Influência dos níveis de vibração e pressão acústica produzidos pelo desmonte de rochas com explosivos em construções de alvenaria

Abstract

Desmonte de rochas com explosivos em áreas próximas a residenciais têm ocorrido com frequência em várias localidades em todo o Brasil. Atividades relacionadas a mineração e em especial as detonações causam muitos problemas visto que geram incômodo às comunidades vizinhas resultante de níveis elevados de pressão acústica (ruído) na atmosfera e reclamações de rachaduras em paredes das residências associadas com a propagação de vibrações no terreno. A necessidade de se obter uma melhor compreensão de como estruturas típicas da construção civil nacional respondem as vibrações geradas pelas detonações se torna evidente, bem como uma avaliação conjunta da influência de outras forças, tais como, condições meteorológicas (variações diárias de temperatura e umidade relativa do ar) que começam a agir sobre os materiais constituintes das estruturas desde o momento da construção e durante toda sua vida útil. Nesse contexto, definiu-se como meta dessa pesquisa investigar a resposta deformacional de construções de alvenaria frente aos estímulos provocados por diferentes níveis de vibração e pressão acústica gerados pelo desmonte de rochas com explosivos em diferentes condições geológicas, comparando-as com os efeitos das variações climáticas de temperatura e umidade. Visando o atendimento desta demanda, a resposta de três estruturas, duas residenciais e uma comercial, a diferentes operações com desmonte de rochas (mineração de carvão e pedreira) foram avaliadas. A movimentação das paredes de estruturas de alvenaria, comumente encontradas no entorno de empreendimentos mineiros, foi registrada com sensores de velocidade instalados nas paredes e os resultados foram correlacionados com os níveis de vibração no terreno e pressão acústica (ruído) na atmosfera que provocaram esta movimentação. A partir dos resultados das medições da movimentação das estruturas, deformações induzidas nas paredes, geradas durante trações no plano e flexões fora do plano das paredes, foram computadas e comparadas com os limites de ruptura do material mais fraco que constitui as paredes das estruturas. Em conjunto com o monitoramento da movimentação das estruturas, variações na abertura de rachaduras existentes no reboco no interior ou exterior das estruturas induzidas por forças dinâmicas (detonações) e estática (variações climáticas) foram registradas por meio de sensores de deslocamento instalados em ambos lados das rachaduras. As respostas das estruturas apresentaram excelente acoplamento da fundação com o terreno e nenhuma movimentação livre (ressonância) das paredes das estruturas foi observada após a passagem das ondas sísmicas, indicando que as estruturas seguem muito perto as excitações provocadas pelas vibrações no terreno do terreno e param de movimentar junto com o mesmo. Devido às ondas sísmicas e acústicas atingirem quase que ao mesmo tempo as estruturas, foi difícil separar a influência de cada estímulo. As deformações calculadas foram inferiores as necessárias para induzir rachaduras na argamassa utilizada como reboco nas paredes, considerada como o material mais frágil dentre os constituintes das paredes das estruturas. A resposta deformacional das rachaduras frente às variações climáticas diárias de temperatura e humidade relativa do ar foi superior as variações resultantes da influência das vibrações geradas pelas detonações.

Blasting near residential areas has become frequent in many locations throughout Brazil. Activities related to mining and in especial blasting have become a problem as they generate a potential nuisance to nearby communities resulting from high air sound pressure levels and can result in claims of wall cracking associated with ground vibrations. It was deemed necessary to have a better understanding of how structures of typical national construction respond to blast vibrations and compare this response to other forces, such as, environmental forces that naturally act on these structures since the moment they are constructed and throughout the entire life of the structure. The response of three structures, two residential and one office building, to different blasting activities (coal and quarry blasting) were evaluated in this study. Whole structure motions and the movement of existing cracks were measured in masonry built structures commonly found near mining operations. Whole structure and mid-wall motions were measured at upper and lower corners and on mid-walls using single-axis velocity transducers and compared with ground motions and air sound pressure excitations, measured next to the structures using a tri-axial geophone and microphone. Dynamic (blast-induced) and static (weather-induced) changes in crack width of existing interior and exterior wall cracks in the cement grout, typically used as wall coverage, were recorded. Dynamic structure and crack motions during blasting were time-correlated with ground vibrations and air sound pressure levels. Wall strains generated during out-of plane bending and in-plane tensile strains were computed and compared with the failure strains for the weakest material comprising the wall construction. Long-term crack movement with variations in temperature and humidity were compared with blast-induce peak crack displacements. The structures response showed good coupling of the foundations with the ground and no free-response was observed after the cessations of the ground excitations, indicating the structures are rigid following very close the ground excitation. Because air sound pressure levels and ground motions arrived at the same time in the structures, it was difficult to separate the influence of each stimulus. Calculated strains were lower than the required to induce cracks in the cement grout and environmental-induced crack response, resultant from daily changes in temperature and humidity, were greater than the response caused by blast-induced ground motions and air sound pressure levels in crack aperture.