UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
Departamento de Engenharias
VIBRAÇÕES INDUZIDAS PELA ESCAVAÇÃO SUBTERRÂNEA DE MACIÇOS ROCHOSOS
COM RECURSO A EXPLOSIVOS E SEUS EVENTUAIS IMPACTES NAS ESTRUTURAS
João Carlos Ferreira Miguens
Setembro de 2011
UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO
ESCOLA DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA
Departamento de Engenharias
VIBRAÇÕES INDUZIDAS PELA ESCAVAÇÃO SUBTERRÂNEA DE MACIÇOS ROCHOSOS
COM RECURSO A EXPLOSIVOS E SEUS EVENTUAIS IMPACTES NAS ESTRUTURAS
João Carlos Ferreira Miguens
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Civil
Orientadores: Doutor Manuel Joaquim Alves Leal Gomes
Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo
Co–orientador: Doutor Rogério Paulo Vigário Mota
Júri
Presidente: Doutora Anabela Gonçalves Correia de Paiva, Professora Associada da UTAD
Arguente: Doutor João Paulo Sousa Costa de Miranda Guedes, Professor Auxiliar da FEUP
Vogais: Doutor Rogério Paulo Vigário Mota, Investigador Auxiliar do LNEC
Vogais: Doutor Manuel Joaquim Alves Leal Gomes, Professor Associado da UTAD
Vogais: Doutor Nuno Miguel Cordeiro Cristelo, Professor Auxiliar da UTAD
Setembro de 2011
Agradecimentos
A realização da dissertação que ora se apresenta só se tornou possível, para além da
contribuição pessoal, pela participação empenhada de um conjunto de pessoas e entidades a
quem venho, publicamente, expressar o meu sincero reconhecimento:
Ao Doutor Rogério Mota, investigador do Núcleo de Geologia de Engenharia e Geotecnia
Ambiental do Departamento de Geotecnia do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC).
A ele devo a realização deste trabalho, quando, em Outubro de 2009, me anunciou a sua
disponibilidade para co-orientar este projecto. Foi aí que tudo começou. Só com o seu
empenhamento, dedicação, entusiasmo e incansável apoio, a todos os títulos determinantes e
inexcedíveis, foi possível tornar este empreendimento uma realidade. Agradeço ainda a partilha
de conhecimentos, a numerosa bibliografia que me proporcionou, os comentários e sugestões
e a exímia revisão do texto;
Ao Professor Leal Gomes e ao Professor Nuno Cristelo, meus orientadores, dos
Departamentos de Geologia e de Engenharia Civil, respectivamente, da Universidade de Trásos-Montes e Alto Douro (UTAD), pela documentação facultada, motivação e amizade;
Ao LNEC, por todas as facilidades concedidas na cedência dos meios, humanos e materiais,
necessários à realização dos trabalhos conducentes à presente dissertação;
À Professora Anabela Paiva, Coordenadora do Mestrado em Engenharia Civil da UTAD, pela
disponibilidade, apoio e afabilidade que sempre demonstrou, desde o primeiro momento,
quando comecei a pensar na realização do mestrado;
Ao Professor Dinis da Gama, presidente do Centro de Geotecnia do Instituto Superior Técnico
(IST), pela incondicional generosidade na transmissão de conhecimentos, através dos seus
pareceres técnicos, e ainda pela disponibilização de alguma literatura da especialidade, de que
é autor e/ou co-autor;
Ao Professor Pedro Bernardo, do Departamento de Minas e Georrecursos do IST, por ter
proporcionado o acesso à sua Dissertação de Doutoramento;
I
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Ao Professor Carlos Coke, do Departamento de Geologia da UTAD, pelas suas indicações
acerca do enquadramento geológico da zona objecto do estudo;
Ao Professor João Bilé Serra, da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova
de Lisboa (FCTUNL), pelo esclarecimento de alguns conceitos no âmbito da Engenharia
Sísmica;
Ao Engenheiro Gustavo Paneiro, do Centro de Estudos em Recursos Naturais e Ambiente do
IST, pela amabilidade na indicação das referências bibliográficas, completas, de alguns
trabalhos;
Ao Engenheiro Carlos Martins e ao Valter Nascimento, experimentadores do LNEC, pela ajuda
e dedicação no decurso dos trabalhos de campo;
À Administração, à Direcção Geral, à Direcção Técnica e às Direcções de Produção do
Infratúnel, Construtores do Túnel do Marão, ACE, por todo o apoio, nomeadamente pela
disponibilização dos dados recolhidos nas duas primeiras campanhas de medição de vibrações
e pela cedência dos meios para os levantamentos topográficos;
Ao Engenheiro Eduardo Matos, pela sua amizade e pelo incentivo e interesse constantemente
demonstrados;
Ao Miguel Pereira e ao Hugo Costa, pela sua importante colaboração nos trabalhos de
topografia, no campo, e em gabinete;
Ao Engenheiro Rui Luís, ao Dr. Luís Santos e a toda a equipa da Empresa Portuguesa de
Obras Subterrâneas (EPOS), responsável pelos trabalhos de escavação dos túneis (frente
nascente), pela acessibilidade aos elementos sobre os desmontes monitorizados;
Ao Dr. Carlos Carvalho, do Departamento de Informática e Comunicações do Infratúnel, ACE,
pela prestimosa ajuda, gentileza e total disponibilidade na fase de edição do documento;
Ao Engenheiro Tiago Pinto, pelo seu apoio incondicional na superação de algumas dificuldades
a nível informático, pela cedência de vários elementos bibliográficos e, especialmente, pelo seu
companheirismo;
A todos os colegas e amigos, pelo estímulo e encorajamento reiteradamente manifestados;
À Elisabete, pela mãe dedicada que sempre tem sido e pela sua imprescindível ajuda ao
assegurar os meus deveres paternais, em particular neste período de muito labor;
E, por último, mas em primeiro, ao João Pedro, meu filho, pelo seu amor e compreensão,
especialmente nesta minha fase de algum alheamento. É a ele que dedico este trabalho!
II
Resumo
O uso de explosivos nas actividades de construção, nomeadamente no desmonte de rochas
para escavação de obras subterrâneas, dá origem a impactes ambientais mais ou menos
significativos, com particular importância quando as populações e o seu património são
afectados. Esses efeitos traduzem-se na geração de ondas cuja propagação nos terrenos pode
induzir, através das fundações, vibrações excessivas nas estruturas e, em resultado da
propagação de ondas de choque através da atmosfera, designadas por onda aérea, pode levar
ao desconforto humano e até mesmo a danos estruturais nas edificações. O controlo das
vibrações provocadas por explosões ou solicitações semelhantes constitui actualmente um
domínio importante da Mecânica das Rochas devido às implicações económicas na segurança
das estruturas e na qualidade de vida das pessoas.
Procurou-se, com o presente trabalho, a avaliação das eventuais influências do emprego
daquela tecnologia na escavação de túneis, na segurança das estruturas envolventes.
Associado a este objectivo foi estudado o modo de propagação das ondas sísmicas e o
controlo das vibrações, de forma a assegurar a execução dos trabalhos de desmonte de forma
controlada, tendo em vista a mitigação daqueles efeitos.
A caracterização dinâmica de terrenos submetidos a acções impulsivas provenientes de
explosões, e a sua acção nas condições de propagação das ondas sísmicas, foram analisadas
com recurso à utilização de métodos de prospecção geofísica. Com esse propósito, foram
realizados alguns perfis de refracção sísmica, em locais próximos de medição de vibrações,
para determinação da velocidade de propagação junto às estruturas. O estudo da
heterogeneidade dos terrenos locais teve como suporte a execução de um perfil de
resistividade eléctrica.
Com recurso à aplicação informática Grapher, versão 4, foram obtidas leis de propagação de
vibrações para o meio analisado, em função das litologias presentes e dos resultados dos
ensaios de campo.
Palavras-Chave: impacte ambiental; explosivos; vibração dos terrenos; frequência; danos
estruturais
III
Abstract
The explosives used in construction activities, including rock blasting for underground works,
gives rise to environmental impacts more or less significant, with particular importance when the
people and their property are affected. These effects result in the generation of wave
propagation in which ground can induce, through foundations, excessive vibration on structures
and as a result of propagation of shock waves through the atmosphere, called the air wave, can
lead to human discomfort and even structural damage to buildings. Blast vibrations control is
currently a major area of Rock Mechanics due to the economic implications on the safety of
structures and quality of life.
One of the goals of the present work was the evaluation of blast vibration control in tunnel works
to the security of surrounding structures. Associated with this objective the propagation of
seismic waves and vibration control, was studied to ensure the implementation of controlled of
blasting work in order to mitigate vibration effects.
The dynamic characterization of building soil foundations subject to impulsive actions from
explosions was studied with geophysical methods. For this purpose some refraction seismic
profiles were performed near vibration measurements sites to determine the propagation
velocity of the particles in the soil/rock mass nearby constructed structures. An electrical
resistivity profile was executed to investigate a local geological heterogeneity.
Using the computer application Grapher, version 4, vibration propagation laws were obtained as
function of local lithologies.
Key-Words: environment impact; explosives; ground vibrations; frequency; structural damages
V
Índice de Texto
1.
Introdução ............................................................................................................ 1
1.1.
Enquadramento do tema da dissertação .................................................................... 1
1.2.
Objectivos e organização do estudo ........................................................................... 2
2.
O Impacte Ambiental das Vibrações .................................................................. 5
2.1.
Considerações gerais ................................................................................................. 9
2.2.
Escavação com uso de explosivos ........................................................................... 11
2.3.
Geração de vibrações .............................................................................................. 12
2.3.1. Ondas de Tensão ..................................................................................................... 14
2.4.
Propagação de vibrações ......................................................................................... 17
2.5.
Efeitos e controlo das vibrações ............................................................................... 19
2.6.
Medidas de minimização das vibrações ................................................................... 30
2.7.
A influência do parâmetro frequência nos critérios de dano estrutural ...................... 31
2.8.
Regulamentação internacional sobre vibrações ....................................................... 37
2.8.1. Norma Alemã (DIN 4150) ......................................................................................... 38
2.8.2. Norma Suíça (SN 640312 A) .................................................................................... 40
2.8.3. Normas inglesas....................................................................................................... 41
2.8.4. Recomendações francesas ...................................................................................... 42
2.8.5. Norma italiana (UNI 9916) ........................................................................................ 45
2.8.6. Norma sueca (SS4604866) ...................................................................................... 46
2.8.7. Norma Norte-Americana USBM (RI 8507 e OSMRE (Office of Surface Mining
Reclamation and Enforcement) ................................................................................ 47
2.8.8. Norma Australiana .................................................................................................... 49
2.8.9. Outros critérios internacionais .................................................................................. 49
2.8.10. Análise das principais normas ................................................................................ 51
2.9.
A Norma Portuguesa 2074 ....................................................................................... 52
2.9.1. Considerações gerais ............................................................................................... 52
2.9.2. O projecto de revisão da NP 2074 ............................................................................ 53
3.
Técnicas de Geofísica aplicadas à problemática das Vibrações .................. 57
3.1.
Métodos sísmicos de prospecção geofísica ............................................................. 57
3.1.1. Método de Refracção Sísmica.................................................................................. 60
3.1.2. Método de Resistividade Eléctrica/Tomografias de Resistividade Eléctrica .............. 63
4.
Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do
Marão ................................................................................................................. 67
4.1.
Considerações gerais ............................................................................................... 67
4.2.
Geologia e geotecnia locais...................................................................................... 69
4.3.
Metodologia .............................................................................................................. 70
VII
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
4.4.
Equipamento utilizado .............................................................................................. 70
4.5.
Medições e registos efectuados ............................................................................... 72
4.6.
Resultados obtidos ................................................................................................... 75
4.7.
Interpretação dos resultados obtidos ........................................................................ 78
4.8.
Propriedades dinâmicas dos terrenos ...................................................................... 83
4.9.
Análise dos resultados e conclusões ........................................................................ 88
4.10.
Leis de propagação de vibrações ............................................................................. 90
4.10.1. Cenário 1 - utilização simultânea das quatro cargas máximas instantâneas (54
pontos de registo)..................................................................................................... 93
4.10.2. Cenário 2 - utilização simultânea das quatro cargas máximas instantâneas (42
pontos de registo)..................................................................................................... 94
4.10.3. Cenário 3 - utilização individual de cada uma das quatro cargas máximas
instantâneas ............................................................................................................. 95
4.11.
Resultados obtidos ................................................................................................... 97
4.12.
Análise dos resultados ............................................................................................. 97
5.
