Embed Size (px)
Citation preview
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
1
USO DE ARTIFÍCIO PIROTÉCNICO PARA DESMONTE DE ROCHA EM ZONAS URBANAS DE ALTA COMPLEXIDADE – PORTO ALEGRE – RS
Rudolf G. Schaarschmidt 1; João Paulo Zanette Oppermann 2; Luciano Barsé 3;
Enrique Munaretti 4; Jair Carlos Koppe 5
Resumo – Esse estudo de caso foi conduzido em duas obras civis de alta complexidade no município de Porto Alegre – RS, Brasil. A sensibilidade dos locais devido à zona residencial densamente povoada exigiu o uso de artifício pirotécnico como solução viável para a execução das escavações necessárias. Toda complexidade somada às características geológicas do local descartaram as outras maneiras de fragmentação existentes, sendo pela dureza do material a desmontar inviabilizando a fragmentação mecânica ou ainda em virtude da proximidade das edificações e questões de licenciamento, o que dificultava o uso de explosivos. Dessa forma, o uso de artifício pirotécnico figura como uma alternativa para o desmonte de rocha. Para garantir a integridade das estruturas, monitoramentos sismográficos foram realizados em todas as fragmentações durante o desenvolvimento das atividades. Foram considerados os resultados da vibração em termos de PPV (peak particle velocity), frequências (Hz) e sobre-pressão acústica (dBL), assim como ultralançamento de fragmentos para fora da área de operação através de filmagem de cada uma das aplicações conforme rege a norma NBR 9653:2005 para desmontes em áreas urbanas. Os resultados, tanto quanto a fragmentação, como aos efeitos provocados por vibração ou ruído, são demonstrados a seguir.
Abstract – This case study was conducted in two civil works of high complexity in Porto Alegre - RS, Brazil. The sensitivity of the sites due to densely populated residential area required the use of pyrotechnic devices as a viable solution for the implementation of the necessary excavations. Because of the rock hardness, mechanical excavation was not possible, as well as explosives due to proximity of constructions and licensing. Thus, the use of pyrotechnic devices figures as an alternative to the regular rock blasting. To ensure the integrity of structures, seismographic monitoring were performed in all activities, the results of vibration have been considered adequate in terms of PPV (peak particle velocity), frequency (Hz) and acoustic over-pressure (dBL). In addition no flyrock was observed and the standard NBR 9653: 2005 for urban areas was respected. The results, as well as fragmentation, as the effects caused by vibration or noise, are as follows
Palavras-Chave – Artifício pirotécnico; Desmonte; Vibração; Ambiental.
1 Eng. de Minas, Projemine Mineração e Meio Ambiente: Carlos Barbosa – RS, (51) 9920-0081, [email protected] 2 Eng. de Minas, Nitro Representações: Porto Alegre – RS, (51) 8423-7054, [email protected] 3 Eng. de Minas, Msc, Projemine Mineração e Meio Ambiente: Carlos Barbosa – RS, (51) 9838-9929, [email protected] 4 Eng. de Minas, PhD, Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre - RS, (51) 3308-9484, [email protected] 5 Eng. de Minas, PhD, Universidade Federal do Rio Grande do Sul: Porto Alegre - RS, (51) 3308-9481, [email protected]
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
2
1. INTRODUÇÃO
Cada vez mais se faz necessário a busca pelo melhor aproveitamento dos imóveis para edificações em zonas urbanas de grande densidade populacional de modo a suprir a demanda de moradia ou mesmo intervenções urbanas para satisfazer o abastecimento de água, saneamento, energia e gás. O setor de construção civil vem crescendo e realizando muitas escavações, inclusive em rocha, sendo então necessário o uso de explosivos. Infelizmente em muitas situações o uso de explosivos em áreas urbanas tem causado desconforto e incomodação, principalmente em situações criticas de muita proximidade a estruturas. Nesses casos, os chamados “artifícios pirotécnicos” surgem como uma alternativa interessante, pois diferentemente do mecanismo tradicional dos explosivos que funciona com onda de choque e expansão de gás, estes são propelentes que utilizam somente a ação de expansão de gás. O sistema descrito nesse estudo é um dispositivo gerador de gás em alta velocidade, não necessita autorizações junto ao Exército Brasileiro e é classificado como artificio pirotécnico industrial 1.4S UN 0432 e nível de controle 3. Possui como principais características: a baixa velocidade de queima (abaixo de 450 m/s) ocasionando reduzido deslocamento de ar e ausência de onda de choque.
