncias na rocha.
σ i = Tensão da onda incidente (MPa).
σ t = Tensão da onda transmitida (MPa).
σ r = Tensão da onda refletida (MPa).
A determinação da velocidade de partícula crítica pode ser feita a partir da
equação 04:
Vcr it = RT’ / (ρ r x VC) (04)
Como dados orientativos, Jimeno et al. fornece as seguintes velocidades
críticas para diferentes tipos de rocha, Tabela 01:
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Tabela 01 – Velocidade de partícula nas rochas
TIPOS DE ROCHA/JUNTAS VELOCIDADE DE PARTÍCULA CRÍTICA
(mm/s)Rochas brandas, juntas frágeis. 400Rochas médias a duras e juntas
frágeis.
700-800
Rochas duras e juntas fortes e
cerradas. 1000Fonte: Jimeno et al. (1994).
4.1.3 Abertura das fissuras por ação dos gases
A ação dos gases a alta pressão e temperatura, abrindo as fraturas pré-
existentes e as criadas pela onda de compressão, podem afetar bastante o controle
da sobre-escavação. Por isso, em rochas brandas e muito fraturadas deve-se utilizar
explosivos que produzem um pequeno volume de gases.
Em razão das concentrações de tensão nas extremidades das fraturas
aumentarem com o seu comprimento, a fenda mais longa é a menos estável e
requer uma pressão de gases menor para a sua propagação. Portanto, fraturas mais
extensas sempre se estendem primeiro e se propagam a uma velocidade maior que
as fraturas adjacentes mais curtas. Quanto mais elas avançam, maior é a diferença
de velocidade.
Quando uma fissura aberta intercepta um furo ao lado de sua carga, altos
fluxos de gás causam a esta fissura uma expansão preferencial pela ação de
alargamento.
As extensões de fendas geradas pela detonação são, em muitos casos,
mascaradas por juntas ou camadas finas. Além disso, fissuras tais como juntas ou
planos de acamamento frequentemente estão entre as causas da sobre-escavação,
cujas dimensões são também influenciadas por esses elementos estruturais. Em
razão do desenvolvimento da fratura principal ser ao longo dessas fissuras, a zona
de sobre-escavação tem uma espessura uniforme apenas onde essas fissuras estão
pouco espaçadas e uniformemente distribuídas pelo maciço rochoso. Onde as
fissuras estão amplamente espaçadas e distribuídas sem uniformidade, a
18
fragmentação na zona de sobre-escavação, que passa a ter uma espessura
variável, é grosseira e o perfil da face formada é irregular.
Os gases da explosão a alta pressão usam as fendas radiais e quaisquer
fissuras que cruzem a seção carregada de um furo como rotas de acesso para fenda
externa produzida pela onda de deformação e para a rede de fissuras fora da
vizinhança imediata do furo (Jimeno et al., 1994).
A invasão e ação de alargamento dos gases da explosão a alta pressão
podem aumentar as fissuras logo acima do perímetro da detonação. No caso
comum em que furos verticais são perfurados em camadas horizontais, um
empurrão para cima exercido pelos gases invasores nas laterais das fissuras
horizontais expandidas tende a causar elevação rotacional, e por isso, fraturas de
tração normal ao acamamento. A quantidade de quebra por este mecanismo
aumenta na direção do topo da bancada, com a fragilidade da rocha e com o
decréscimo no espaçamento entre divisões de planos de acamamento (Cameron,
1996).
4.1.4 Fraturamento por alívio de carga
Após a passagem da onda de deformação compressiva, ocorre um estado
de equilíbrio pseudo-estático, na qual a pressão do furo é equilibrada pela
deformação na parede do furo. Quando as rochas se deslocam em direção à frente
livre, a pressão no interior do furo cai e a energia de deformação é aliviada muito
rapidamente. Após esse fato, as rochas se expandem rapidamente para tentar
alcançar uma nova situação de equilíbrio e com isso ocorre rupturas no maciço
rochoso, preferencialmente nas juntas e planos de acamamento.
