Principais normas e recomendações para uso de explosivos em áreas urbanas

Principais normas e recomendações para uso de explosivos em áreas urbanas

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131REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(2): 131-137, abr. jun. 2003

Resumo

As 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 estruturais em edificações próximas (casas, edificações históricas, etc.) e outros impactos ambientais como vibração, propagação de ruídos, ultralançamentos e sobrepressão atmosférica. Tais atividades são regidas por normas técnicas que sugerem parâmetros de medição e limites definidos na avaliação de prováveis danos. No caso específico de minerações em áreas urbanas, a velocidade de vibração de partícula (Vp), normalmente expressa em m/s, é o parâmetro que tem dado melhor correlação na avaliação de possíveis danos às estruturas civis, atribuídos às vibrações do terreno. As diferentes normas existentes apresentam valores de Vp que variam de 2mm/s para edifícios históricos até 150mm/s para construções em concreto armado. A maioria delas considera na avaliação de danos estruturais, além da velocidade, a freqüência da vibração. Algumas normas foram elaboradas com base em dados experimentais, analisando parâmetros como o tipo de construção e o material nela utilizados, outras se basearam apenas em valores empíricos, mas todas apresentam valores conservativos. A norma brasileira não avalia o parâmetro freqüência e não classifica os diferentes tipos de estruturas civis, restringindo-se ao valor resultante da velocidade de vibração como parâmetro medido, sendo, assim, limitada e deficiente em relação às normas internacionais. A coletânea aqui apresentada reuniu as normas nas Américas e em outros continentes, além de uma comparação com as normas européias mais importantes em âmbito mundial.

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

Abstract

Blasting requires control measures related to structural damage to buildings and environmental impacts like ground vibrations, noise, flyrock and air blast. The use of explosives is controlled by federal and state regulations, which involve measurement of parameters to evaluate probable damage in buildings and other type of constructions. In urban areas, the peak particle velocity (PPV) associated with ground vibration and expressed in m/second, is the best parameter to evaluate possible structural damages. Worldwide legal limits vary from a low 2 m/s for historical buildings to a high 150 m/s for reinforced concrete.

Most of the regulations consider peak particle velocity and frequency as a double damage parameter. Some regulations were elaborated with an experimental database, involving different types of construction and building materials. Others were proposed using empirical data. Both regulations present conservative values. The Brazilian norm does not consider the frequency and the different types of buildings in the damage evaluation.

This paper presents a review of American and other regulations for blasting activities as compared to European regulations.

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

Mineração

Principais normas e recomendações existentes para o controle de vibrações provocadas pelo uso de explosivos em áreas urbanas – Parte I Denise de La Corte Bacci

Paulo Milton Barbosa Landim

Sérgio Médici de Eston

Wilson Siguemasa Iramina

REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(2): 131-137, abr. jun. 2003132

1. Introdução

Os valores limites do nível de vibração do terreno não dependem apenas dos danos que a velocidade de vibração de partícula pode causar nas construções civis, mas também do tipo de construção em si, tendo sido provado que, com freqüência, a vibração gerada por explosivos é apenas o instante detonador de um processo de instabilidade atribuído a outras causas, como recalque, dilatação térmica, insuficiência de material, erro de cálculo de projeto, etc. (Fornaro, 1980).

Também é importante considerar as características próprias das vibrações, ou seja, a freqüência, a repetitividade e a duração do fenômeno. Pode-se dizer que um edifício sofre danos, se os impulsos dinâmicos provocados pelas vibrações sobrepõem-se aos impulsos estáticos, levando a uma superação das condições de resistência da estrutura.

Quando não é possível, partindo apenas das medidas de velocidade, atingir os valores de deslocamento e os impulsos, é necessário recorrer-se a tabelas empíricas de danos, correlacionando, de vários modos, as características mais evidentes do fenômeno. Esse é o caminho sugerido pela maior parte das normas (Fornaro, 1980).

Serão apresentadas, a seguir, as normas nas Américas, a norma australiana e a norma indiana relacionadas ao nível de vibração decorrente do uso de explosivos em minerações, além de uma comparação destas com as principais normas européias, indicando quais os parâmetros e os valores-limites de prováveis danos estruturais que cada uma delas apresenta.