O controle de vibração e ruído ocasionado pela fragmentação de rochas no uso de qualquer tipo de desmonte, seja mecânico ou com emprego de explosivos, é imprescindível para preservar a integridade do meio físico no entorno. Sendo assim, no uso dos “artifícios pirotécnicos”, essa metodologia também se faz necessária e foi adotada em todos os testes realizados. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), os limites de vibração são determinados através da NBR 9653:2005, onde constam os limites de velocidade de partícula de pico ou peak particle velocity (PPV) em função da frequência correspondente (Figura 1). Para frequências de pico de 4 a 15, a PPV vai de 15 a 20 mm/s; Para frequências de pico de 15 a 40 Hz, a PPV limite vai de 20 a 50 mm/s; Para frequências acima de 50 Hz o limite de PPV é constante de 50 mm/s. Deve, no entanto, qualquer forma de fragmentação respeitar tal Norma.
Figura 1. Representação dos limites de velocidade de vibração de partícula de pico por faixas de frequência (ABNT 9653:2005).
2. LOCALIZAÇÃO
As duas obras civis onde ocorreram os testes foram realizadas em zona urbana no município de Porto Alegre-RS, sendo uma drenagem urbana do Departamento de Esgotos Pluviais (DEP) e uma subestação de energia da Companhia Estadual de Energia Elétrica (CEEE).
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
3
A primeira obra descrita aqui se refere a trincheira escavada em rocha para canalização de água em atendimento a condomínio localizado na rua Atílio Superti, onde os pontos mais críticos de incomodação eram residências e uma escola. O trânsito de veículos foi interrompido durante a obra em virtude da largura da trincheira, porém a passagem de pedestres ocorreu de forma normal.
Na segunda obra foi necessária escavação em rocha para instalar uma subestação que hoje atende mais de 30 mil clientes da CEEE. O trânsito nessa situação não chegou a ser interrompido, porém pontos críticos próximos consistiram de posto de combustível, bar, casa noturna, prédio residencial, restaurante, além de gasoduto. A própria construções das edificações da subestação representavam um ponto de preocupação durante a escavação.
3. METODOLOGIA
A aplicação do artifício pirotécnico segue características que fogem do plano de fogo convencional sugeridos por Konia (1995) ou Oloffson (1990). Sendo seu espaçamento e afastamento menores, não existe o conceito carga de coluna e é baixa a razão de carga. O modo de iniciação se dá por uma descarga elétrica que inicia cartuchos de forma instantânea deflagrando a todos de uma só vez. Este artifício pirotécnico, de uso técnico, é composto pela mistura de propelente de baixa velocidade de deflagração. São comercializados em forma de cartuchos cilíndricos com diâmetro de 32 milímetros e foram utilizados cartuchos de 100 e 200 gramas de 20 e 33 cm de comprimento, respectivamente, nos testes realizados.
Foram monitorados a vibração e ruído com sismógrafos tipo White Seis Mini Seis® (Figura 2). O sensor de vibração foi fixado no solo (geofone) a uma profundidade de 15 cm de acordo com a Norma Brasileira NBR 9653:2005. O geofone capta velocidades de vibração de partícula nas três direções perpendiculares, longitudinal, vertical e transversal conforme solicitado pela norma. Um microfone é instalado em uma haste, fixa no solo com 1 m de altura para medir sobre pressão acústica. O desmonte de trincheira foi realizado sob uma cobertura de terra de modo a minimizar chance de ultralançamento. Os dados registrados foram armazenados na memória interna do equipamento, sendo posteriormente analisados no software Seismograph Data Analisys V 11.
Figura 2. Instalação do sismógrafo Mini Seis próximo à trincheira.
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
4
4. RESULTADOS OBTIDOS E ANÁLISE DOS DADOS
4.1. Drenagem urbana - Trincheira
Este desmonte de trincheira de 2 metros de largura, 40 m de comprimento e profundidade média de 2 m ocorreu em granito utilizando artifício pirotécnico Pyroblast-C. A remoção dos fragmentos foi feita com escavadeira hidráulica. Um ponto de monitoramento foi definido em área considerada mais próxima às residências e sujeita aos efeitos da geração de ondas sísmicas, onde então se procedeu à coleta de informações ocorrida entre 29 de outubro a 28 de novembro de 2014. Foram realizadas 13 aplicações num total de 466 furos com diâmetros de 42 a 45 mm. A profundidade média dos furos foi variável de acordo com cada aplicação entre 1,1 e 2,2 m e uma razão de carga média de 0,767 kg/m3. O total de material desmontado foi de aproximadamente 155 m3. A Figura 3 mostra detalhes da trincheira com as últimas aplicações ocorrendo a cerca de 10 metros de uma escola de ensino fundamental. O trânsito de pedestres foi interrompido somente no momento do acionamento das cargas.
Figura 3. Localização da trincheira.