Quando grandes desmontes de múltiplas linhas são iniciados com uma
seqüência em linha, todas as cargas de uma determinada linha de furos atuam em
concordância para gerar sobre-escavação por trações paralelas e sobre o
comprimento da última linha. A ocorrência de sobre-escavação causada por alívio
de carga é menos frequente quando a rocha confinada pode ser deslocada para
frente com relativa facilidade (Cameron & Hagan, 1996).
19
4.2 TEORIA DO DESMONTE DE CONTORNO
Uma carga que pré-enche completamente um furo cria, durante a detonação
do explosivo e na vizinhança da carga, uma zona em que a resistência dinâmica a
compressão é amplamente superada e a rocha é triturada e pulverizada. Fora dessa
zona de transição, os esforços de tração associados à onda de compressão geram
um esquema de fissuras radiais ao redor de todo o furo.
Quando são duas cargas que se disparam simultaneamente, essas fissuras
radiais tendem a propagar-se por igual em todas as direções até que, por colisão
das ondas de choque no ponto médio entre os furos, produzem-se esforços de
tração complementares e perpendiculares ao plano axial, o que pode ser visto na
Figura 01. As trações no referido plano superam a resistência dinâmica a tração da
rocha, criando um novo fissuramento e favorecendo, na direção do corte projetado, a
propagação das fissuras radiais.
Figura 01 – Resultante devido à colisão das ondas de choque.
Fonte: Modifcado de Silva (2007).
Posteriormente, a extensão das fissuras é realizada pela ação de cunha dos
gases da explosão que as invadem e se infiltram nelas. A propagação preferencial
20
no plano axial junto com o efeito de abertura pela pressão dos gases permitem obter
um plano de fratura de acordo com o corte projetado.
A pressão dos gases é o elemento chave na execução do desmonte de
contorno, sendo que ela deverá ser mantida até que se complete a união das
fissuras oriundas dos furos adjacentes, o que será conseguido adequando-se o
tamanho do tampão para evitar o escape dos gases para a atmosfera (Jimeno, et al.,
1994).
Conclui-se, então, que o mecanismo de um desmonte de contorno
compreende dois fenômenos distintos, um derivado da ação da onda de choque e
outro da ação dos gases da explosão.
4.3 TIPOS DE DESMONTE DE CONTORNO
São muitas as técnicas de desmonte de contorno desenvolvidas desde os
anos 50, mas, segundo Jimeno et al. (1994), as mais usadas atualmente são:
•Pré-corte convencional e com air-deck.
•Recorte ou Pós-corte.
•Desmonte amortecido.
4.3.1 Pré-corte convencional
O método de pré-corte, ilustrado na Figura 02, consiste em gerar no maciço
rochoso uma descontinuidade ou plano de fratura antes de disparar o desmonte de
produção, através de uma linha de furos, geralmente de pequeno diâmetro e com
cargas de explosivos desacopladas.
A iniciação dos furos de pré-corte pode ser realizada junto com a do
desmonte principal, mas adiantando-a em um intervalo de tempo de 90 a 120 ms.
21
Figura 02 – Pré-corte.
Fonte: Modificado de Silva (2007).
Através da detonação das cargas do pré-corte, consegue-se separar a
rocha ao longo do limite de escavação, criando uma superfície interna além da qual
a detonação principal não fragmentará as rochas. No entanto, é necessário ressaltar
que a própria detonação das cargas do pré-corte pode causar sobre-escavação se o
espaçamento entre os furos for muito pequeno ou se houver excesso de explosivos
nos furos.
22
O pré-corte convencional pode gerar resultados satisfatórios, tanto com
relação à estabilidade quanto com a estética, em rochas maciças de alta resistência,
porém ele é um método caro e dificilmente apresenta bons resultados em terrenos
altamente fissurados.
A Tabela 02 mostra valores recomendados para o uso inicial, sendo que os
melhores valores de espaçamento e carregamento para uma situação em particular
devem ser determinados por ensaios de campo. Em formações mais facilmente
fraturáveis, por exemplo, os ensaios podem mostrar que o espaçamento fornecido
por essa tabela pode ser corrigido com um acréscimo de 25% ou mais.
Tabela 02 – Carregamentos e Espaçamentos Sugeridos Para o Pré-corte
Convencional.