1. Norma Norte- Americana - USBM

(RI 8507) e OSMRE

O Bureau of Mines americano sempre se destacou como pioneiro nos estudos das vibrações, tendo como preocupação o estabelecimento de um limite de segurança que não causasse danos estruturais em construções civis.

A maioria dos seus trabalhos correlaciona os parâmetros deslocamento, freqüência, velocidade máxima de partícula e distância segura com a energia liberada na detonação.

Duvall e Fogelson (1962) concluíram que danos em residências são proporcionais à velocidade de vibração de partícula e que danos maiores (queda de reboco ou rachaduras) podem ser esperados a partir de Vp de 190mm/s (7,6pol/s). Já danos menores (trincas no reboco, abertura de rachaduras preexistentes) podem ser esperados a partir de Vp de 140mm/s (5,6pol/s) e que 50mm/s (2,0pol/s) representa um valor razoável de separação entre zona de segurança e uma zona de prováveis danos.

O Boletim 656, publicado pelo

Bureau of Mines em 1971, intitulado "Blasting Vibrations and Their Effects of Structures", propôs uma velocidade máxima de partícula de 50mm/s (2,0pol/s) como o nível de segurança para as construções civis. A probabilidade de danos a uma estrutura residencial varia conforme aumenta ou diminui, em proporção, o nível de vibração acima ou abaixo de 50mm/s.

O critério atual de danos desenvolvido pelo United States Bureau of Mines (USBM) baseia-se nas pesquisas realizadas em minerações a céu aberto e publicadas em 1980 no Report of Investigation RI 8507, intitulado "Structure Response & Damage Produced by

Ground Vibration from Surface Mine Blasting" (Siskind et al., 1980). Nesse trabalho, foi constatado que existe um sério problema com a ressonância estrutural, originada em resposta à vibração de baixa freqüência propagada no terreno, apresentando como resultado aumentos em deslocamentos e deformações, o que veio reforçar a idéia de que danos podem ser ocasionados pela freqüência.

Os limites de danos adotados no

RI 8507 foram definidos para "danos cosméticos do tipo mais superficial", ou seja, fissuras internas que se desenvolvem em todas as residências, independentemente das vibrações geradas pela detonação de explosivos.

Os níveis de vibração de partícula seguros foram definidos como "níveis com improbabilidade de produzir fissuras no interior de residências ou quaisquer outros danos". Esses níveis são apresentados na Tabela 1 e são definidos como limites conservativos. Os valores foram muito criticados pela indústria das pedreiras por serem considerados desfavoráveis à produção.

O United States Bureau of Mines

(USBM) e o Office for Surface Mining Reclamation (OSRME) estabeleceram dois critérios para o controle dos danos provocados pelas vibrações no terreno. Os dois critérios, mostrados na Figura 1, constituem uma referência de velocidade máxima de vibração de partícula (Vp) em função da freqüência.

Tabela 1 - Níveis seguros de velocidades de vibração da partícula para estruturas civis (Fonte: Bacci, 2000, adaptado de Siskind et al., 1980).

Tipo de estrutura

A baixas freqüências

A altas freqüências f < 40 Hzf > 40 Hz

Casas modernas – paredes interiores pré-moldadas em gesso, sem revestimento 19 50

Casas velhas – paredes interiores com gesso ou revestimento de

Vp (m/s)

133REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 56(2): 131-137, abr. jun. 2003

2. Norma Brasileira (NBR 9653)- Associação Brasileira de Normas

Técnicas (ABNT)

Desde 1983, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) vem coletando e analisando dados técnicos da bibliografia internacional e associandoos à experiência nacional, através da sua Comissão de Estudos CE - 18.205.02.

A experiência brasileira advém de trabalhos em pedreiras operando junto à periferia das grandes concentrações urbanas, em especial, no litoral paulista e na Grande São Paulo. Em média, a área urbanizada se constitui de residências modestas, construídas por uma população de baixa renda.

Esses trabalhos foram analisados estatisticamente, com os seguintes objetivos:

a) Caracterizar as condições médias de operação das pedreiras, que correspondem às condições econômicas favoráveis.

b) Caracterizar o nível de vibração correspondente àquelas condições econômicas de operação.

Observando-se as correlações existentes entre as variáveis envolvidas no fenômeno: carga máxima por espera (Q) e distância (D), velocidade de vibração de partícula (Vp) observadas ou medidas nos trabalhos realizados, conclui-se:

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