Conclusões Finais ............................................................................................. 99
Referências Bibliográficas........................................................................................ 103
ANEXO I - Valores de vibração medidos e calculados ........................................... 111
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1 .................................................................. 117
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2 ................................................................. 125
ANEXO IV - Plano e Diagrama de Fogo 3 ................................................................ 131
ANEXO V - Exemplos de registo das vibrações com o equipamento Instantel ... 135
ANEXO VI - Exemplos de registo das vibrações com o equipamento Sinco ....... 153
VIII
Índice de Figuras
Capítulo 2
Figura 2.1 – Velocidade vibratória de acções características em função da distância
(adaptado de Sarsby, 2000, in Bernardo, 2004) ..................................................... 10
Figura 2.2 – Componentes vibratórias geradas na cravação de uma estaca (Sarsby, 2000,
adaptado por Dinis da Gama, 2003, in Bernardo, 2004)......................................... 12
Figura 2.3 – As três componentes de vibração no interior de um maciço submetido à
detonação de uma carga explosiva (Dinis da Gama, 2003).................................... 14
Figura 2.4 – Ondas sísmicas (adaptado de Smoltczyk, 2002, in Bernardo, 2004) .................... 14
Figura 2.5 – Ondas de tensão (Bernardo, 2004)....................................................................... 15
Figura 2.6 – Atenuação das vibrações com a distância (Jimeno et al., 1995) ........................... 18
Figura 2.7 – Efeito da litologia do terreno de fundação nas velocidades vibratórias, em duas
estruturas equidistantes de uma detonação (modificado de Jimeno et al., 1995,
in Paneiro, 2006) .................................................................................................... 21
Figura 2.8 - Fendas típicas devidas a movimentos sísmicos (Jimeno et al., 1995, in
Bernardo, 2004) ..................................................................................................... 27
Figura 2.9 – Problemática das vibrações em Geotecnia (Dinis da Gama, 2003) ...................... 29
Figura 2.10 - Variação da frequência, em altura, num edifício (Bernardo, 2004, in Jimeno et
al., 1995) ................................................................................................................ 32
Figura 2.11 – Funções de amplificação dinâmica – Rd, Rv, Ra (Serra, 2001) ............................ 34
Figura 2.12 – Comparação dos vários níveis de vibração, em função da frequência, que
produzem danos estruturais, segundo cada norma (Mota, 2009, adaptado,
in Athanasopoulos e Pelekis, 2000)................................................................. 37
Figura 2.13 – Norma alemã DIN 4150. Representação dos valores da velocidade de
vibração, em mm/s, em função da frequência em Hz e das características
estruturais dos edifícios (Bacci et. al, 2003a, modificado de Berta, 1985, in
Bacci 2000) ....................................................................................................... 40
Figura 2.14 – Diagrama proposto pela AFTES para as vibrações admitidas para as três
classes de estrutura (Bacci et. al, 2003a, adaptado de Anon, 1974, in Borla
1993 e Bacci, 2000) ........................................................................................... 43
Figura 2.15 – Diagrama representativo dos valores de velocidade de vibração admitidos,
sugeridos pelo projecto de recomendação francês relativo às vibrações
induzidas exclusivamente pela detonação em pedreiras. As curvas a
tracejado representam o limite inferior que, para as duas categorias de
edifícios, pode ser superado com uma probabilidade de 10% (Bacci et al.,
2003a, modificado de Anon, 1991, in Borla, 1993 e Bacci, 2000) ...................... 44
IX
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 2.16 – Diagrama representativo dos limites de Vp e de deslocamento, sugeridos
pelo USBM e OSMRE, medidos em mm/s e mm, respectivamente, em
função da frequência, em Hz. A linha tracejada, em baixo, refere-se aos
valores propostos pelo USBM para paredes rebocadas (Bacci et al., 2003b,
modificado de Berta, 1985, in Bacci, 2000)........................................................ 48
Figura 2.17 – Gráfico comparativo das normas, alemã DIN 4150 e norte-americana RI 8507
(Bacci et al., 2003b, modificado de Schillinger, 1994, in Bacci, 2000)................ 51
Capítulo 3
Figura 3.1 - Esquerda – Marreta e placa metálica. Direita – Tiro com marreta ......................... 60
Figura 3.2– Dromocrónicas obtidas na execução de um perfil com 5 tiros. (Em destaque o
tiro mais a montante. Dados de campo a cinzento e resultados da inversão a
azul) (Mota, 2010) ................................................................................................ 61
Figura 3.3 - Refracção de um raio através de uma interface entre dois meios de diferentes
velocidades de propagação das ondas sísmicas (Mota, 2006, adaptado de
Redpath, 1973) .................................................................................................... 62
Figura 3.4 - Exemplo de um meio estratificado horizontalmente, composto por três
camadas de velocidades de propagação crescentes com a profundidade (
>>, e respectivo gráfico tempo-distância (Mota, 2006)............................... 63
Figura 3.5 - Esquema do sistema de multi-eléctrodos (ABEM Terrameter 4000 e Sistema
Lund) (Mota, 2006) .............................................................................................. 65
Capítulo 4
Figura 4.1 - A – Panorâmica do emboquilhamento dos túneis. B – Caminho de acesso ao
emboquilhamento. C – Vista geral da povoação de Viariz da Santa. D – Vista
parcial da povoação de Viariz da Poça ................................................................ 68
Figura 4.2– Esboço Geológico do Sul da Serra do Marão (Coke et al., 2000, Estudo
Geológico e Geotécnico – Relatório Geológico e Geotécnico S3/S4-020-0RGG, adaptado) .................................................................................................. 69
Figura 4.3 – A: S6 Peak Vibration Monitor, B: Minimate Plus (Mota, 2009) .............................. 71
Figura 4.4 – Locais de instalação dos geofones em edifício a monitorizar (Dinis da Gama,
2009) ................................................................................................................... 72
Figura 4. 5 - Locais de medição de vibrações .......................................................................... 73
Figura 4.6- Esquerda – preparação do afloramento rochoso no local T1, para instalação do
geofone. Direita - local de registo T6 ................................................................... 74
Figura 4.7– Identificação dos locais de realização dos trabalhos no decurso das três
campanhas .......................................................................................................... 80
Figura 4.8 – Vista geral da linha de água entre as duas vertentes (orientação NE-SW) ........... 81
X
Índice
_________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 4.9 - Esquerda - Vista geral da linha de água entre as duas vertentes (orientação
SW–NE). Direita – Instalação do geofone no local T3.......................................... 82
Figura 4.10 - Mapas da velocidade de vibração das campanhas de 2009 (topo) e do
conjunto das três campanhas (baixo); encontram-se assinalados a negro
(marcas +) os locais de registo de vibrações considerados para a elaboração
do mapa). ............................................................................................................ 82
Figura 4.11 - Esquerda – Perfil PS3 (vista de NE para SW). Direita - Perfil PS4 (vista de
SW para NE). Assinalam-se os locais de registo de vibrações nas campanhas
anteriores............................................................................................................. 84
Figura 4.12- A – Alinhamento do perfil PS3. B – Casa 8, junto ao perfil PS3 (Viariz da
Poça). C – Trabalhos preparatórios para a realização do perfil PS5. D –
Captação das ondas sísmicas no perfil PS5. E - Leitura de coordenadas
geográficas no extremo oeste do perfil PS5 ......................................................... 84
Figura 4.13- Vista geral do perfil de resistividade ..................................................................... 85
Figura 4.14 - Esquerda -Vista do perfil de resistividade na zona da linha de água. Direita –
Montagem do equipamento ................................................................................. 85
Figura 4.15 - Modelos para os perfis de refracção sísmica PS1 (esquerda) e PS2 (direita) ..... 86
Figura 4.16 - Modelos para os perfis de refracção sísmica PS3 (esquerda) e PS4 (direita) ..... 86
Figura 4.17 - Modelo para o perfil de refracção sísmica PS5.................................................... 86
Figura 4.18 - Modelos obtidos para o perfil de resistividade eléctrica executado, com os
dispositivos de Wenner (em cima) e dipolo-dipolo (em baixo) .............................. 87
Figura 4.19 - Velocidades de vibração medidas nas três campanhas ...................................... 89
Figura 4.20 - Leis de propagação de vibrações em função da equação v k DW1/3 b, considerando a totalidade dos pontos medidos ................................................ 94
Figura 4.21 - Leis de propagação de vibrações em função da equação v k DW1/3 b,
(exclusão dos doze pontos com menores velocidades de vibração) .................... 95
Figura 4.22 - Leis de propagação de vibrações em função da equação v k DW1/3 b,
considerando cada carga máxima instantânea individualmente ........................... 96
XI
Índice de Tabelas
Capítulo 2
Tabela 2.1 - Parâmetros das ondas sísmicas (Bernardo, 2004, adaptado de Sleep e Fujita,
1997) ................................................................................................................... 17
Tabela 2.2 - Danos em habitações implantadas em diferentes terrenos (Esteves, 1993, in
Langefors e Kihlström, 1963) ............................................................................... 23
Tabela 2.3 – Valores admitidos pela norma alemã DIN 4150 para danos em edifícios (Bacci
et. al, 2003a, adaptado de Berta, 1985, in Bacci 2000) ........................................ 39
Tabela 2.4– Valores sugeridos pela norma suíça. Os valores de Vp foram medidos para
fontes de vibração de tipo ocasional (Bacci et. al, 2003a e Paneiro, 2006,
adaptado de Borla, 1993, in Bacci, 2000) ............................................................ 41
Tabela 2.5 – Valores de velocidade de vibração de partícula, segundo a AFTES, 1974
(Bacci et al., 2003a, adaptado de Weber et al., 1974, in Fornaro, 1980, in
Bacci, 2000) ......................................................................................................... 43
Tabela 2.6 – Limites de velocidade de vibração de partícula (Vp) sugeridos pela Circular do
Ministério do Ambiente Francês (Bacci et al., 2003a, adaptado de Kiszlo,
1993, in Bolra 1993 e Bacci, 2000) .................................................................... 44
Tabela 2.7 – Valores admissíveis de velocidade de vibração de partícula (Vp) em função da
amplitude (Bacci, et al., 2003a) ............................................................................ 44
Tabela 2.8 – Valores limite de Vp, da componente vertical (mm/s), para danos em
estruturas civis (Bacci et al., 2003a, adaptado de Langefors e Kihlstrom,
1963, Persson et al., 1994, in Paneiro, 2006 e Bacci, 2000) .............................. 47
Tabela 2.9 – Níveis seguros de velocidade de vibração de partícula para estruturas civis
(Bacci et al., 2003b, adaptado de Siskind et al., 1980, in Bacci, 2000)................. 48
Tabela 2.10 – Valores máximos de velocidade de vibração de partícula, adoptados pela
Norma AS2187, segundo os tipos de construções civis (Bacci et al., 2003b,
adaptado de Scott, 1996, in Bacci, 2000) .......................................................... 49
Tabela 2.11 – Critérios de dano para estruturas submetidas a vibrações (Dinis da Gama,
1998) ................................................................................................................. 50
Tabela 2.12 – Valores limite da velocidade de vibração de acordo com a norma NP 2074,
em função do terreno de fundação considerado para cada local e das
características do edificado (mais de três detonações diárias) (Bernardo e
Dinis da Gama, 2006) ........................................................................................ 53
Tabela 2.13 – Projecto de revisão da NP 2074, adaptado de Azevedo e Patrício, 2003, e
Esteves, 2003 .................................................................................................... 55
XIII
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Capítulo 3
Tabela 3.1 - Valores característicos da velocidade da onda sísmica de compressão (Vp) em
alguns materiais (Mota, 2006, adaptado de Press,1966, in Darracott, 1976 e
Lavergne, 1989) ................................................................................................ 58
Tabela 3.2 - Resistividade da água e de alguns metais, minerais e rochas mais comuns
(Mota, 2006, adaptado de Reynolds (1997), Berkeley (2004) e Sheriff (1991)) .... 65
Capítulo 4
Tabela 4.1 – Características geotécnicas das rochas do xisto-grauváquico (Coke et al.,
2000) ................................................................................................................... 70
Tabela 4.2– Valores da vibração ambiente gerada pela circulação de viaturas, ou pessoas,
próximo dos locais de monitorização 1, 2, 8, I, N, O e P ...................................... 76
Tabela 4.3 – Valores registados e calculados em cada um dos locais de medição das
vibrações nas duas campanhas de 2009, dispostos por ordem cronológica de
registo* ................................................................................................................ 77
Tabela 4.4 - Valores registados e calculados em cada um dos 7 locais de medição das
vibrações na campanha de 2010 ......................................................................... 79
Tabela 4.5 – Valores medidos e calculados em Outubro de 2009 ............................................ 83
Tabela 4.6 – Valores limite da velocidade de vibração, de acordo com a norma NP 2074,
em função do terreno de fundação considerado para cada local e das
características do edificado (mais de três detonações diárias) .......................... 87
Tabela 4.7 - Valores registados e calculados em cada um dos 30 locais de medição de
vibrações ............................................................................................................. 91
Tabela 4.8 – Leis de propagação de vibrações obtidas ............................................................ 97
Tabela 4.9 – Coeficientes a, b e c, típicos de algumas litologias (Bernardo e Torres, 2005) .... 97
XIV
Simbologia
Símbolo
Significado
- tipo de terreno de fundação (NP 2074)
- taxa de amortecimento de uma estrutura
- tipo de construção (NP 2074)
- deslocamento
- porosidade
- deformação
- número médio diário de solicitações (NP 2074)
λ
- comprimento de onda
- massa volúmica
- tensão
- coeficiente de Poisson
- aceleração
- tensão dinâmica
X, Y, Z - direcções espaciais
- velocidade de propagação das ondas no terreno
- velocidade de propagação das ondas transversais (ondas S)
!
- distância entre o ponto de detonação e o de recepção
- velocidade de propagação das ondas longitudinais (ondas P)
- densidade
"
- módulo de elasticidade
#$
- frequência natural
#
%
- frequência de vibração
- aceleração da gravidade
&
- módulo de distorção
(
- energia potencial
'
- relação entre impedâncias
XV
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
(()
- aceleração de pico de partícula
((*
- velocidade de pico de partícula
,
- factor de resposta à deformação
,.
- factor de resposta à velocidade
(*+
,-
,"
- velocidade de vibração resultante máxima
- factor de resposta à aceleração
- relação de energia
/
- período
01
- componente longitudinal da velocidade de vibração
0
- velocidade de vibração das partículas
02
- resultante vectorial da velocidade de vibração
04
- componente vertical da velocidade de vibração
*
- volume de partículas sólidas
03
*1
*.
5
XVI
- componente transversal da velocidade de vibração
- valor limite da velocidade de vibração (NP 2074)
- volume de vazios
- carga de explosivo por retardo
1. Introdução
1.1. Enquadramento do tema da dissertação
Desde os primeiros usos de explosivos em actividades mineiras e de engenharia civil que foi
colocado o problema dos efeitos nas edificações das vibrações dos terrenos e do ar originados
pelas detonações. Sabe-se que a utilização destas substâncias é susceptível de provocar
impactes vários de entre os quais se salientam, para além das solicitações dinâmicas referidas,
a transmissão de ruídos pelo ar e pelas estruturas, a geração e o movimento de nuvens de
poeiras, as ondas de choque resultantes dos níveis sonoros das detonações, a libertação de
gases nocivos em espaços fechados, como é o caso dos túneis, e a afectação dos níveis
freáticos. É do conhecimento geral que as vibrações dos terrenos causam desconforto humano
e eventuais danos nas estruturas das edificações circundantes, pelo que, a importante questão
relativa ao seu controlo, deverá contar com a envolvência de todos os agentes interessados,
desde a população em geral, às entidades oficiais, aos investigadores e projectistas, aos
fabricantes de explosivos, às empresas de construção e às seguradoras.
Embora se assista à utilização crescente de métodos alternativos para o desmonte de maciços
rochosos, como são os meios mecânicos (tuneladoras, roçadoras, retroescavadoras e martelos
hidráulicos), verifica-se que estes ainda são, maioritariamente, realizados com recurso a
explosivos. Os impactes ambientais provocados pelo uso desta tecnologia, considerando os
requisitos de protecção ambiental cada vez mais restritivos, obrigam os intervenientes nesta
actividade a melhorar continuamente a qualidade do seu trabalho e a abandonar as práticas
empíricas, visando a minimização de danos e reclamações dos residentes e proprietários de
edifícios localizados nas imediações dos trabalhos.
Um dos objectivos do presente trabalho é o de fazer uma abordagem ao tema da geração e
propagação de ondas sísmicas causadas pelo uso de explosivos no desmonte de maciços
rochosos, especialmente no que diz respeito ao controlo das vibrações daí resultantes e sua
influência nas construções.