DIÂMETRO DO
FURO
(mm) (”)
RAZÃO LINEAR DE
CARGA (kg/m)
DIÂMETRO
SUGERIDO DA
CARGA (mm)
ESPAÇAMENTO
ENTRE FUROS (m)
38 1 ½ 0,14 22 0,45
51 2 0,19 22 0,55
64 2 ½ 0,25 22 0,65
76 3 0,45 22 0,75
89 3 ½ 0,65 25* 0,90
102 4 0,80 29* 1,00
114 4 ½ 1,10 32* 1,10
* Cargas contínuas de emulsão, gelatina ou dinamite.
Fonte: IBRAM (1996).
Segundo Cameron & Hagan (1996), cada carga do pré-corte é geralmente
pré-posicionada em um ponto distante do local a ser detonado através da instalação
de cartuchos ou metades de cartuchos de emulsão, gelatina ou dinamite em uma
linha de cordel detonante com uma distância de 0,1 a 0,5 m entre os centros das
cargas. Se uma carga de coluna contínua com pequeno diâmetro for usada, os
cartuchos podem ser amarrados em um cordel e colocados em um tubo de plástico.
23
Atualmente, usa-se também cordéis detonantes de grande potência como
cargas inteiras de pré-corte. Estas cargas são mais eficientes quanto à distribuição
da energia. Uma carga de fundo do tipo emulsão, gelatina ou dinamite é amarrada à
extremidade do cordel de alta energia que é desenrolado até a carga de fundo
atingir o piso do furo, então o cordel é cortado do carretel e o furo é tamponado.
Os furos do pré-corte normalmente recebem um tampão com 8 vezes o
diâmetro do furo. Se o ruído e a sobrepressão atmosférica puderem ser tolerados,
os furos de pré-corte não precisam ser tamponados.
Ainda segundo Cameron & Hagan (1996), para uma melhor ação do pré-
corte, as cargas devem ser detonadas rapidamente ou simultaneamente, isso pode
ser conseguido com a ligação de todas as linhas de cordéis nos furos com a linha-
tronco de 3,6 a 5,0 g/m. Entretanto, nas situações em que as vibrações podem
perturbar residências, deve-se usar retardos de superfície de 17 ou 25 ms
(milissegundos) na linha tronco, de maneira que se tenha detonações seqüenciais
dos grupos de furos. O número de furos em cada grupo é definido de modo a se
obter uma ação de separação satisfatória ao mesmo tempo em que não exceda a
carga máxima por espera permitida. Quando o ruído deve ser minimizado, a linha
tronco de cordel deve ser coberta por areia ou pedriscos com altura de no mínimo
200 mm. Para permitir que o fraturamento pelo pré-corte desenvolva inteiramente
sua extensão, os furos devem ser iniciados pelo menos 50 ms antes da detonação
do primeiro furo do desmonte principal.
A face do pré-corte será danificada ou até mesmo destruída se os furos da
malha do desmonte de produção forem perfurados muito próximos a ela. Entretanto,
se a distância entre o pré-corte e a última linha de furos do desmonte principal é
muito grande, parte da rocha é deixada em frente à face e essa fatia de rocha pode
criar uma condição de empilhamento perigosa, sendo necessária uma nova
detonação. A melhor distância entre a linha de pré-corte e a última linha do
desmonte principal deve ser determinada por ensaios de campo.
A quebra da face do pré-corte também pode ser minimizada por um plano
cuidadoso de seqüenciamento dos desmontes. Os furos da última linha devem estar
capacitados para empurrar a rocha para frente com facilidade, deixando livre a nova
face criada pelo pré-corte.
24
4.3.2 Pré-corte com air-deck
De acordo com Jimeno et al. (1994), o início da utilização do pré-corte com
air-deck ocorreu nos Estados Unidos, durante os anos 80. Este método é uma
variação do pré-corte convencional e consiste em colocar uma pequena carga de
explosivo no fundo dos furos, deixando o resto vazio até o tampão que se inicia a
partir de um plug, que é colocado em uma posição pré-determinada, conforme se
observa na Figura 03.