Conforme os monitoramentos realizados, nota-se na Figura 4 que todos os registros de velocidades de vibração de partícula nas três direções perpendiculares, longitudinal, vertical e transversal atendem a NBR9653. É visível que a faixa de frequências está, normalmente, entre de 30 a 130 Hz, o que permite trabalhar com maiores PPV’s e em consequência, maior carga máxima por espera sem ocasionar danos às residências e estruturas próximas.
40 metros
2 metros
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
5
Figura 4. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes às aplicações da obra de drenagem urbana.
Quanto a sobre pressão acústica, o maior valor registrado foi de 124 dBL a 9,9 metros de distância. Todos os outros 13 registros apresentam valores inferiores a 116 dBL com distâncias variadas de 7 a 24 metros. A profundidade da rocha fragmentada pode ser visto na Figura 5.
Figura 5. Profundidade da rocha fragmentada.
1
10
100
1 10 100 1000
PPV versus Frequência - SINTRA-DEP
LIMITES
VV
VL
VT
VEL
OC
IDA
DE
DE
PA
RTÍ
CU
LA (
mm
/s)
FREQUÊNCIA (Hz)FREQUÊNCIA (Hz)
Profundidade de
Rocha Fragmentada
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
6
4.2. Obra de escavação para subestação
Nesta obra era necessária a fragmentação de granito em maciço rochoso com dimensões de cerca de 7 m de largura, 18 m de comprimento e até 2,8 m de altura com remoção dos fragmentos através de escavadeira hidráulica. O ponto de monitoramento foi definido em área considerada próxima a um muro já danificado (Figura 6) na divisa do terreno onde ocorreram as escavações entre os dias 20 de fevereiro e 28 de março de 2015.
Figura 6. Muro danificado com registro fotográfico realizado anteriormente às aplicações.
A empresa contratada para a obra optou por um artifício pirotécnico exatamente pela
proximidade de edificações como uma casa noturna, a própria subestação em funcionamento,
posto de combustível, prédio residencial, além de gasoduto (Figura 7).
Foram realizadas 36 desmontes com artifício pirotécnico num total de 470 furos com diâmetros de 42 a 45 mm. A profundidade média dos furos foi variável de acordo com cada plano de aplicação com valores entre 1,1 e 1,6 m. A razão de carga média foi de 0,325 kg/m3. O total de material desmontado in situ foi de aproximadamente 230 m3 de granito.
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
7
Figura 7. Localização da subestação.
Pode-se notar na Figura 8 que todos os registros de velocidades de vibração de partícula nas três direções perpendiculares, longitudinal, vertical e transversal atendem a NBR 9653. A faixa de frequências está entre 55 a 256 Hz.
Figura 8. Valores de velocidade e frequência segundo ABNT 9653 referentes às aplicações da obra da subestação.
Quanto a sobre pressão acústica, o maior valor registrado foi de 128 dBL a 4 metros de distância em um total de 36 registros com distâncias variadas de 3 a 21 metros. O resultado da fragmentação pode ser visto na Figura 9.
1
10
100
1 10 100 1000
PPV versus Frequência - ALTUS-CEEE
LIMITES
VV
VL
VT
VEL
OC
IDA
DE
DE
PA
RT
ÍCU
LA (
mm
/s)
FREQUÊNCIA (Hz)FREQUÊNCIA (Hz)
18 metros
7 metros
15º Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental
8
Figura 9. Resultado da fragmentação.
5. CONCLUSÕES
Através dos diversos monitoramentos sismográficos realizados em duas obras envolvendo alta complexidade, é possível perceber a importância do artifício pirotécnico como alternativa para evitar danos irreversíveis em edificações ou outros meios físicos e a integridade das pessoas, além do ruído e lançamento de fragmentos. Com isso, a execução dessas obras pode se tornar viável dentro dos grandes centros urbanos e locais de grande sensibilidade às vibrações e a segurança.
As altas frequências ligadas às características da rocha fragmentada possibilitam trabalhar com velocidades de pico de partícula de até 50 mm/s, pois em faixas de 40 Hz em diante aquelas são as PPV’s permitidas. Os resultados de vibração obtidos foram inferiores aos limites da norma NBR9653 em todas as aplicações monitoradas, mantendo-se sempre as mesmas cargas máximas por espera após os primeiros registros.
REFERÊNCIAS
KONIA, C.J., 1995, “Blasting Design”. Intercontinental Development Corporation, Montville, Ohio, USA.
NBR 9653:2005, “Guia para avaliação dos efeitos provocados pelo uso de explosivos nas minerações em áreas urbanas”, Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), Rio de Janeiro, RJ.
OLOFSSON, S. O., 1990, “Applied Explosives Technology for Construction and Mining, Pennsylvania, USA.
1,6 metros