1
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
O estudo que ora se apresenta teve a sua génese num trabalho realizado pelo Núcleo de
Geologia de Engenharia e Geotecnia Ambiental do Departamento de Geotecnia do Laboratório
Nacional de Engenharia Civil (LNEC), com a participação do autor, no âmbito da construção do
empreendimento A4/IP4 Amarante/Vila Real, a solicitação do Agrupamento Complementar de
Empresas Infratúnel, Construtores do Túnel do Marão, ACE, na sequência de algumas
reclamações de residentes em povoações circundantes do emboquilhamento nascente do
túnel, relacionadas com a alegação de incomodidade e de danos nas habitações devidos às
vibrações originadas pelo uso de explosivos nas actividades de escavação do maciço rochoso.
1.2. Objectivos e organização do estudo
A conjugação dos resultados obtidos através da realização da medição de vibrações, em
diferentes locais e em momentos distintos, com dois métodos de prospecção geofísica, de
refracção sísmica e de resistividade eléctrica, pretende-se fazer a caracterização geodinâmica
de terrenos e validar o preceituado na regulamentação portuguesa (NP 2074, 1983), acerca da
influência, sobre as estruturas, das vibrações resultantes do uso de explosivos na escavação
subterrânea de maciços rochosos.
A presente dissertação encontra-se dividida em cinco capítulos.
No Capítulo 1, é feito o enquadramento do tema e abordam-se os objectivos a alcançar.
No Capítulo 2, apresenta-se o estado da arte no que concerne ao estudo dos impactes
ambientais associados às actividades de escavação de rochas com explosivos, com destaque
para as vibrações em obras geotécnicas, mercê dos numerosos estudos e trabalhos
experimentais realizados um pouco por todo o mundo. É ainda abordada alguma da
normalização internacional de referência no âmbito dos critérios de dano estrutural para as
vibrações.
No Capítulo 3, descrevem-se, sucintamente, dois métodos de prospecção geofísica, de
Refracção Sísmica e de Resistividade Eléctrica, que visam principalmente a determinação da
estrutura subsuperficial dos terrenos, através da análise das magnitudes das velocidades de
propagação das ondas sísmicas e suas variações, assim como da resistividade eléctrica dos
terrenos.
2
Capitulo 1 - Introdução
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
No Capítulo 4, apresenta-se o caso de estudo, no âmbito do trabalho levado a efeito sobre as
eventuais influências ambientais do emprego de explosivos no desmonte subterrâneo de
maciços rochosos, com especial incidência na segurança das estruturas à superfície. Os
resultados das três campanhas de medição de vibrações serão confrontados com os obtidos
pela execução de perfis sísmicos, com o propósito de completar o conhecimento da litologia
presente em cada local, visando simultaneamente uma aplicação mais adequada dos
parâmetros constantes na NP 2074, nomeadamente quanto às características dos terrenos de
fundação das edificações monitorizadas no decurso das duas primeiras campanhas de
trabalhos de campo. Finaliza-se com a obtenção de equações de propagação de vibrações
para os terrenos locais, a partir dos registos sismográficos dos eventos vibratórios gerados pela
detonação de explosivos nas operações de escavação dos túneis do Marão.
No Capítulo 5, resumem-se e discutem-se as principais conclusões do estudo, tendo por base
os trabalhos realizados.
3
2. O Impacte Ambiental das Vibrações
A necessidade da realização de estudos de impacte ambiental (EIA) é hoje em dia essencial
nos vários domínios das actividades da engenharia, como um pré-requisito com vista à
implementação de um desenvolvimento sustentável. A sociedade contemporânea requer que
todas as acções potencialmente perturbadoras do meio ambiente sejam cuidadosamente
analisadas com antecedência, para que as autoridades responsáveis possam aprovar e
licenciar os projectos, a fim de cumprir com a legislação vigente (Dinis da Gama, 2002).
Existe abundante legislação, por meio da qual todas as organizações em causa podem ser
informadas sobre as regras a seguir, as etapas do processo de licenciamento e as restrições
de tempo associadas. De acordo com cada área específica de actividade, existem regras
detalhadas para cumprir e listas de verificação em ordem à produção do necessário EIA. Para
a indústria de construção pesada, incluindo a mineira, Kiely (1997), citado por Dinis da Gama
(2002), refere a seguinte lista de rubricas cuja inclusão considera importante nesses relatórios:
Revisão da documentação existente relativa ao local em estudo, sobre as questões da
topografia, geologia, uso da terra e enquadramento sócio-político;
Desenvolvimento de pesquisas de base ambiental para caracterização das condições
naturais, visando a avaliação dos impactes induzidos pelo projecto;
Descrição das actividades do projecto proposto, com ênfase nos efeitos esperados na
região, nomeadamente os ambientais, tais como a poluição do ar, a qualidade da água,
superficial e subterrânea, a fauna, a flora, o património histórico, bem como as
populações afectadas;
Indicação dos procedimentos a implementar para a mitigação dos efeitos negativos,
durante e após a implementação do projecto, com o objectivo de que todos esses
impactes fiquem aquém dos limites legais estabelecidos, bem como a descrição das
práticas destinadas a consegui-lo;
Técnicas de Instrumentação e Monitorização a instalar, sempre que sejam detectadas
anormalidades em algum descritor ambiental e proceder adequadamente à sua
correcção;
Apresentação de relatório/resumo não técnico do EIA.
5
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Uma parte significativa das obras de natureza geotécnica envolve a geração de vibrações
provenientes de diversas fontes, as quais, na sua propagação através dos meios vizinhos,
podem atingir uma multiplicidade de alvos onde se incluem os edifícios sensíveis, populações e
muitos outros (Dinis da Gama e Paneiro, 2004). O uso de explosivos é geralmente inevitável
nas actividades de escavação de rochas: na indústria extractiva, em túneis, estradas e obras
hidráulicas. Grande parte destas infra-estruturas localiza-se perto de zonas residenciais, pelo
que frequentemente ocorrem problemas ambientais causados pelas vibrações dos terrenos e
pela onda aérea resultante das explosões. É, portanto, necessário, implementar a previsão,
avaliação e eventual correcção com vista à mitigação dos seus efeitos no meio envolvente
(Ozer, 2008).
Como é geralmente admitido, a escavação de maciços rochosos com recurso a explosivos é
influenciada por vários factores, tais como a geometria do furo, as propriedades mecânicas do
maciço a desmontar, a carga a detonar e a distância ao ponto de recepção. Destes factores,
alguns podem ser controlados pelos técnicos responsáveis pelos desmontes, enquanto outros
são impostos por condicionalismos ambientais (Tshibangu e Lefebvre, 2008). A construção de
túneis com o uso de explosivos em meios urbanos induz vibrações nos terrenos, podendo
infligir danos nas estruturas envolventes quando a quantidade de explosivos usada é
excessiva. Assim, a previsão dos níveis de vibrações em trabalhos desta natureza tem um
papel importante na minimização dos impactes ambientais e, por conseguinte, nas queixas das
populações vizinhas. Para o efeito, antes do começo das actividades, deverá ser feito um
trabalho de relações públicas junto dos residentes locais, bem como proceder à realização de
inspecções prévias do património edificado. Impõe-se ainda a realização de desmontes
experimentais, com monitorização sismográfica, para determinar o modo de propagação das
vibrações, procurando estabelecer uma relação entre a velocidade máxima de vibração das
partículas e o quociente entre a distância fonte-recepção e a carga de explosivo a detonar num
certo instante (retardo), constante nas várias equações de atenuação de vibrações da
bibliografia da especialidade (Dowding, 1985, Hustrulid, 1999 e Kahriman, 2004).
Nos anos mais recentes, um dos problemas com que os técnicos responsáveis em obra se têm
confrontado relaciona-se com a propriedade ou a impropriedade das reclamações dos
particulares quer individualmente, quer organizados (Felice, 1993 e Kahriman et al., 2006),
referidos por Ozer (2008). O número destes casos, sejam os distúrbios reais ou psicológicos,
tem vindo a aumentar gradualmente com o incremento da população e das urbanizações.
Portanto, neste tipo de operações, deverá haver a preocupação dos responsáveis na procura
da forma de minimizar, ou até mesmo eliminar este tipo de problemas, o que não é
incompatível com os aspectos da economia e segurança dos projectos de escavação. Com o
6
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
incremento da legislação e das restrições nos níveis admissíveis de perturbações ambientais
induzidas pelo uso de explosivos, há uma necessidade crescente do planeamento cuidadoso e
preciso dos planos de fogo. Johnston e Durucan (1994) e Ozer et al. (2007), citados por Ozer
et al. (2008), afirmam que um dos requisitos principais a alcançar com um plano de fogo bem
dimensionado, especialmente em trabalhos de grande envergadura, passa pela determinação
da quantidade máxima de explosivo por retardo (carga máxima a detonar por pega de fogo),
para uma dada distância entre a fonte e os locais de observação, conseguindo-o realizar de
forma controlada, com o propósito da minimização dos problemas ambientais. Por conseguinte,
a determinação da quantidade de explosivo por retardo, para uma determinada distância,
especialmente em grandes detonações, reveste-se de enorme importância na prevenção de
problemas ambientais. Por isso, os efeitos das vibrações dos terrenos nas estruturas dos
edifícios e no bem-estar das pessoas, devido ao uso de explosivos, deverão ser previstos,
monitorizados e controlados pelos responsáveis pelos trabalhos de desmonte tendo em vista a
sua optimização.
Nas proximidades da fonte emissora, a vibração do solo pode causar danos a edifícios e outras
estruturas originando tensões dinâmicas que excedem a resistência dos materiais de
construção, identicamente ao que acontece na fractura da rocha em si mesma. Um edifício,
sendo muito menos rígido do que o maciço rochoso, pode ser danificado mesmo a uma longa
distância de uma explosão, ainda que o diagrama de fogo tenha sido cuidadosamente
projectado.
Hoje em dia, assiste-se a um número crescente de reclamações em torno das vibrações
ambientais, principalmente em edifícios com pouco amortecimento*, nos quais as vibrações
sensíveis e o ruído estrutural surgem mais facilmente. As vibrações sensíveis (sensibilidade
humana a baixos níveis de vibração) são, geralmente, segundo Azevedo e Patrício (2003),
tidas pelos residentes como os agentes causadores das fendas nos revestimentos das suas
habitações. Estas queixas são, na sua generalidade, injustificadas, já que estes danos são
vulgarmente devidos a assentamentos diferenciais das fundações, a variações térmicas ou à
retracção dos materiais (designadamente os de revestimento).
Ainda segundo os mesmos autores, embora actualmente em Portugal haja uma, cada vez
maior, consciencialização dos organismos estatais e das grandes empresas de obras públicas,
quanto à necessidade da previsão dos impactes ambientais, particularmente na construção de
______________________
*Genericamente, pode considerar-se que as edificações mais recentes, com estrutura em betão armado, embora
transmitam melhor as solicitações, amortecem pior as vibrações do que as mais antigas, dada a sua elevada rigidez
e monolitismo. Analogamente, mas em sentido oposto, as construções e monumentos antigos apresentam uma
maior sensibilidade às vibrações (Azevedo e Patrício, 2003).
7
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
empreendimentos onde ocorre o uso de explosivos, na maioria dos casos os projectos de
obras particulares dos edifícios ou das instalações mecânicas, quando existem, não prevêem
as vibrações que poderão vir a ocorrer.
Sendo assim, referem a necessidade da adopção das seguintes medidas:
Sensibilização dos cidadãos em geral, e dos promotores de empreendimentos, da
imprescindibilidade da previsão e controlo das vibrações ambientais, fazendo a
divulgação dos valores admissíveis de incomodidade e de dano estrutural;
Promoção do aperfeiçoamento e publicação das normas respeitantes a incomodidade
humana e danos, acompanhados da publicação de regulamentação que exija a sua
aplicação;
Desenvolvimento de dispositivos de medição de vibrações, com a possibilidade da
transmissão das medições à distância, económicos e de simples manuseamento.
Em todo o mundo têm vindo a desenvolver-se investigações e estudos em torno das vibrações,
nos seres humanos e nas estruturas. Estes trabalhos científicos contribuíram para o
surgimento, desde o final da década de 70, de Normas Regulamentadoras, hoje em dia de
aplicação corrente. Algumas das mais importantes serão referidas mais adiante neste Capítulo.
Em Portugal, a realização de escavações com recurso a explosivos nas proximidades de
edifícios residenciais e outros, no que respeita à prevenção de danos provocados pelas
vibrações ocorrentes, é regulamentada pela Norma Portuguesa 2074, vigente desde 1983, que
estabelece, embora de modo conservador, os limites de vibração aceitáveis.
Esta norma fixa um valor limite da velocidade de vibração das partículas, expressa no seu valor
máximo (pico), em cm/s, como um produto de três factores onde são contemplados o tipo de
terreno de fundação, o tipo de construção e o número de solicitações diárias. Os valores
medidos são comparados com aquele critério de segurança, não podendo ser-lhe superiores
sob pena de ocorrerem danos nas estruturas vizinhas da fonte emissora das vibrações. Tem
vindo a ser discutida a necessidade da revisão desta norma, existindo alguns projectos de
revisão, a que se fará alusão ainda neste Capítulo.
8
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
2.1. Considerações gerais
Pode definir-se vibração como sendo um movimento oscilatório de um material, sólido ou
fluído, que foi afastado da sua posição de equilíbrio. Em Geotecnia, a vibração traduz-se numa
resposta elástica do terreno, constituído por solos e/ou rochas, à passagem de uma onda de
tensão, com origem directa ou indirecta numa solicitação dinâmica, de génese natural, por
exemplo os sismos, ou artificial, explosões, cravação de estacas, etc. (Bernardo e Dinis da
Gama, 2006).
Na origem, as vibrações resultam da aplicação aos terrenos de forças exteriores com um
tempo de actuação muito curto, ou de forças aplicadas de forma contínua, mas com
intensidade muito variável ao longo do tempo. Segundo Sarsby (2000), as vibrações dos
terrenos podem ser classificadas em três grupos:
Contínuas – quando um nível de vibração aproximadamente constante é mantido por
um longo período de tempo (caso dos maciços de fundação de máquinas de regime
alternativo, tais como bombas ou compressores, em funcionamento regular);
Transitórias – se os níveis de vibração resultam de um impacto súbito, seguido de um
tempo de repouso relativamente prolongado (caso dos terrenos submetidos a
compactação dinâmica ou a detonação de cargas explosivas isoladas);
Intermitentes – se se verificar uma sucessão de eventos vibratórios, cada um dos quais
de pequena duração (caso da detonação de cargas explosivas microretardadas ou
perfuração por percussão).