Figura 03: Tipos de carregamento dos furos no pré-corte com air-deck.
Fonte: Jimeno et al. (1994).
De acordo com Jimeno et al. (1994), os princípios básicos dessa técnica
foram lançados pelos cientistas russos Melnikov e Marchenko que observaram um
melhor rendimento do explosivo, com uma maior fragmentação e lançamento da
rocha desmontada.
25
Como relata Jimeno et al. (1994), Fourney e seus colaboradores, ao
realizarem investigações sobre a estimulação de poços petrolíferos e efetuarem
ensaios em escala, comprovaram que disparando cargas no fundo de câmaras de
ar, como as dos furos, as ondas de choque se refletiam no teto do plug gerando na
rocha circundante tensões de maior duração e de 2 a 5 vezes maiores que as
registradas no fundo em que se encontravam as cargas.
Mas foi a partir de 1983, quando a Atlas Powder Co. iniciou uma série de
ensaios que conduziram a um melhor conhecimento da técnica, estendendo-se sua
aplicação a diferentes campos desde então. Em 1986, o engenheiro John Bussey,
junto a Dan Fitzgibbon, desenhou e patenteou um plug pneumático que possibilita
um tamponamento efetivo, com uma diminuição muito importante da onda aérea que
tornava o método inviável, até então, para ser utilizado em locais próximos a áreas
urbanizadas.
Como regras práticas de projeto, Jimeno et al. (1994) fornece as seguintes
equações:
E = (16 a 24) x D (05)
T = (12 a 18) x D (06)
Q = (0,39 a 1,4) x H x S (07)
A = 12 x D (08)
Sendo:
D = Diâmetro do furo (m).
E = Espaçamento (m).
T = Tampão (m).
Q = carga de explosivo no fundo do furo (kg).
A = Distância até a linha do desmonte principal mais próxima (m).
Nesses esquemas, somente se carrega com explosivos entre 10 e 15% do
volume do furo, o que se traduz em economia.
Se os furos têm mais de 20 m de extensão, recomenda-se configurar os
mesmos com duas ou mais cargas para obter uma melhor distribuição da energia e
26
lograr melhores resultados. Nesses casos, aproximadamente 60% da carga deve ser
colocada no fundo dos furos.
Em relação aos plugs utilizados no tamponamento, existem os pneumáticos
e os químicos. Os primeiros são os mais utilizados e consistem em uma câmara de
borracha que se enche com ar sob pressão, quando introduzida no furo a uma
profundidade desejada. Esses plugs dispõem de uma válvula especial e
comercializam-se para diâmetros de furos entre 50 e 380 mm. Jimeno et al. (1994).
Os plugs químicos são constituídos por um cartucho com dois
componentes, isocianato e resina poliol, que ao reacionar formam uma espuma de
poliuretano. O tempo de formação é de 2 a 5 minutos, sendo que em 15 minutos se
solidifica completamente. Também se fabricam tampões de gás, conhecidos como
“gas bags”, nos quais se faz reacionar bicarbonato de sódio com um ácido fraco,
como o ácido acético, para produzir gás carbônico e assim inflar o plug que foi
conduzido a uma distância desejada por meio de uma cinta.
O pré-corte com air-deck é ainda mais vantajoso quando empregado com
diâmetros de perfuração entre 127 e 310mm, devido aos menores custos por metro
quadrado de superfície criada, obtidos pelas seguintes razões:
•Utilização de explosivos convencionais a granel, que têm menor custo do que
explosivos especiais para pré-corte.
•Maiores espaçamentos entre furos.
•Maior facilidade nas operações de carregamento dos furos, o que gera maior
produtividade nessas atividades.
O sistema de iniciação ideal consiste no emprego de tubos de choque, pois
os mesmos não danificam os plugs antes da detonação do explosivo e, por isso,
aumentam a eficiência do tampão. Jimeno et al. (1994).
4.3.3 Recorte ou Pós-Corte
A técnica de pós corte, ilustrada na Figura 04, consiste em um desmonte
com apenas uma linha de furos com cargas desacopladas.
27
Essa técnica implica no deslocamento da rocha até uma frente livre, por isso
o espaçamento entre os furos é maior que no método de pré-corte convencional e
resulta em um menor custo.