De um modo geral, as normas contemplam apenas as vibrações contínuas e transitórias,
designando-as por vibrações continuadas e impulsivas, respectivamente. Por exemplo, a ISO
4866 (1990), relativa a edifícios, distingue esses dois grupos pela duração da solicitação
relacionando-as com a taxa de amortecimento relativo do edifício em apreço. Para além das
detonações de cargas explosivas, um grande número de eventos é susceptível de induzir um
tipo de resposta idêntica nos terrenos. A consideração de outras fontes na origem do fenómeno
assume particular importância quer para a análise de situações em que se verifique uma
acumulação de efeitos, quer no estabelecimento da situação de referência apropriada para a
avaliação dos impactes causados pelas detonações (Bernardo, 2004).
Os sismos, o desmonte de maciços rochosos, a cravação de estacas, a exploração de
pedreiras, a demolição de edifícios (particularmente com explosivos) e o deslizamento súbito
de massas rochosas ao longo de falhas geológicas são fontes tradicionais de solicitações
dinâmicas. Esta acumulação de fontes conduz à presença e importância crescente das
vibrações mecânicas como factor de degradação ambiental, com implicações a nível da
9
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
incomodidade para as pessoas e causa de danos no património arquitectónico
itectónico e paisagístico
(Bernardo, 2004).
Na Figura 2.1 observa-se
se um gráfico bilogarítmico que mostra a ordem de grandeza das
vibrações provenientes de equipamentos e actividades envolvidos na realização da maioria dos
trabalhos de construção.
Figura 2.1 – Velocidade vibratória de acções características em função da distância (adaptado
(adaptado de Sarsby, 2000, in
Bernardo, 2004)
Por outro lado, o desenvolvimento tecnológico a que tem vindo a assistir-se
assistir
nos últimos anos,
bem como a necessidade crescente de conforto das pessoas têm levado ao aumento das
fontes geradoras de vibrações.
vibrações A maquinaria e os equipamentos pesados motorizados têm
vindo a registar
gistar aumentos na sua potência quer nos estaleiros de obras, quer nas instalações
industriais. Nos edifícios de habitação e de serviços multiplicam-se
se os sistemas de ventilação e
de ar condicionado, de refrigeração, de bombagem de água e de geração e aproveitamento
apro
de
energia. Nos grandes aglomerados urbanos assiste-se
assiste se ao aumento continuado das redes de
tráfego rodoviário e ferroviário, com veículos e composições por vezes de grande tonelagem.
Nas povoações, o tráfego pesado circula junto a habitações, monumentos,
monumentos, hospitais e
instalações que albergam equipamentos extremamente sensíveis. Em instalações industriais
recentes coexistem, num único edifício, áreas de fabrico, de escritórios e de lazer
laze (Azevedo e
Patrício, 2003).
As vibrações são a causa mais comum dos receios e protestos das populações residentes em
torno das zonas de trabalhos de escavação com uso de explosivos, pois o limiar da percepção
10
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
humana, sujeito à susceptibilidade de cada indivíduo, pode atingir valores da ordem dos
0,3 mm/s*. Esta susceptibilidade está, muitas vezes, na origem de reclamações das pessoas
que, ao percepcionar as acções impulsivas, atribuem desde logo a esses trabalhos a totalidade
dos danos e patologias nas suas habitações, ainda que os níveis vibratórios daí resultantes
fiquem consideravelmente aquém dos limites máximos admissíveis, preconizando outros
fenómenos na génese daqueles problemas (Bernardo, 2010).
2.2. Escavação com uso de explosivos
A escavação de rochas, utilizando substâncias explosivas, foi sempre considerada uma arte,
formada a partir da experiência e habilidade dos operadores. Nos dias de hoje, o uso de
explosivos civis em obras geotécnicas, com disposições legais cada vez mais restritivas, é já
uma técnica fundamentada em procedimentos científicos, baseados nos princípios da
Mecânica das Rochas, que têm possibilitado um melhor conhecimento da acção dos explosivos
nos maciços rochosos, em função dos seus mecanismos de ruptura e respectivas propriedades
geomecânicas. A anulação, ou simplesmente a mitigação, dos impactes ambientais com
origem nas detonações, exige o estabelecimento criterioso dos parâmetros do diagrama de
fogo adoptado, quer em trabalhos à superfície, quer subterrâneos. No diagrama de fogo devem
ser definidas todas as actividades a realizar nas frentes de escavação e respectivas cargas a
aplicar, considerando as restrições ambientais aplicáveis, com o objectivo de proceder à
escavação de uma rocha dura (em termos de que não permite, em tempo útil, e a custo
aceitável, a escavação por processos mecânicos). Usualmente, são também designados por
disparos ou pegas de fogo e compreendem o conjunto de furos carregados com explosivos
(conhecidos por tiros), com uma sequência de rebentamento determinada para funcionar como
um conjunto (Bernardo, 2003, in Bernardo e Torres, 2005).
Os diversos métodos para o dimensionamento dos diagramas de fogo, aplicados em
desmontes subterrâneos, em termos dos procedimentos e das expressões usadas no cálculo
dos vários parâmetros, encontram-se descritos na bibliografia específica (Langefors e
Kihlstrom, 1963, Holmberg, 1982, Hartman, 1987 e outros, in Louro, 2009). Por não se
enquadrar no âmbito do presente estudo, não se afigura pertinente uma abordagem mais
detalhada desta problemática.
_________________________
* Outras actividades há, no entanto, que apresentam valores de velocidades vibratórias muito superiores. Em alguns
casos, atingem mesmo os limites impostos pela legislação aplicável, como sejam certas actividades domésticas e
pequenas obras de reparação ou remodelação (Stagg et al., 1984, referidos por Dowding, 1992, citados por
Bernardo, 2004). São exemplos dessas actividades, e das respectivas afectações, o caminhar numa laje entre pisos
-1
(0,8 mm.s , análoga às máximas afectações atribuídas ao trânsito), o saltar energicamente sobre uma laje (7,1
-1
-1
mm.s ), o bater vigoroso de portas, por acção de correntes de ar (12,7 mm.s ) ou o pregar um prego numa parede
-1
(22,4 mm.s ).
11
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
2.3. Geração de vibrações
Geralmente, um desmonte de rocha é obtido pela detonação de explosivos colocados em
vários furos, criteriosamente dispostos, com ligações entre si retardadas em milissegundos
(micro-retardos) mas explodindo numa rápida sucessão. Simultaneamente, as transformações
físico-químicas do explosivo dão origem a gases com elevada temperatura exercendo também
elevada pressão sobre as paredes do furo, a qual diminui pelo efeito da expansão da cavidade
onde estavam contidos (Esteves, 1993). Dinis da Gama e Torres (2002) referem temperaturas
entre 2 000 e 2 500ºC e pressões entre 10 e 40 GPa. A detonação ou deflagração do explosivo
provoca o desenvolvimento de intensas acções quase instantâneas de deformação dos
maciços, originando a sua ruptura na vizinhança da explosão, desencadeando-se a
propagação de ondas de tensão sob a forma radial. O campo de tensões assim criado
propaga-se sob a forma de ondas de vibração que serão elásticas a partir de determinado
afastamento da carga de explosivo (Esteves, 1993). No seu movimento, as ondas encontram
descontinuidades e zonas de interfaces geológicas, pontos onde parte da energia é transmitida
e outra parte é reflectida. Durante, e após a propagação das ondas de tensão, as altas
pressões
e
temperaturas
dos
gases
formados
provocam
extensões
radiais
nas
descontinuidades, fracturas e juntas, sendo que a energia do explosivo toma sempre o
caminho das zonas de menor resistência. Uma vez consumada a separação entre a rocha
fracturada e o maciço remanescente, não ocorrem mais fracturas porque a pressão dos gases
vai diminuindo. Todo este processo ocorre num curto intervalo, da ordem dos milissegundos,
após a detonação. A energia não utilizada no processo de fracturação do maciço rochoso é
desperdiçada, dissipando-se sob a forma de vibrações e onda aérea e, nas detonações em
meios aquáticos, através do efeito “watershock”. Com o afastamento da fonte de energia a
vibração vai-se atenuando, fenómeno designado por atenuação sísmica (Lucca, 2003). O
fenómeno da vibração é de uma grande complexidade como ilustrado na Figura 2.2, relativa às
ondas geradas pela cravação de uma estaca.
Figura 2.2 – Componentes vibratórias geradas na cravação de uma estaca (Sarsby, 2000, adaptado por Dinis da
Gama, 2003, in Bernardo, 2004)
12
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Segundo Sarsby (2000), a intensidade das vibrações procedentes desta operação, assim como
de outras semelhantes, varia com certas propriedades do equipamento, nomeadamente as
características do martelo e vibrador, a deformação do encabeçamento da estaca, a distorção
elástica da estaca e a velocidade de penetração no terreno.
Segundo Holmberg (1982), citado por Bernardo (2004), os fenómenos de rotura da rocha, por
acção dinâmica, exigem velocidades vibratórias entre 700 a 1000 mm/s (Hustrulid, 1982, in
Bernardo, 2004), podendo afirmar-se que os impactes ligados às vibrações, decorrentes da
escavação de maciços rochosos, são essencialmente devidos aos desmontes com explosivos,
sendo que, em termos comparativos, as vibrações devidas aos equipamentos são menos
importantes (Bernardo, 2004).
A detonação de explosivos em maciços rochosos é caracterizada fundamentalmente pela
geração de ondas de tensão compressivas resultantes da refracção da onda de choque,
proveniente da detonação do explosivo, nas paredes do furo onde é aplicado A propagação
ondulatória originada movimenta-se através dos terrenos com uma determinada velocidade
que é característica de cada tipo de maciço, a qual tem pouco a ver com as tensões dinâmicas
transportadas pela onda, as quais dependem dos deslocamentos oscilatórios sofridos pelas
partículas de terreno, relativamente à posição em repouso, à medida que a perturbação se
propaga (Dinis da Gama, 2003).
A propagação destas ondas (Figura 2.3) provoca a vibração* das partículas do meio
atravessado, função das características de deformabilidade e da geometria do meio e do tipo
de impulso, com amplitudes vibratórias que dependem, de acordo com Dinis da Gama (2003),
dos seguintes factores:
Quantidade de energia libertada no fenómeno que as ocasionou;
Distância entre a origem e o ponto onde se registam os seus efeitos;
Propriedades transmissoras e dissipadoras dos terrenos envolvidos;
Resistência dinâmica das estruturas e dos seus componentes mais frágeis.
A sua amplitude vai decaindo com a distância à fonte e com as reflexões registadas no seu
trajecto e eventuais fronteiras entre meios de impedância acústica diversa.
____________________________
* Entende-se por velocidade vibratória das partículas, a variação, no tempo, dos deslocamentos oscilatórios sofridos
pelas partículas de terreno à medida que a onda de tensão se propaga. As componentes do movimento vibratório
das ondas, segundo as três direcções espaciais, revestem-se de uma importância fundamental, na medida em que,
na realidade, os problemas se apresentam à escala tridimensional. Por esta razão, os sismógrafos actuais
individualizam essas componentes: longitudinal, transversal e vertical (Figura 2.3).
13
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 2.3 – As três componentes de vibração no interior de um maciço submetido à detonação de uma carga
explosiva (Dinis da Gama, 2003)
2.3.1. Ondas de Tensão
As ondas de tensão dividem-se em dois tipos (Figura 2.4):
ondas volumétricas: ondas longitudinais de compressão ou dilatação (ondas P) e ondas
transversais (ondas S);
ondas superficiais: ondas Rayleigh (ondas R) e ondas Love (ondas L).
Figura 2.4 – Ondas sísmicas (adaptado de Smoltczyk, 2002, in Bernardo, 2004)
14
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
As ondas volumétricas propagam-se através do terreno, radialmente, a partir da fonte geradora
das vibrações. Os restantes tipos, representados esquematicamente na Figura 2.5, dependem
de interfaces, entre meios distintos, para se propagar (Bernardo, 2004).
Figura 2.5 - Ondas de tensão (Bernardo, 2004)
Segundo Kuzmenko et al., (1993), na vizinhança dos locais de escavação com explosivos as
ondas volumétricas são predominantes, caracterizando-se por apresentar frequências
relativamente elevadas (10 a 40 Hz) e rápida atenuação, comparativamente às restantes. As
ondas superficiais (ondas R e ondas L), embora com uma velocidade inferior à das ondas
volumétricas, apresentam frequências reduzidas (2 a 8 Hz), fazendo sentir-se a grandes
distâncias devido à maior quantidade de energia que transportam (Konya e Walter, 1990, in
Bernardo, 2004).
As ondas longitudinais (ondas P), na sua propagação através dos terrenos, originam
compressões alternadas com dilatações, designando-se, por isso, por ondas de compressão
ou de dilatação sendo responsáveis pela modificação do volume em todas as massas
rochosas, independentemente da sua resistência ao corte (Bernardo, 2004). A velocidade de
propagação ( ) destas ondas no solo depende do seu tipo, módulo de elasticidade (E) e
massa específica (ρ), através da equação 2.1 (referida por Azevedo e Patrício, 2003).
" 8/9
6 7
(2.1)
A deformação ( associada à propagação de uma onda “P”, num determinado meio, relacionase com a velocidade das partículas, “0”, pela expressão:
15
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
0
0
" 8/9
: ;
(2.2)
As frequências relevantes, nas ondas que se propagam através dos terrenos, apresentam uma
grande variedade e dependem do modo de excitação que as originou, podendo variar entre 2 e
100 Hz, enquanto, na proximidade de uma explosão, em solos rochosos muito competentes
(rijos), a velocidade de vibração das partículas pode incluir frequências superiores a 100 Hz
(Azevedo e Patrício, 2003).
As ondas transversais (ondas S) propagam-se dando origem a movimentos de corte, daí serem
designadas por ondas de corte, alterando os materiais atravessados na sua forma, mas não
em volume. A sua velocidade de propagação (Equação 2.3), é inferior à das ondas
longitudinais, mas superior às ondas de superfície (Kuzmenko et al., 1993, in Bernardo, 2004).
&
"
< <
2 >1 ? (2.3)
onde, é a massa volúmica do terreno, , o seu coeficiente de Poisson e & o módulo de
distorção.
As ondas de Rayleigh (ondas R) provocam, simultaneamente, a dilatação e a distorção do meio
na medida em que incluem um movimento longitudinal (dilatação) idêntico à onda “P” e um
movimento transversal (distorção) idêntico ao da onda “S”. Assim, a combinação das duas
componentes origina um movimento das partículas superficiais, segundo uma órbita elíptica
num espaço bidimensional e uma órbita elíptica distorcida num espaço tridimensional
(Smoltczyk, 2002, in Bernardo, 2004).