Na mineração à céu aberto, quando os furos do recorte têm o mesmo
diâmetro dos de produção, essa técnica é conhecida pelo nome de “Trim Blasting”.
Jimeno et al. (1994).
Figura 04 – Ilustração de pós-corte.
Fonte: Jimeno et al. (1994).
Todos os furos são carregados com cargas leves, bem distribuídas e
detonadas simultaneamente ou com retardos muito pequenos entre grupos de furos.
A ligação é feita, de preferência, com uma linha tronco de cordel detonante, para
remover uma berma estreita deixada no local após a execução do desmonte de
28
produção. Visando prevenir a perda de furos por desabamento das paredes, os furos
do pós-corte devem ser realizados após o desmonte principal que o cerca.
Para diâmetros de furo de 51 a 89 mm, a carga normalmente consiste de
um cordão de cartuchos de pequeno diâmetro suspensos com intervalos de 0,5 a
1,0 m em uma linha de cordel detonante. Para se obter a melhor distribuição, no
entanto, devem ser usadas colunas contínuas de 22 mm, para furos de 76 mm, ou
explosivos com 25 mm de diâmetro, para furos de 89 mm. Cameron & Hagan
(1996).
O afastamento deve ser sempre maior que o espaçamento. A extensão do
tampão normalmente varia de 0,6 a 1,0 m para furos de 51 a 89 mm de diâmetro. A
Tabela 03 mostra valores sugeridos para geometria e cargas no pós-corte.
Tabela 03 – Cargas Recomendadas e Geometria dos Furos Para o Pós-Corte.
DIÂMETRO
DO FURO
(mm) (“)
RAZÃO
LINEAR DE
CARGA (kg)
DIÂMETRO
SUGERIDO PARA
CARTUCHO (mm)
ESPAÇAMENTO
DOS FUROS (m)
DISTÂNCIA DO
AFASTMENTO (m)
38 1 ½ 0,12 22 0,65 0,90
51 2 0,24 22 0,80 1,10
64 2 ½ 038 22 1,00 1,30
76 3 0,50 22 1,15 1,55
89 3 ½ 0,70 25* 1,35 1,80
102 4 0,85 29* 1,50 2,00
114 4 ½ 1,05 32* 1,70 2,20
* Cargas de colunas contínuas de emulsão, gelatina ou dinamite.
Fonte: IBRAM (1996).
O pós-corte não apresenta normalmente o tipo de resultado tão bom
esteticamente quanto o pré-corte em rochas maciças bastante resistentes, mas
apresenta uma redução considerável na sobre-escavação e tendem a gerar
resultados melhores do que o pré-corte em rochas inconsolidadas.
O método de desmonte de contorno em questão apresenta para muitas
operações, especialmente aquelas com pequenos equipamentos e escala de
produção reduzida, uma melhor relação custo/benefício que o pré-corte
29
convencional, isso se deve principalmente ao fato de o espaçamento no pós-corte
ser maior que no pré-corte.
No entanto, a adoção da técnica de recorte ou pós-corte implica na
necessidade de retornar com os equipamentos de escavação para limpar a pilha de
material desmontado e também é necessário interromper os trabalhos na área para
efetuar a detonação. Essas questões tendem a inviabilizar o emprego dessa técnica
em minas que utilizam equipamentos de grande porte e têm grande escala de
produção.
4.3.4 Desmonte amortecido
A técnica de desmonte amortecido, ilustrada pela Figura 05, é um desmonte
semelhante ao convencional de produção, porém modifica-se o projeto da última ou
das últimas linhas, tanto na configuração geométrica que passa a apresentar uma
malha mais fechada, como nas cargas de explosivos que são menores e podem ser
desacopladas.
Figura 05 – Ilustração de desmonte amortecido.
Fonte: Jimeno et al. (1994).
30
É importante ressaltar que essa técnica não irá piorar, necessariamente, a
fragmentação e a liberação do material desmontado.
4.3.5 Perfuração em linha
A perfuração em linha é uma técnica de fratura que utiliza furos vazios de 35
a 75 mm espaçados entre si a uma distância de 2 a 4 vezes o diâmetro. Estas
perfurações tão próximas umas das outras podem atuar, em condições geológicas
adequadas, como concentradoras de tensões ou guia das fissuras para criar um
plano de fratura entre elas.
A precisão da perfuração é muito importante para obter bons resultados,
assim como a homogeneidade das rochas, já que as fraturas naturais do maciço
rochoso tendem a criar um plano de fraqueza que pode ser rompido mais facilmente
do que aquele formado pelos furos da técnica em questão.
Os desmontes principais devem ser do tipo de amortecido, com
afastamentos e espaçamentos na linha mais próxima ao plano de furos com 25 a
50% de redução em relação aos convencionais. Da mesma forma, as cargas
explosivas devem ser reduzidas em até 50%.
A principal vantagem desse método é sua aplicabilidade em situações de
alta sensibilidade do maciço rochoso, em que mesmo pequenas cargas podem
causar sobre-escavação. Por outro lado, as desvantagens são os resultados incertos
em rochas heterogêneas, o alto custo, elevado tempo de perfuração e a
necessidade de grande precisão na realização dos furos.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Constatou-se que três (3) técnicas de desmonte de contorno são as mais
usadas atualmente:
•Pré-corte convencional e com air-deck.
•Pós-corte ou Recorte.
•Desmonte amortecido.
31
O desmonte amortecido, por apresentar um índice de qualidade e um grau
de certeza de êxito muito inferiores aos demais, é o que apresenta a pior relação
custo/benefício dentre os três. Contudo, recomenda-se que o mesmo seja
empregado como complemento de outros métodos, principalmente o pré-corte, para
que o desmonte principal não danifique o plano formado por este.
Para possibilitar a comparação entre os modos principais, foi gerada a
Tabela 04 com os valores de espaçamento praticados no pré-corte com air-deck
quando utiliza-se os seguintes diâmetros: 51, 64, 76, 89, 102 e 114 mm. Os valores
de espaçamento para o pré-corte convencional e pós-corte foram fornecidos nas
Tabelas 02 e 03, respectivamente.
Tabela 04 – Espaçamentos Praticados no Pré-corte Com Air-deck.
DIÂMETRO DO
FURO
(mm) (”)
ESPAÇAMENTO ENTRE FUROS
(m)
51 2 1,02
64 2 ½ 1,28
76 3 1,52
89 3 ½ 1,78
102 4 2,04
114 4 ½ 2,28
É importante ressaltar que o espaçamento entre furos exerce forte influência
nos custos finais dos métodos de desmonte de contorno, já que quanto menor o
espaçamento, maior é o gasto com perfuração, explosivos e acessórios. Portanto, o
melhor método é, teoricamente, aquele que apresenta os maiores valores dessa
variável. Por essa razão, o espaçamento foi usado como parâmetro comparativo.
Ao fazer uma comparação entre o pré-corte convencional e o pré-corte com
air-deck verifica-se que o segundo é mais vantajoso devido ao maior espaçamento
proporcionado pelo mesmo, como é comprovado pelo gráfico 01, que fornece
valores de espaçamento em função de determinados diâmetros de furos.
32
Gráfico 01: Pré-corte com Air-Deck x Pré-corte Convencional.
Em todos os diâmetros de furos analisados, o pré-corte com air-deck
possibilita um espaçamento entre furos maior do que na técnica de pré-corte
convencional, sendo que a diferença é mais significativa à medida em que se
trabalha com furos de maiores diâmetros.
Nos gráficos 01, 03 e 04, os valores de espaçamento para o pré-corte com
air-deck são fornecidos à partir do diâmetro 51 mm, isso se deve ao fato de os plugs
utilizados nesse método apenas serem fabricados para furos com diâmetro maior
que 50 mm.
O pós-corte apresenta um custo menor que o pré-corte convencional, pois o
mesmo permite a utilização de um maior espaçamento entre furos, conforme se
observa no gráfico 02.
33
Gráfico 02: Pós-corte x Pré-corte Convencional.