As ondas de Love (ondas L) manifestam-se entre interfaces geológicas sub-horizontais, ou
seja, em camadas, assumindo com frequência a designação de ondas guiadas. O movimento
das partículas é horizontal e perpendicular à sua direcção de propagação, é um movimento de
corte. A sua velocidade de propagação é superior à das ondas de Rayleigh (Sleep e Fujita,
1997, in Bernardo, 2004). As tensões dinâmicas de cada onda dependem dos deslocamentos
oscilatórios experimentados pelas partículas de solo, relativamente à sua posição em repouso,
à medida que a perturbação se propaga. A variação desses deslocamentos no tempo é
denominada por velocidade vibratória. Existem diversos factores responsáveis pela variação da
velocidade de vibração, havendo a destacar os seguintes: condições geológicas, diferenças
16
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
nos tipos de explosivos, diferentes tipos de ondas e diferenças na geometria das explosões,
tais como erros nos tempos de detonação e de medição (Vuolio, 1990).
Os vários tipos de ondas são ainda caracterizados pelas suas diferentes velocidades de
propagação. As ondas “P” são as que apresentam maior velocidade, as ondas “S” são
consideravelmente mais lentas e as ondas “R” são ainda um pouco mais lentas do que as
ondas “S”. A velocidade da onda é função das propriedades elásticas do material. Para longas
distâncias da fonte, as ondas “R” frequentemente apenas se distinguem devido às suas
características de muito menor atenuação.
Os parâmetros caracterizadores das ondas sísmicas anteriormente apresentadas são os
indicados na tabela seguinte:
Tabela 2.1 - Parâmetros das ondas sísmicas (Bernardo, 2004, adaptado de Sleep e Fujita, 1997)
Parâmetro
Abreviatura Unidade (S.I.)
Significado
Ai
[m]
Magnitude da afectação de uma partícula, a
partir da sua posição de repouso (pode ser
expressa sob a forma de um deslocamento,
de uma velocidade ou de uma aceleração)
Deslocamento
δ
[m]
Espaço percorrido por uma partícula, quando
excitada pela onda
Velocidade de vibração
0
[m. s ]
Aceleração
a
Período
Amplitude
Amplitude (de um ciclo i)
-1
Deslocamento das partículas, causado pela
passagem da onda, por unidade de tempo
[m. s ]
-2
Variação da velocidade das partículas, por
unidade de tempo
T
[s]
Tempo necessário para completar um ciclo
ou oscilação (referencial: δ' vs tempo)
Comprimento de onda
λ
[m]
Comprimento de um ciclo completo
(referencial: δ vs distância)
Frequência
f
[Hz]
Número de ciclos por segundo
2.4. Propagação de vibrações
Nas interfaces entre os diferentes meios (por exemplo entre o solo e o ar, entre o solo e a água
ou ainda entre camadas de características elásticas diversas), desenvolvem-se diferentes tipos
de ondas superficiais. Sabe-se que apenas uma pequena parte da energia transmitida aos
terrenos é convertida em energia sísmica. Dinis da Gama (1998) estima que apenas cerca de 5
a 15% da energia libertada pelas detonações de explosivos em rocha é efectivamente usada
17
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
na fragmentação. A percentagem mais significativa é transmitida ao ambiente, podendo causar
impactes consideráveis.
Segundo Sarsby (2000), em qualquer ponto do maciço circundante, o movimento máximo das
partículas postas a vibrar é devido apenas a uma das componentes e não à energia total da
onda, sendo que a que tem, geralmente, maior importância é a componente vertical. Vuolio
(1990) partilha da mesma opinião, ao referir que os dados coligidos entre 1970 e 1989 mostram
que, na prática, é a componente vertical que contribui maioritariamente para a velocidade de
pico de partícula (PPV). A desigualdade na distribuição da energia faz com que a velocidade
vibratória decresça de forma irregular com a distância percorrida, pelo que, na prática, a
atenuação da sua amplitude é determinada a partir dos valores de pico resultantes das três
componentes principais (longitudinal, transversal e vertical). Identicamente às vibrações no
terreno, na onda aérea o nível de pico da sobrepressão é função do peso da carga de
explosivo por retardo e da distância fonte-recepção. Ao contrário daquelas, a pressão do ar
pode ser descrita completamente com apenas um transdutor, pois, em qualquer ponto, é igual
nas três direcções ortogonais (Mohamed, 2010).
Os factores determinantes na redução das vibrações com a distância são (Figura 2.6), ainda de
acordo com Sarsby (2000), in Dinis da Gama (2003):
a expansão geométrica das ondas;
a progressiva separação das três componentes, longitudinal, transversal e vertical;
a presença de descontinuidades nos maciços (causando reflexões, refracções,
difracções e dispersões);
o atrito interno dinâmico característico das rochas.
Figura 2.6 - Atenuação das vibrações com a distância (Jimeno et al., 1995)
Contudo, na realidade, as ondas nem sempre se atenuam com a distância. Por exemplo, em
meios estratificados, e se a sua geometria o favorecer, as ondas podem concentrar-se ou
18
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
sobrepor-se a outras reflectidas, chegando a medir-se maiores valores de amplitude da
vibração em pontos sucessivamente mais afastados (Azevedo e Patrício, 2003).
2.5. Efeitos e controlo das vibrações
As vibrações, quer as originárias da escavação de rochas com explosivos, a céu aberto ou
subterrâneas, quer as provocadas por equipamentos mecânicos, os mais diversos, poderão
constituir um impacte ambiental pela possibilidade de causarem danos estruturais em
edificações próximas e serem causa de incomodidade para as pessoas afectadas. Estes
movimentos vibratórios implicam a transmissão de solicitações dinâmicas que poderão ser
destrutivas para as próprias formações geológicas, compostas por falhas, diaclases, massas
rochosas e solos, onde assentam as fundações de edifícios e túneis subterrâneos. O controlo
destes impactes é, por isso, essencial, visto que as vibrações têm efeitos nocivos para as obras
de engenharia e para as pessoas. Sabe-se ainda que, mesmo os níveis mais baixos de
vibração são susceptíveis de causar um grande desconforto com efeitos negativos para a
saúde humana, pelo que não devem exceder os valores máximos admissíveis estabelecidos na
normalização internacional, cuja referência mais importante é a ISO 2631 (Dinis da Gama e
Barroso, 2005).
Dowding (1996) propõe, para a avaliação do efeito das vibrações produzidas por detonações
em estruturas, as três etapas seguintes:
a estimativa do movimento do terreno produzida pela explosão nas proximidades da
estrutura;
a análise para avaliar a resposta da estrutura ao movimento do terreno;
o estabelecimento de limites toleráveis para a resposta estrutural para evitar danos.
Estas mesmas três etapas de avaliação também são consideradas no dimensionamento das
estruturas para resistir aos sismos e na concepção de estruturas para resistir aos efeitos do
movimento do terreno produzido por explosões nucleares. Os princípios de análise necessários
para avaliar os efeitos de vibrações causadas pela detonação de explosivos, sismos e
explosões nucleares sobre as estruturas são idênticos; as únicas diferenças são as amplitudes
relativas à aceleração do solo, a velocidade das partículas e o deslocamento, bem como a
frequência com que estes movimentos ocorrem. Embora a abordagem da dinâmica estrutural
seja obviamente utilizada na concepção das estruturas, de protecção e anti-sismícas, a
avaliação dos efeitos das actividades de construção ou mineiras nas proximidades de
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Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
estruturas existentes desenvolveu-se a partir de correlações empíricas entre o dano observado
e a velocidade vibratória de pico das partículas do solo (Dowding, 1996, Preface by Hendron).
Azevedo e Patrício (2003) classificam os efeitos das vibrações nos seguintes três grupos, por
ordem crescente de gravidade e irreversibilidade dos danos:
funcionamento deficiente de equipamentos sensíveis (em hospitais, laboratórios, e até
em habitações);
incomodidade para as pessoas, originando receios e, por consequência, reclamações*;
danos nas estruturas (em particular nos edifícios e monumentos antigos) e nos maciços
remanescentes em operações de escavação.
Mesmo devidamente concebidos, os planos de fogo podem projectar pedras e rochas através
do ar e causar danos às propriedades vizinhas. Uma projecção excessiva pode ser devida ao
deficiente preenchimento dos furos com explosivo ou ao atravessamento de zonas fracturadas.
Segundo Correia (2003), os efeitos das vibrações nas estruturas não dependem apenas da
distância à fonte emissora e do tipo de estrutura, mas igualmente de outros factores, de entre
os quais sobressai a litologia dos terrenos de fundação onde as estruturas assentam, visto os
efeitos locais serem prevalecentes. As condições geotécnicas num determinado local podem
alterar de forma muito importante as características fundamentais dos movimentos sísmicos,
nomeadamente as consideradas como mais relevantes do ponto de vista da engenharia
sísmica: amplitude, conteúdo de frequências e duração.
Através de vários exemplos, esse facto tem sido inequivocamente comprovado por intermédio
de registos experimentais, num mesmo evento, de movimentos sísmicos em locais próximos
mas com características geotécnicas diferenciadas. Mesmo antes de se ter iniciado o registo
instrumental de movimentos sísmicos já existiam registos históricos relativos à abundante
constatação empírica da influência das condições geotécnicas locais, tendo sido muitas vezes
observado um acréscimo muito significativo dos efeitos destruidores de grandes sismos em
locais onde os terrenos superficiais são constituídos por solos brandos.
________________________
* Várias precauções podem e devem ser tomadas para minimizar, ou até mesmo evitar, a propagação da onda
aérea resultante das detonações. Mesmo considerando que se trata de um mal necessário, é importante lembrar
que as boas relações com os vizinhos são provavelmente o seguro mais eficaz contra as reclamações. Um residente
local que esteja devidamente informado sobre as operações e sobre os seus benefícios para a zona, e para a
sociedade em geral, é muito menos provável que reclame dos incómodos causados pelo ruído excessivamente alto
provocado por uma explosão (Persson et al., 1994).
20
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
A figura seguinte ilustra a diferença dos efeitos das vibrações em dois edifícios, equidistantes
de uma detonação, um fundado em rocha e outro em solo.
Figura 2.7 – Efeito da litologia do terreno de fundação nas velocidades vibratórias, em duas estruturas equidistantes
de uma detonação (modificado de Jimeno et al., 1995, in Paneiro, 2006)
Segundo Bernardo e Dinis da Gama (2006), demonstra-se que, se a velocidade vibratória que
atinge o edifício fundado em rocha for 0@, que se considera igual à velocidade emitida pela
detonação (igualmente em rocha), a velocidade vibratória que atinge o edifício fundado em solo
(refractada na interface geológica), é dada pela expressão seguinte:
0 A 2
2'
B AB 0B B AB C 0 1 ? ' 0B ,
1? A
(2.4)
sendo, 0 , a velocidade de vibração das ondas no solo, A a velocidade de propagação das
ondas no solo, , a densidade do solo, AB , a velocidade de propagação das ondas em rocha,
B , a densidade da rocha e ', a impedância de onda que, neste caso é dada por:
'
B AB
A
(2.5)
A obtenção desta igualdade permite concluir que, para as mesmas cargas detonadas às
mesmas distâncias, as formações geológicas mais atenuadoras das amplitudes das ondas
provocam maiores velocidades vibratórias do que as formações menos dissipadoras de energia
vibratória. Esta contradição aparente resulta do tipo de relação entre as velocidades de
vibração e as tensões dinâmicas (Equação 2.6).
. 0. A
(2.6)
21
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Por
esta
razão,
as
litologias
com
maior
capacidade
de
atenuação
apresentam,
simultaneamente, menores valores de impedância (. A), o que justifica porque é que naqueles
terrenos as tensões dinâmicas ( ) se atenuam mais rapidamente, embora não aconteça o
mesmo para as velocidades vibratórias (0) (Bernardo e Dinis da Gama, 2006).
Embora os efeitos nefastos que as vibrações podem causar em estruturas estejam limitados
pelos critérios de dano estrutural (valor de pico da velocidade vibratória de partícula),
consignados na NP 2074 de 1983, pode adoptar-se, na ausência de estudos específicos, uma
metodologia empírica que passa pela realização de desmontes experimentais para cada tipo de
maciço, devidamente instrumentados e visando o registo das vibrações ocorrentes. Estes
ensaios, ao possibilitarem o conhecimento da amplitude da velocidade de partícula, expressa
em função do peso de explosivo e da distância, permitem, através desta relação, o cálculo da
amplitude noutras condições, para o mesmo tipo de formação geológica. Simultaneamente,
permitem optimizar o plano de fogo, consubstanciado nas variáveis determinantes no processo:
carga de explosivo por furo, número de furos e de retardos, carga máxima instantânea e
distância (Bastos, 1998).
Uma vez conhecida a amplitude da velocidade de partícula, é possível prever com algum rigor
os efeitos causados por uma detonação em estruturas vizinhas, através da utilização das
relações empíricas entre a grandeza das vibrações e os danos físicos que podem provocar.
Estas relações, usadas no sentido inverso, são susceptíveis de dar informação acerca das
cargas máximas a detonar num desmonte, tendo em vista a protecção de edificações próximas
dos prejuízos decorrentes de níveis de vibração excessivos. A análise das circunstâncias que
originaram danos permite atribuir-lhes um grau de importância (em termos de segurança,
precaução, perigo e colapso, por exemplo) que, conjugado com a quantificação das vibrações
por intermédio de um parâmetro apropriado, visa estabelecer os critérios de dano estrutural
(Dinis da Gama, 1998).
Como se verá mais adiante, a generalidade das normas internacionais admite a correlação dos
danos estruturais com a amplitude das ondas sísmicas. De entre as grandezas físicas que a
caracterizam, são as velocidades vibratórias que melhor se ajustam a essa correlação (Dinis da
Gama, 1998). Nos Estados Unidos, as pesquisas levadas a cabo pelo Bureau of Mines desde
os anos 30 do século passado permitiram desenvolver métodos simples para classificar e
resolver o problema das vibrações prejudiciais e, desde logo, concluíram que a velocidade de
pico de partícula (PPV) era o descritor que poderia estar relacionado com a ocorrência de
danos nas estruturas. Investigações desenvolvidas noutros países chegaram às mesmas
conclusões, embora com ligeiras variações, sendo que todas as normas técnicas seguem as
22
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
recomendações daquele organismo (Anderson e Brinckerhof, 2008). Segundo Esteves (1993),
esta constatação reveste-se de um grande significado, na medida em que os dados que lhe
deram origem resultaram de trabalhos de investigação desenvolvidos independentemente uns
dos outros, nos quais foram utilizados aparelhos de medida de variados tipos, e em locais
diversos, para diferentes tipos de edifícios.