Embora a técnica de pós-corte apresente menores custos para sua
execução que o pré-corte convencional, é necessário levar em consideração o
tempo que é dispensado para remover o material produzido nesse primeiro tipo
desmonte de contorno, somando-se isso ao tempo de interdição da lavra para
realizar a detonação. Em minas com grande escala de produção e que utilizam
máquinas de grande porte, esse tempo pode ser decisivo na escolha por outro
método, já que o alto custo da parada de equipamentos de grande porte anulariam
as vantagens econômicas iniciais do pós-corte em relação ao segundo método
citado.
Já comparado ao pré-corte com air-deck, o pós-corte é menos vantajoso,
pois trabalha-se com um espaçamento menor, conforme mostra o gráfico 03.
34
Gráfico 03: Pré-corte Com Air-Deck x Pós-corte.
Portanto, o método de desmonte de contorno com, teoricamente, a melhor
relação custo/benefício é o pré-corte com air-deck, porque, além de poder
apresentar resultados de boa qualidade, apresenta um custo global menor que os
outros métodos devido, sobretudo, ao maior espaçamento, o que pode ser verificado
no gráfico 04.
Gráfico 04: Comparativo Geral.
35
O gasto com a aquisição dos plugs no pré-corte com air-deck é
compensado, também, pela possibilidade de se utilizar explosivos à granel, que são
mais baratos e possibilitam um trabalho mais ágil no preparo dos desmontes, e pela
menor carga de explosivos por furo.
Apesar dos resultados apontarem a superioridade de um dos métodos, é
preciso avaliar e adaptar para realidade local os métodos em questão, pois existe
uma grande abundância de situações em decorrência de variações nos tipos de
rocha e nos parâmetros geotécnicos dos maciços rochosos e essas variações
podem afetar o desempenho dos desmontes de contorno.
Como exemplo, o pré-corte apresenta resultados excelentes em rochas
competentes e maciças, porém pode apresentar resultados sofríveis em maciços
rochosos altamente fissurados.
6 CONCLUSÕES
As técnicas de desmonte de contorno são de grande importância na obtenção de
taludes e paredes mais estáveis, o que permite ao engenheiro de minas elaborar
planos de explotação mais viáveis economicamente, já que é possível incrementar
os ângulos de talude, e gerar condições de trabalho mais seguras na lavra.
São três os métodos mais utilizados, no entanto, um deles se sobressai por
combinar menores custos globais com bons resultados, trata-se do pré-corte com
air-deck. Quando se fala em bons resultados, refere-se, primeiramente, às boas
condições de estabilidade do maciço rochoso remanescente e, depois, a aparência
do mesmo.
Os resultados variam em função das características geológicas, principalmente
aquelas referentes a quantidade e a orientação dos planos de fratura do maciço
rochoso.
Os métodos de desmonte de contorno apresentam melhores resultados em rochas
maciças, já em rochas muito fraturadas e intemperizadas há dificuldades em se
obter um talude suave, contudo, mesmo nessas situações, os métodos de contorno
geram taludes mais estáveis do que aqueles que seriam gerados com um desmonte
de produção isoladamente.
36
É fundamental desenvolver um estudo específico para cada caso e amenizar as
adversidades geradas por um contexto geológico desfavorável através de um
projeto mais conservador das variáveis dos desmontes de contorno.
O engenheiro deve ter conhecimento e perícia para identificar condições
geotécnicas desfavoráveis a um bom resultado e, assim, fazer os ajustes
necessários para obter êxito no desmonte de contorno.
7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestão para trabalhos futuros recomenda-se a elaboração de um
estudo de caso onde se faz uma mensuração da economia que se pode ter em uma
das minas existentes na região sul do Pará ao substituir o pré-corte convencional ou
o pós-corte pelo método de pré-corte com air-deck.
37
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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CAMERON, A. & HAGAN, T. Curso Internacional: Tecnologia de desmonte de rochas com explosivos para minas a céu aberto e subterrâneas. Belo Horizonte: IBRAM, 1996.
CAMERON, A. & HAGAN, T. Curso Internacional: Tecnologia de desmonte de rochas com explosivos- 1ª parte. São Paulo: IBRAM, 1994. 117p.
CAMERON, A. & HAGAN, T. Curso Internacional: Tecnologia de desmonte de rochas com explosivos- 2ª parte. São Paulo: IBRAM, 1995. 67p.
CRVD up Data. Companhia Vale do Rio Doce, 2005.
HUDSON, J. AND HARRISON, J. Engineering Rock Mechanics: An Introduction to the Principles. New York: Redwood Books, 1997. 440p.
JIMENO, L.J. et al. Manual de Perforacion y Voladura de Rocas. Instituto Tecnolológico Geominero de España, 2ª edição, Espanha, 1994. 541p.
SILVA, V.C. Curso DEMIN 210 - Operações Mineiras. Universidade Federal de Ouro Preto, Minas Gerais, 2007.
LOTURCO, B. Talude Seguro. Revista Techne 83, Fevereiro, 2004.
WALLE, M. & JENNINGS, N. Safety and Health in Small-scale Surface Mines – A Handbook.International Labour Office, Geneva, 2001.
SOUZA, J. C. Aposti la da Discipl ina: Métodos de Lavra à Céu Aberto.Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2001.
CONDE, M. et al. Correlação Entre o Comportamento Mecânico dos Agregados e das Rochas Originais. 9° Congresso Nacional de Geotecnia, Aveiro, 2004.
KONYA, C. J. & ALBARRÁN, E. Diseño de Voladuras.Ediciones Cuicatl, Dezembro, 1998.
POWER PLUG. Disponível em: <http://www.powerdeckcompany.com/powerPlug.html>. Acesso em 16 jun. 2009.
GLOSSÁRIO
Afastamento – Distância entre uma linha de furos até a frente livre.
Banco – Unidade básica da explotação, constituído por um plano vertical, ou frente,
e um plano horizontal.
Cordel detonante – Cabo com cobertura de plástico e preenchido com explosivo de
alta velocidade e potência, usado para iniciar as cargas de explosivo e transmitir a
detonação.
Desacoplamento – Separação entre a superfície de uma carga de explosivo e a
parede do furo em que se encontra.
Espaçamento – Distância entre furos de uma mesma linha de perfuração.
Fratura – Plano de descontinuidade ou ruptura da rocha dentro de um maciço.
Furo – Vazio cilíndrico feito na rocha para alojar explosivo.
Juntas – Planos de fraqueza em um maciço rochoso que não oferece nenhuma
resistência à separação.
Onda aérea – Sobrepressão de ar que se produz durante um desmonte.
Talude – Superfície vertical ou inclinada compreendida entre o pé e crista de um
banco.
Tampão – Parte de um furo que é preenchida com material inerte.
Tubo de choque – Sistema de iniciação dos detonadores em que a energia é
transmitida por meio de uma onda de choque que se desloca dentro de um tubo de
plástico.
ANEXO A – EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE PRÉ-CORTE COM
AIR-DECK
Espaçamento dos furos: (16 a 24) vezes o diâmetro do furo (em metros);
Longitude do tampão: (12 a 18) vezes o diâmetro do furo (em metros);
Carga de explosivos por furo (Q): (0,4 a 1,4) x H x E (em kg), sendo: H =
prof. do furos, E = espaçamento;
Distância da linha do pré-corte à linha de furos mais próxima de produção: 12
vezes o diâmetro do furo (em metros).
Exemplo do cálculo do pré-corte com o sistema AIR DECK:
Considerando os seguintes dados na realização de um desmonte escultural
com o sistema AIR DECK:
Diâmetro dos furos: 6” = 0,1524 m; Profundidade dos furos (H): 15 m; Número de
furos: 17.
Para efeito de cálculo utilizaremos os valores médios das regras práticas na
determinação dos seguintes parâmetros:
Espaçamento entre os furos (E): 20 x 0,1524 = 3,0 m
Longitude do tampão (T) ou posição do plug em relação ao topo do furo:
15 x 0,1524 = 2,3 m
Carga de explosivos por furo (Q): 0,9 x 15 x 3,0 = 40,5 kg
Distância à linha de furos mais próxima de produção: 12 x 0,1524 = 1,8 m
Carga total de explosivo: 40,5 kg/furo x 17 furos = 688,5 kg