O critério de segurança fundamentado na velocidade de vibração das partículas de terreno,
hoje adoptado pela generalidade da comunidade internacional, parece aceitável, pois, como
observado por Ambraseys e Hendron (1968), a máxima velocidade de vibração, 0, de uma
partícula é proporcional à máxima deformação unitária, , de acordo com a equação 2.2
F
anteriormente apresentada, ε G , onde C é a velocidade de propagação da vibração no
terreno. Pode assim concluir-se que a velocidade de partícula é função da deformação do
terreno, sendo, por isso, de admitir que esse parâmetro seja uma medida da deformação e dos
danos observados numa estrutura fundada nesse terreno, quando se propaga uma onda de
tensão. Langefors e Kihlström (1963), referidos por Esteves (1993), validam essas conclusões
ao referirem o valor de 30 mms-1 como limite da velocidade vibratória para estruturas fundadas
num solo com velocidade de propagação das ondas sísmicas longitudinais, ondas P, entre
1 000 a 1 500 ms-1 e ainda o valor de 110 mms-1 para estruturas fundadas em rocha, com
velocidade de propagação das ondas P de 4 500 a 6 000 ms-1 (Tabela 2.2). A relação 0 ⁄A é
praticamente constante nos três tipos de terreno, para cada patamar da velocidade de
vibração.
Tabela 2.2 - Danos em habitações implantadas em diferentes terrenos (Langefors e Kihlström, 1963, in Esteves,
1993)
Natureza do terreno
Areia, cascalho,
silte
Ardósia,
calcáreos
Granito, gnaisse,
calcáreos duros,
quartzitos
arenosos,
diabase
Velocidade de propagação
-1
C (ms )
1 000 - 1 500
2 000 - 3 000
4 500 - 6000
18
35
70
Não se observam fendas
30
55
110
Fendas insignificantes
40
80
160
Fendilhação
60
115
230
Grandes fendas
Velocidade de vibração
0 (mms-1)
Tipo de dano
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Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
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Yang et al. (2008) consideram que, na análise das vibrações, um requisito básico é o de
expressar a velocidade de pico de partícula (PPV), ou a aceleração de pico de partícula (PPA),
J
,
√L
como uma função da relação
que designam por escala-distância* (SD). Enquanto para um
único furo carregado é simples determinar a contribuição do peso do explosivo e da distância
no valor da vibração de pico, para um diagrama de fogo mais elaborado o processo é mais
complexo. Na realidade, é grande o número de furos carregados que contribuem para o valor
da vibração de pico (PPA ou PPV). No entanto, dados de campo obtidos em diferentes locais
mostram que estes dois parâmetros apresentam uma forte correlação com o valor mínimo da
relação
J
√L
, o que implica a existência de uma carga dominante para o valor da velocidade de
pico de partícula num local específico de monitorização. Esta carga dominante é a que está
associada com o valor mínimo de
J
√L
. (MSD). Consequentemente, para um determinado campo
de observação, a distância e a carga de cada furo deverão ser verificadas para a correlação
com a medição de vibrações. Então, o valor mínimo da escala-distância (MSD) pode ser
definido como:
M+! NO' P
onde,
8
,
9
√Q8 √Q9
,…,
$
SQ$
T
(2.7)
' – número total de cargas usadas num desmonte;
$–
distância entre a carga n e o ponto de registo;
Q$ – peso de explosivo da carga n.
(Yang, 2007).
Estes autores concluem assim que, quando a análise anterior é aplicada ao estudo das
vibrações com geração a longa distância do local em monitorização, o valor de MSD é dado
pela razão distância-carga correspondente à carga mais elevada.
Actualmente, existe uma tendência no desenvolvimento de critérios de dano, de base mais
científica, considerando duas vertentes: por um lado, tendo em conta as verdadeiras
propriedades das estruturas e, por outro, a quantificação das vibrações em termos de tensões
dinâmicas, conceitos de mais fácil tratamento do que acelerações, velocidades ou
deslocamentos. Todavia, enquanto a implementação destas novas metodologias não tiver um
carácter generalizado, continuam a utilizar-se os critérios empíricos convencionais (Dinis da
Gama, 1998).
________________________
*do inglês “scaled distance” (SD)
24
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Quando não existem registos de vibrações, pode usar-se, numa primeira aproximação, o
critério de dano do USBM (United States Bureau of Mines), segundo o qual, a distância de
segurança D (m), deverá relacionar-se com a carga de explosivo por retardo 5 (Kg) através da
relação (Dinis da Gama, 1998):
! U 22,5 . 5 8/9
(2.8)
Esta expressão só deve ser aplicada na fase precedente das detonações iniciais e na falta de
qualquer tipo de monitorização.
Como referido anteriormente, a limitação dos níveis de vibrações é conseguida por intermédio
do controlo da carga de explosivo a detonar, concomitantemente com a distância da explosão
às edificações a proteger. Em complemento, deverão ser adoptadas outras disposições, tais
como a adequação do tipo de explosivo à rocha a desmontar, as dimensões e geometria do
furo, o tempo de retardo da detonação e ainda a frequência da vibração. A frequência pode ser
prevista, para efeitos de dimensionamento dos esforços dinâmicos máximos a aplicar (por
exemplo, através do cálculo das cargas explosivas máximas a usar por retardo) recorrendo a
casos práticos relativos a situações idênticas ou através de um conjunto de cargas-teste,
realizadas especificamente para o efeito. Dinis da Gama (2002) salienta que as equações de
propagação estabelecidas na situação de referência (através da realização de detonações com
cargas reduzidas de explosivo – cargas-teste) são essenciais na previsão das magnitudes dos
impactes ambientais quer no estabelecimento de factores de segurança com respeito pelos
valores máximos admissíveis, no caso de edifícios sensíveis localizados nas proximidades,
quer na definição de níveis de vibração aceitáveis para as pessoas, em ordem a acautelar
reclamações dos habitantes locais.
Na prática, a amplitude das vibrações, traduzida na velocidade de partícula, depende
essencialmente de duas grandezas: o peso da carga explosiva detonada e a distância entre o
ponto de detonação e o de medição.
Na zona de interface ar/superfície do solo podem ocorrer efeitos de contorno complexos
(Mohamed, 2010), dificuldades que restringem a análise teórica e a obtenção de uma lei de
propagação, pelo que os investigadores se concentram em relações empíricas com base em
medições de campo. Duvall et al. (1963), sustentados em trabalhos experimentais relativos à
medição de velocidades máximas de vibração feitas em dezanove locais de pedreiras,
estabeleceram a seguinte equação de vibração:
25
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
0 W6
! XY
7
5-
(2.9)
onde,
0–
velocidade máxima de vibração das partículas;
!–
distância entre o ponto de detonação e o de monitorização à superfície;
5–
carga de explosivo por retardo;
W, , Z – constantes que dependem das propriedades elásticas e das características estruturais
do meio de propagação, determinadas através de correlações estatísticas.
Mais tarde, em 1968, Ambraseys e Hendron, concluíram, da análise dimensional, que a
velocidade, 0, é função da relação
J
,
L [/\
entre a distância, !, e a raiz cúbica da carga de
explosivo, por retardo, 5 (equação 2.10) (Esteves, 1993).
XY
J
;
[mms-1]
[/\
L
0 >]]0 W :
(2.10)
Medvedev (1968), nos seus trabalhos experimentais, obteve o valor de 1900 para a constante
W e de -1,5 para a constante Z, donde a expressão assume a forma seguinte:
J
X8,e
0 1900 :L [/\ ;
[mms-1]
(2.11)
Esta relação pode ainda ser apresentada sob a forma (Dinis da Gama, 1998):
0 . 5 Y . ! f
(2.12)
onde, 0 é a amplitude máxima resultante da velocidade de partícula (mms-1), 5 é a carga
máxima instantânea do diagrama de fogo (por sequência de disparo) (Kg), e ! é a referida
distância (m). As constantes , Z e A, que dependem das características do maciço, são
determinadas, tal como na equação 2.9, por retroanálise através de correlações, com base nas
leituras dos sismógrafos após a realização das primeiras pegas de fogo. Vários autores (por
exemplo, Hustrulid, 1999, Dinis da Gama, 1998, Jimeno et al., 1995 e Holmberg, 1982),
reconhecem que, actualmente, é esta equação, devida a Johnson (1971), a mais usada pela
comunidade técnica e científica para definir a lei de propagação das vibrações nos terrenos,
originadas por detonação de cargas explosivas (independentemente da sua forma geométrica,
26
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
____________________________
localização e quantidade). Lamas et. al (2008) consideram que as leis empíricas de
propagação, embora de utilização expedita e económica, apresentam algumas desvantagens,
nomeadamente quanto à exigência de uma grande quantidade de dados para a sua calibração,
informação inexistente no início das
da obras, e são pouco flexíveis em cenários geológicos com
alguma complexidade. Para além desta metodologia para a modelação e previsão dos níveis
de vibração, referem uma outra, ainda pouco difundida, que consiste na modelação matemática
dos fenómenos envolvidos
lvidos e recorre a técnicas numéricas tais como o Método dos Elementos
Finitos (FEM), o Método dos Elementos Discretos (DEM) ou o Método das Diferenças Finitas
(FDM). Os dois últimos, pela sua formulação e método de integração, são referidos como
particularmente
rmente indicados para problemas dinâmicos, havendo já alguns exemplos de
aplicação ao problema da propagação de vibrações no terreno.
Relativamente ao tipo de dano, ocorrem com frequência fendas com a forma de “X”
“X (Figura
2.8), geralmente em paredes de alvenaria de tijolos cerâmicos, rebocadas e estucadas. Esta
fendilhação é devida ao facto de o movimento relativo das bases de uma estrutura originar
tensões de tracção nas diagonais dos paralelogramos que, ao vencerem a resistência
resistênc dos
materiais, causam esses danos (Jimeno et al., 1995, in Bernardo, 2004).
Figura 2.8 - Fendas típicas devidas a movimentos sísmicos (Jimeno et al., 1995, in Bernardo, 2004)
Os danos estéticos, ou até mesmo os estruturais, são frequentemente agravados por acção de
agentes atmosféricos, pelos problemas decorrentes da construção deficiente ou ainda da falta
de qualidade dos materiais aplicados.
aplicados Todavia, estas alterações, que se manifestam em
períodos de tempo consideráveis
ideráveis passam, amiudadamente, despercebidas, sendo notadas
apenas cumulativamente na presença de um qualquer fenómeno exterior, capaz de, por si só,
justificar os danos e, eventualmente, vir a ter uma solução cómoda, através da reclamação de
indemnizações. De uma forma geral, estas reclamações são respeitantes a possíveis danos
estruturais, causados por vibrações, terrestres e/ou aéreas e são desencadeadas pelo efeito
surpresa decorrente de uma detonação no seio de uma comunidade. É frequente, ainda que as
detonações ocorram conforme a legislação, e em horários adequados, o choque e a ansiedade
motivados pelos eventos vibratórios estimularem os proprietários a tentar encontrar danos
estruturais nas suas casas e, não raras vezes, a sentir-se
sentir se prejudicados
prejudicad
(Bernardo, 2004).
Vuolio (1990) refere que as reclamações vêm principalmente de pessoas que vivem fora do
raio de acção da obra chegando a distâncias assinaláveis, entre 1 e 2 Km, quando se trata de
desmontes com explosivos que envolvem grandes volumes de rocha.
r
27
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Dowding (1996) considera que as vibrações induzidas pela não observância dos limites
regulamentares, nos níveis mais baixos, podem originar fissuras cosméticas, que embora de
espessura capilar, são observáveis visualmente. Todas as casas apresentam muitas fissuras
cosméticas e a distinção entre as provocadas pelas vibrações com origem em explosões e as
de ocorrência natural é um processo extremamente difícil e demorado. Uma vez que as
estruturas fissuram naturalmente, o registo dos danos estéticos e/ou estruturais imediatamente
antes (vistorias prévias), e depois do uso de explosivos, é essencial para isolar aqueles que
são causados pelas detonações. Este mesmo investigador concluiu que a comparação das
tensões nas paredes produzidas pelas vibrações nos eventos quotidianos, com as necessárias
para causar fissuras nos materiais de revestimento, dá a perspectiva para a observação de
fissuras em baixos níveis de vibração, afirmando que diversas medições efectuadas mostram
que, na sua vida diária, uma família activa ou ocupantes de edifícios históricos produzem
tensões nas paredes semelhantes às produzidas por vibrações resultantes da detonação de
explosivos, com velocidades vibratórias entre 2,5 a 12 mm/s. Nessas observações, os registos
mais surpreendentes foram as tensões relativamente grandes nas paredes, causadas pelas
mudanças diárias de temperatura e humidade, por si só suficientes para fissurar o estuque.
Trabalhos experimentais realizados por Siskind et. al (1980) concluíram que o limiar de danos
foi definido como a ocorrência de danos estéticos, isto é, a fendilhação superficial do tipo que
se desenvolve em todas as casas, independentemente da detonação. Casas com paredes
rebocadas interiormente são mais susceptíveis ao aparecimento de fissuras devidas às
vibrações com origem nas detonações, do que as mais recentes, com revestimento em gesso
cartonado, cuja integridade se encontra assegurada por um mínimo de velocidade de partícula
de cerca de 19 mms-1 para as frequências abaixo de 40 Hz.
A normalização internacional em vigor considera que os critérios de dano estrutural estão
correlacionados com a amplitude das ondas sísmicas, particularmente com a velocidade de
vibração, parâmetro que melhor se ajusta à aludida correlação. Segundo Dowding (1992), o
valor máximo da velocidade vibratória pode ser adoptado como um indicador das tensões
dinâmicas ocorrentes, devido ao facto do dano estrutural provir das tensões induzidas. A este
propósito, a segurança dos edifícios com uma resistência dita normal parece garantida para um
limite de 50 mm/s (Bernardo e Dinis da Gama, 2006). Dados estatísticos mostram que a quase
totalidade (mais de 97%) dos casos de dano real se verificam para velocidades de vibração
superiores a 71 mm/s. Dinis da Gama (1998) refere que 50% das ocorrências de danos se
registam em estruturas submetidas a velocidades vibratórias em torno dos 137 mm/s. Nos
critérios de avaliação do dano estrutural são geralmente usados valores de níveis de vibração
28
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
____________________________
conservadores, os quais podem ser considerados excessivos no âmbito do conforto ambiental,
atendendo à sensibilidade humana a níveis vibratórios reduzidos.
Bernardo (2004) cita a classificação em três classes de dano (propostas por Siskind et al.,
1980, e referidas por Dowding, 1992) relativas às respostas estruturais dos edifícios localizados
nas imediações de desmontes de maciços rochosos com explosivos. Essas classes
clas
são as que
se indicam de seguida, por ordem decrescente de gravidade e por ordem crescente da
distância aos trabalhos.
Graves (distorções permanentes) – debilidade intensa da integridade da estrutura, daí
resultando fendas de considerável abertura, perda
perda de verticalidade das paredes e/ou
e
assentamentos diferenciais das fundações (resultantes da redistribuição das cargas na
superestrutura, devida à distorção);
Moderados (abertura de fissuras) – danos superficiais, nos elementos mais frágeis (e
não solidários
rios com a estrutura) do edifício, como janelas de vidro, paredes e
revestimentos exteriores ou interiores;
Mínimos – prolongamento de fissuras pré-existentes
pré existentes (estéticas, geralmente com
espessura capilar) e oscilação de objectos soltos.
Dinis da Gama (2003) sintetiza a problemática das vibrações em Geotecnia propondo o
fluxograma apresentado na figura seguinte, no qual se encontram esquematizadas as
diferentes fases envolvidas nesse processo: geração, propagação, monitorização
monit
e controlo
dos efeitos.
Figura 2.9 – Problemática das
da vibrações em Geotecnia (Dinis da Gama,
ama, 2003)
29
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
2.6. Medidas de minimização das vibrações
Os impactes ambientais decorrentes do uso de explosivos na escavação de maciços rochosos
são fenómenos explicáveis, mensuráveis e controláveis e, por conseguinte, susceptíveis de
ocorrer de forma rotineira sem alcançar os limites oficialmente estabelecidos. Quando tais
limites são excedidos é provável que a actividade tenha sido inadequadamente projectada e/ou
deficientemente executada (Dinis da Gama e Jimeno, 1993). É de fundamental importância
para a indústria o conhecimento dos dados técnicos da fragmentação de rochas por explosivos,
incluindo a geração e propagação de vibrações e o ruído associado, na previsão e controlo de
tais efeitos (Stachura et. al, 1984).
Sabe-se que apenas uma pequena parte da energia libertada aquando de uma detonação de
um explosivo em rocha é efectivamente utilizada na sua fragmentação. Dinis da Gama (1998)
estima-a entre 5 e 15%, o que significa que a parcela maior da energia contida nos explosivos
é transferida para o ambiente circundante sob a forma de efeitos colaterais, capazes de
produzir impactes relevantes. De entre esses efeitos, contam-se os já referidos em secções
anteriores: vibrações transmitidas aos terrenos e estruturas adjacentes, onda aérea, projecção
de blocos, criação de poeiras e sobrefracturação do maciço remanescente, com a possibilidade
de vir a criar instabilizações nos terrenos contíguos. Segundo Clayton (2001), citado por
Bernardo e Torres (2005), a cada um destes impactes, característicos das vibrações, pode ser
associada a noção de grau de risco, quantificado através do produto entre a probabilidade de
ocorrência daquele impacte e a sua gravidade, no que respeita ao seu efeito sobre os
descritores ambientais. Guerreiro (2003) adverte para a diferença entre os conceitos de Risco e
Perigo, que define da forma seguinte:
Risco – probabilidade do potencial agente exposto ser atingido nas condições de uso
e/ou exposição, interessando a amplitude do dano;
Perigo – propriedade ou capacidade intrínseca de algo (por exemplo: materiais,
equipamentos, métodos e práticas de trabalho) potencialmente causador de danos.
Assim, e tendo em consideração os factores probabilidade de ocorrência e gravidade do
potencial acidente, pode afirmar-se que as vibrações se destacam pelo risco que lhes está
associado dado que, por um lado, ocorrem sempre que se regista uma detonação, devido à
energia transmitida ao maciço e, por outro, é frequente perturbarem edificações e pessoas nas
imediações dos trabalhos de escavação.
Bernardo e Torres (2005) consideram que, perante a inexistência de parâmetros geológicos,
estruturais e mecânicos da rocha a desmontar, sem eficazes medidas de monitorização dos
30
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
seus impactes ambientais, e na ausência de um projecto apto a fazer face às sensibilidades
características daquela aplicação, se verificam maiores magnitudes dos impactes ambientais
associados, normalmente relacionadas com o excesso de peso do explosivo utilizado, além do
necessário à fragmentação da rocha, apenas. Recomendam, por isso, que, do ponto de vista
estrutural, quando os trabalhos se aproximam em demasia de qualquer tipo de estruturas deve
proceder-se ao ajuste das cargas por retardo, mantendo, contudo, as cargas específicas, i.e.,
as cargas devem ser espaçadas temporalmente, mas não no espaço. Pode então concluir-se
que, sem que seja posta em causa a eficácia da operação, ela pode realizar-se em segurança,
a dos seus executantes e a de terceiros e seus bens, desde que acautelados o Risco e o
Perigo nela envolvidos.
2.7. A influência do parâmetro frequência nos critérios de dano
estrutural
Além da velocidade de pico de partícula (PPV), a frequência é um dos factores mais
importantes no controlo da resposta das estruturas às solicitações dinâmicas a que ficam
submetidas quando expostas a acções impulsivas (Lucca, 2003). Cabe aqui referir o conceito
de frequência natural de uma estrutura (fn), enquanto propriedade essencial para estimar a sua
resposta às mencionadas solicitações.
Newmark e Hall (1982), citados por Dowding (1992) e Bernardo (2004) comprovam, a partir de
estudos realizados no domínio da Engenharia Sísmica, que a frequência natural de vibração de
uma estrutura (Equação 2.13) é uma função inversa da sua altura, normalmente definida pelo
número de pisos (N) da edificação, e não excede o valor de 10 Hz.
#
$g
8h
i
(2.13)
Sabendo-se que, por norma, a altura de um piso tem cerca de 3 metros, a condição anterior
poderia ser escrita em termos da sua altura real. Porém, a sua aplicabilidade é reduzida.
Dowding (1992) propõe que esta expressão seja aplicada unicamente a estruturas de um ou
dois pisos. Outro parâmetro estrutural a ter em conta é a esbeltez da estrutura, definida pela
relação entre a altura e a base. Para as que apresentam uma esbeltez elevada deverão
realizar-se estudos pormenorizados para estimar a frequência natural destas estruturas
especiais.
No caso dos edifícios altos há ainda a considerar a acção dos ventos (que podem ter um efeito
significativo) e a probabilidade de amplificação das vibrações em altura, demonstrada em
31
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
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registos de vibrações com diferentes frequências, a diferentes alturas, ao nível de cada piso, tal
como sugerido na Figura 2.10.
Figura 2.10 - Variação da frequência, em altura, num edifício (Bernardo, 2004, in Jimeno et al., 1995)
Ainda que a resposta estrutural de um edifício a uma solicitação dinâmica dependa do
funcionamento da estrutura no seu conjunto, a análise da figura anterior permite evidenciar
alguns aspectos importantes:
o amplo intervalo de frequências registadas nos diferentes pisos do edifício pode
motivar que, num dos pontos de registo, se observe a equivalência entre o valor medido
e a frequência natural da estrutura, iniciando-se nesse ponto o fenómeno da
ressonância, que pode alastrar-se à restante estrutura;
existência de diferenças (∆f) nos registos de frequência entre pontos próximos, neste
exemplo em particular, nomeadamente:
no piso térreo, entre os pilares da cave e a laje (∆f= 4 Hz);
no piso dois, a meio da laje e junto ao pilar (∆f= 2 Hz); e
no último piso, entre a laje e a cobertura (∆f= 16 Hz).
Estas diferenças devem-se essencialmente às descontinuidades de massa e de rigidez,
verificadas nas interfaces. Os diversos materiais envolvidos, e os graus de liberdade que
apresentam, são críticos no comportamento da estrutura quando submetida a uma acção
dinâmica (Bernardo, 2004).
Para além da sua frequência natural, na resposta dinâmica de uma estrutura participa a sua
capacidade específica de amortecimento, ou taxa de amortecimento. Segundo Serra (2001), a
32
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
redução dos efeitos da amplificação, verificados em altura, é proporcional ao aumento daquele
parâmetro, que assim restringe a resposta da estrutura a solicitações dinâmicas. A taxa de
amortecimento () de uma estrutura (Equação 2.14) é função do tipo de construção e, por
consequência, da selecção dos materiais aplicados (por exemplo, estrutura em betão armado
ou metálica, paredes em alvenaria de tijolo ou em betão pré-esforçado, etc.).
-jkBlmfnjm$lk Bm-o
= -jkBlmfnjm$lk fBílnfk 100 [%]
(2.14)
Assim, conhecidas a taxa de amortecimento (, e a frequência natural (#$ ), de uma estrutura
atingida por um evento vibratório com uma determinada frequência (#, a sua função de
amplificação dinâmica (do deslocamento), também designada por factor de resposta à
deformação (deformation response factor, Rd) é dada pela expressão seguinte (Serra, 2001).
, #$9
S#$9 # 9 9 ? 4 9 # 9 #$9
(2.15)
As correspondentes funções de amplificação dinâmica da velocidade relativa (velocity response
factor, Rv) e da aceleração relativa (acceleration response factor, Ra) podem ser obtidas a partir
da anterior, conduzindo às equações 2.16 e 2.17 (Serra, 2001).
,.g ,
,-g
#
##$
#$ S>#$9 # 9 9 ? 4 9 # 9 #$9
# 9
#9
, 6 7 #$
S>#$9 # 9 9 ? 4 9 # 9 #$9
(2.16)
(2.17)
As curvas relativas a cada uma das equações anteriores apresentam-se na Figura 2.11. A sua
análise permite verificar que é precisamente quando há igualdade de frequências (entre a
estrutura e o fenómeno vibratório, originado pela detonação) que as estruturas registam as
amplificações dinâmicas mais elevadas. Assim, o intervalo de valores na vizinhança do ponto
de abcissa 1 (em termos da relação
r
),
rs
pode considerar-se perigoso, ou seja, a evitar nas
situações de níveis de vibração intensos.
33
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
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#
t#
$
#
t#
$
#
t#
$
Figura 2.11 – Funções de amplificação dinâmica – Rd, Rv, Ra (Serra, 2001)
A ressonância de uma estrutura origina, assim, ampliações significativas da vibração que a
atinge (Bernardo, 2004), fazendo com que determinada solicitação dinâmica seja prejudicial,
ainda que a velocidade vibratória associada à tensão dinâmica que essa onda transporta no
terreno esteja aquém do valor admissível recomendado pela normalização aplicável (no caso
nacional, a NP 2074).
A possibilidade das vibrações com origem em acções impulsivas, do tipo das detonações de
explosivos, desencadearem uma resposta estrutural que conduza à amplificação desses
fenómenos, está ainda envolta em alguma polémica. Assim, enquanto Dowding (1992) advoga
34
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
que, para que se verifique a ressonância de uma estrutura, deverão estar reunidas condições
similares a um regime estacionário, outros autores, (Levin, 1969, citado por Svinkin et al., 2003
ou Jimeno et al., 1995) referidos por Bernardo (2004) dão nota que, embora se trate de
propagações de curta duração, é possível acontecerem respostas ressonantes bastando, para
tal, que a frequência dominante das vibrações seja próxima da frequência natural da estrutura,
em três ou quatro ciclos.
Nesta linha de pensamento, poderá afirmar-se que este risco se agrava em actividades
distintas da escavação com recurso a explosivos como, por exemplo, nos trabalhos de
cravação de estacas ou outros da mesma natureza, onde aumenta a probabilidade da
repetição dos picos de frequências dominantes e, consequentemente, da sua sobreposição aos
que são característicos da estrutura. Por conseguinte, e tendo em conta o amplo espectro de
aplicação da NP 2074, inclusivamente a este tipo de solicitações, manifesto na sua própria
designação, “Avaliação da influência em construções, de vibrações provocadas por explosões
ou solicitações similares”, verifica-se ser necessária a inclusão da frequência vibratória na
normalização para contemplar as referidas situações de solicitações dinâmicas repetidas
(Bernardo, 2004). Na secção 2.10, a propósito do projecto de revisão da Norma Portuguesa,
voltará a abordar-se a importância daquele parâmetro.
Ainda segundo aquele autor, mesmo nas escavações com explosivos, a repetição da
frequência dominante afigura-se como muito provável, na medida em que o controlo das
vibrações, na perspectiva da velocidade vibratória, de acordo com a legislação vigente, tende a
obrigar os projectistas a prever o uso de tempos de disparo (retardos) distintos e consecutivos.
Jimeno e Abad (1986) advertem para o risco da redução das cargas por furo e do aumento das
temporizações entre furos, condições em que podem ser originadas gamas de frequências
consideradas perigosas. Por isso, nos diagramas de fogo, os tempos de retardo dos
detonadores entre os furos deverão ser ajustados, a fim de impedir sobreposições das
frequências, de vibração do terreno e de ressonância das estruturas. De acordo com este
critério, deverão ser evitados tempos de retardo elevados, frequentemente usados para
proporcionar a criação de faces livres, já que são os que mais se aproximam das frequências
naturais das estruturas.
As respostas das estruturas acontecem não apenas devido à acção das vibrações transmitidas
pelo terreno (actuando, especialmente, ao nível das fundações), mas também pelas
solicitações dinâmicas transportadas pela onda aérea (com consequências mais imediatas na
superestrutura). Verificou-se (Dinis Gama, 1998) que o efeito da onda aérea, numa pega de
fogo adequadamente dimensionada e executada (traduzida, sobretudo, num bom confinamento
35
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
e atacamento das cargas), em termos de potencial de dano estrutural, é diminuto, se
comparado com as vibrações do maciço.
Investigações desenvolvidas em vários países são unânimes em considerar a frequência
vibratória como a grandeza física que melhor traduz a interdependência entre os danos nas
estruturas e a amplitude das ondas sísmicas que as atingem. Esta correlação é obtida através
de dados experimentais resultantes de um número significativo de exemplos conhecidos.
A ideia de usar as sequências de disparo no controlo das vibrações é quase tão antiga como
os próprios retardos. Thoenen e Windes (1942) demonstraram, a partir de um disparo de teste,
que os tempos de atraso podem ter um papel determinante no cancelamento do efeito
vibratório, tendo concluído que a frequência das vibrações não era regular devido, em parte, à
dispersão dos tempos de queima. Constataram ainda que a dispersão era tão grande que o
espectro resultante se alteraria de explosão para explosão, ainda que se mantivessem os
mesmos tempos de disparo nominal. A amplitude resultante não podia ser alterada porque a
amplitude máxima está muitas vezes relacionada com elevadas frequências de vibração.
Entretanto, passaram-se mais de cinquenta anos até virem a obter-se tempos de disparo
verdadeiramente flexíveis e precisos.
Contudo, a correlação entre os parâmetros tempo de disparo e a resultante das frequências foi
observada ocasionalmente. Cerca de uma década após o trabalho de Thoeren e Windes, Fish
(1951) demonstrou, através de pequenos disparos experimentais, que a vibração resultante
poderia ser modificada por interferência destrutiva. Frantti (1963) e Pollack (1963) provaram o
efeito dos retardos na frequência resultante. Tornava-se então claro haver uma associação
entre os tempos de atraso e as frequências. Greenhalgh (1980) mostrou que esse efeito era
persistente, sendo observável a uma distância de 170 Km.
As acções dinâmicas actuantes nas estruturas são caracterizadas por uma faixa de frequências
próprias cujos valores não excedem as, poucas, dezenas de Hertz. Internacionalmente existem
vários documentos normativos sobre os valores máximos da velocidade de vibração aceitáveis
nas fundações dos edifícios. São disso exemplo a Norma Portuguesa, NP- 2074, de 1983, a
Norma Internacional ISO 4866, a Norma Alemã DIN 4150 e a Norma Suíça SN 640312.
Cada uma das normas internacionais mencionadas, exceptuando a Portuguesa, fixa os valores
limite da velocidade vibratória das partículas, em conjugação com a frequência do movimento,
a partir dos quais podem ocorrer danos directos nas edificações provocados pela vibração dos
solos de fundação (Figura 2.12).
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Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 2.12 – Comparação dos vários níveis de vibração, em função da frequência, que produzem danos estruturais,
segundo cada norma (Mota, 2009, adaptado, in Athanasopoulos e Pelekis, 2000)
2.8. Regulamentação internacional sobre vibrações
As edificações estão sujeitas a diversas acções exteriores particularmente severas (sismos e,
em alguns casos, a acção do vento) que lhes podem causar danos estruturais consideráveis,
ou levá-las mesmo ao colapso. Nestas situações, o critério de avaliação das vibrações
ocorrentes é estabelecido de acordo com o estado limite último de resistência das estruturas,
condicionado pelas características dos materiais constituintes.
Para além daquelas solicitações, existe um conjunto de outras que, embora menos intensas,
também podem induzir danos nas estruturas, ainda que menos relevantes, como é o caso das
detonações de explosivos em actividades mineiras e de construção próximo de zonas
habitadas ou o funcionamento de maquinaria junto a edifícios. Sabe-se que as vibrações
provenientes destas actividades são susceptíveis da indução de fenómenos de fendilhação em
elementos não estruturais e de provocar o aparecimento de fissuras em elementos estruturais,
podendo ainda dar origem a estados de tensão elevados nos materiais e provocar a sua fadiga
como resultado da sucessiva repetição dos ciclos de solicitação (Moutinho, 2007).
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Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
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As diversas normas internacionais* visam a limitação dos danos em construções devidos a
estas acções, estabelecendo os níveis máximos de vibração, de acordo com o tipo de edifício,
atendendo nomeadamente à sua resistência a danos, admitindo-se a existência de uma
relação directa com a respectiva idade da estrutura.
Segundo Fornaro (1980), os valores máximos das velocidades de vibração não dependem
unicamente dos danos que a velocidade de vibração de partícula pode causar nas estruturas,
mas igualmente do tipo de estrutura em si mesma. Foi provado que, frequentemente, a
vibração originada por explosivos, largamente utilizados na indústria mineira, é apenas o
instante detonador de um processo de instabilidade atribuído a outras causas como sejam a
dilatação térmica, a insuficiência de material e erros de projecto.
Revestem-se igualmente de grande importância as características próprias das vibrações: a
frequência, a velocidade e a duração do fenómeno dinâmico. Pode afirmar-se que um edifício,
ou qualquer outra estrutura, sofrerá danos se os impulsos dinâmicos decorrentes das vibrações
se sobrepõem aos impulsos estáticos, excedendo as condições de resistência da estrutura.
Quando não é possível, com base apenas nas medições de velocidade, atingir os valores de
deslocamento e os impulsos, é necessário o recurso a tabelas empíricas de danos, através da
correlação das características mais evidentes do fenómeno, sendo esta a via preconizada pela
maior parte da normalização actual (Fornaro, 1980).
Apresentam-se, nas secções seguintes, a descrição e a análise de algumas das normas
europeias e americanas relacionadas com os valores máximos admissíveis dos vários factores
de vibração, desenvolvidas por Bacci et. al (2003a, 2003b).
2.8.1. Norma Alemã (DIN 4150)
Até ao final da década de oitenta, antes da reunificação da Alemanha, vigoravam duas normas
distintas. Na Alemanha Oriental, a recomendação vigente considerava dois parâmetros:
A tipologia estrutural do edifício submetido aos efeitos da vibração, sub-dividida em
quatro classes distintas;
A frequência característica do fenómeno vibratório.
________________________
*As recomendações do Report of Investigation (RI 8507) do United States Bureau of Mines (USBM) têm sido a base
de toda a regulamentação mundial neste domínio.
38
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Na Alemanha Ocidental, eram admitidas diferentes frequências em função da tipologia
estrutural do edifício, tomando como referência somente a componente vertical da velocidade
de vibração de partícula ( 04 . Após a unificação, em 1989, a Norma DIN 4150 foi adoptada
como norma-padrão, tendo sido alvo de várias actualizações desde então. Os valores limite de
velocidade de vibração de partícula são expressos em mm/s, considerando o tipo de estrutura
e o intervalo de frequência em Hz, os quais demonstram estarem os edifícios fora de riscos de
danos.
As três classes de edifícios definidas pela norma são:
Edifícios estruturais;
Habitações;
Monumentos e construções delicadas.
As frequências são analisadas em três intervalos: valores inferiores a 10 Hz, valores entre 10 e
50 Hz e valores entre 50 e 100 Hz. A norma prevê que, para valores superiores a 100 Hz, a
estrutura suporta níveis altos de vibração. Os valores de velocidade de vibração de partícula
definidos variam de 3 mm/s, para monumentos e construções delicadas com frequência inferior
a 10 Hz, até 50 mm/s, para estruturas industriais com frequência entre 50 e 100 Hz. Na
avaliação dos danos estruturais causados pelas vibrações do terreno, os valores limite da
velocidade vibratória (0 admitidos para diversos tipos de construções, em função da
frequência, são os da Tabela 2.3.
Tabela 2.3 – Valores admitidos pela norma alemã DIN 4150 para danos em edifícios (Bacci et. al, 2003a, adaptado
de Berta, 1985, in Bacci 2000)
Fundação
Andar mais alto
do edifício
Tipo de Estrutura
Frequência (Hz)
< 10
10 - 50
50 - 100
Qualquer
frequência
Industrial
20 mm/s
20 - 40 mm/s
40 - 50 mm/s
40 mm/s
Habitações
5 mm/s
5 - 15 mm/s
15 - 20 mm/s
15 mm/s
Edifícios particularmente
delicados
3 mm/s
3 - 8 mm/s
8 - 10 mm/s
8 mm/s
Valores de frequência acima de 100 Hz podem ser aceites nos pontos mais elevados dos
edifícios. Outros valores, medidos abaixo dos limites especificados anteriormente, não são
considerados nocivos para as estruturas. Esta norma é adoptada em toda a União Europeia
como norma-padrão, sendo que um grande número de países europeus desenvolveu as suas
39
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
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próprias normas, tomando como base a DIN 4150, ou relacionando-as com ela, entre os quais
Portugal (NP 2074, de 1983).
A Figura 2.13 mostra a representação gráfica dos valores de u da norma alemã.
Figura 2.13 – Norma alemã DIN 4150. Representação dos valores da velocidade de vibração, em mm/s, em função
da frequência em Hz e das características estruturais dos edifícios (Bacci et. al, 2003a, modificado de Berta, 1985, in
Bacci 2000)
Na edição da Norma DIN 4150, parte 3, 1986, o critério de avaliação utilizado é o valor máximo
medido segundo cada uma das direcções de vibração, X, Y, e Z, e não o valor máximo da
resultante vectorial, como anteriormente. A norma americana do Office of Surface Mining
Reclamation Enforcement (OSMRE) segue igualmente este princípio.
2.8.2. Norma Suíça (SN 640312 A)
Anteriormente a 1992, a Suíça tinha em vigor uma norma referente aos valores para
salvaguardar a integridade dos edifícios, na qual era considerada a componente vertical da
velocidade de vibração, medida na fundação das estruturas. Os limites de velocidade de
vibração de partícula, estabelecidos empiricamente, variavam de 25 mm/s para museus até
100 mm/s para construções em betão armado. Estudos posteriores passaram a introduzir a
frequência como parâmetro a ser avaliado, de que resultou a Tabela 2.4, na qual o tipo de
estrutura e o tipo de fonte de vibração são actualmente considerados. A distinção das fontes de
vibração, funcionamento de máquinas, tráfego e trabalhos de construção ou actividades que
envolvam o uso de explosivos, tem, de certa forma, a ver com o facto de as vibrações poderem
ter carácter contínuo ou ocasional.
40
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Tabela 2.4 – Valores sugeridos pela norma suíça. Os valores de u foram medidos para fontes de vibração de tipo
ocasional (Bacci et. al, 2003a e Paneiro, 2006, adaptado de Bolra, 1993, in Bacci, 2000)
Tipos de Estruturas
Fonte de vibração
Frequência (Hz)
Velocidade máxima de
vibração de partícula
(mm/s)
10 - 30
12
30 - 60
12 - 18
10 - 60
30
60 - 90
30 - 40
10 - 30
8
30 - 60
8 - 12
10 - 60
18
60 - 90
18 - 25
10 - 30
5
30 - 60
5-8
10 - 60
12
60 - 90
12-18
10 - 30
3
30 - 60
3-5
10 - 60
8
60 - 90
8 - 12
Maquinaria, tráfego
Edifícios de betão armado
Explosões
Maquinaria, tráfego
Edifícios de construção normal
Explosões
Maquinaria, tráfego
Habitações
Explosões
Maquinaria, tráfego
Edifícios sensíveis
Explosões
A norma, introduzida em Abril de 1992, abrange os efeitos nos edifícios, acrescentando
critérios de avaliação dos danos materiais, mantendo, no entanto, os valores de 0 da tabela
anterior. Utilizada sobretudo para escavações subterrâneas, no período diurno, diferencia as
classes de edifícios, as classes de repetitividade do fenómeno (ocasional, frequente e
permanente) e os campos de frequência de velocidade de partícula. É complementada com a
distinção dos efeitos das vibrações, nas pessoas, no terreno e nos aparelhos sensíveis no
interior dos edifícios e propõe ainda uma actualização da metodologia da recolha de dados e
dos critérios de determinação e avaliação dos danos materiais.
2.8.3. Normas inglesas
As normas britânicas de maior relevância são:
BS 5228 – Parte 5 (1997) – “Controlo de Ruído e Vibração em Construções e Áreas a
Céu Aberto”;
BS 6472 (1992) – “Guia para Avaliação da Exposição Humana à Vibração em Edifícios”;
BS 7385 – Parte I (1990) – “Avaliação e Medições de Vibração em Edifícios”.
A norma BS 5228 - Parte 4 (1992), recomenda que estruturas livres e flexíveis apresentem
patamares limite (acima dos quais ocorrerão danos) de 20 mm/s, para vibrações intermitentes,
41
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
e 10 mm/s para vibrações contínuas. Por sua vez, as construções pesadas e rígidas
apresentam patamares superiores a 30 mm/s para vibrações intermitentes e 15 mm/s para
vibrações contínuas. Na gama das baixas frequências, abaixo de 10 Hz, grandes
deslocamentos e deformações elevadas necessitam de valores de 0 mais baixos (50 %
inferiores), enquanto em alta frequência, acima de 50 Hz, deformações bem mais reduzidas
permitem que o limite de Vp aumente para 100%.
A norma BS 7385 – Parte I (1990), analisa as medições de vibração em termos gerais, com
maior incidência na investigação de danos na BS 7385 – Parte II (1993), e para a percepção
humana na BS 6472 (1992). Define quatro parâmetros que podem ser utilizados para definir a
magnitude da vibração no terreno, sendo estes: deslocamento, velocidade e aceleração de
partícula e frequência. O parâmetro mais usado em todas as normas é a velocidade máxima
(0), medida em três direcções: longitudinal, vertical e transversal. Segundo esta norma, os
registos das vibrações são feitos no exterior da propriedade, no terreno imediatamente
adjacente ao local da detonação. Se existirem reclamações, pode ser necessário monitorizar
as vibrações dentro da propriedade, no local onde os reclamantes considerarem os efeitos
mais significativos. O limite de variação da frequência é de 5 a 40 Hz, com níveis
predominantes de 20 a 30 Hz, no caso de rochas mais duras, e de 5 a 15 Hz em escavações
de rochas de menor competência.
A norma BS 7385 – Parte 2 (1993) define três tipos de danos em residências: danos estéticos,
danos menores e danos maiores, ou estruturais, baseados em termos de 0 e de frequência.
Para danos estéticos, os valores de referência são de 15 mm/s a uma frequência de 4 Hz,
aumentando para 20 mm/s a 15 Hz e 50 mm/s para frequências superiores a 40 Hz. Os danos
menores são possíveis com magnitudes de vibração maiores que duas vezes as consideradas
para os danos estéticos. Os danos maiores, ou estruturais, são possíveis quando os valores
são o quádruplo dos valores estipulados para danos estéticos.
2.8.4. Recomendações francesas
Actualmente vigoram em França duas recomendações diferentes. A recomendação sugerida
pela AFTES (Association Française des Travaux en Souterrain), de 1974, e a Circular proposta
pelo Ministério do Ambiente, em Julho de 1986, ampliada em Setembro de 1993.
A recomendação AFTES sub-divide os edifícios em três classes:
a) Tipo A – edifícios de baixa qualidade mecânica (muros deformados);
b) Tipo B – edifícios de média qualidade mecânica (sem deformações aparentes);
c) Tipo C – edifícios de boa qualidade mecânica (fundações profundas).
42
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
____________________________
Os limites de velocidade sugeridos estão representados na Figura 2.14.
Figura 2.14 – Diagrama proposto pela AFTES para as vibrações admitidas para as três classes de estrutura (Bacci
(
et. al, 2003a,, adaptado de Anon, 1974,
1974 in Bolra 1993 e Bacci, 2000)
As três curvas possuem um ponto de inflexão na abcissa correspondente ao valor discriminante
de frequência, em N= 10 Hz. Para N< 10 Hz, o critério de dano é baseado na amplitude de
oscilação. Para N> 10 Hz, o critério é baseado no valor de velocidade de partícula. O valor
discriminante de frequência de 10 Hz é arbitrário, ignorando os fenómenos de ressonância que
podem sobrevir nas estruturas. Para cada tipo de construção admite-se,
se, de acordo com o tipo
de terreno, a velocidade de vibração de
d partícula apresentada na Tabela 2.5.
2.
Tabela 2.5 – Valores de velocidade de vibração de partícula, segundo a AFTES, 1974 (Bacci
(Bacci et al.,
al 2003a, adaptado
de Weber et al., 1974, in Fornaro, 1980,
19
in Bacci, 2000)
Tipo de terreno
(velocidade de propagação
da onda em m/s)
Tipo de construção e
(mm/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 – edifícios de reduzida qualidade mecânica
B - edifícios de média qualidade mecânica
C - edifícios de alta qualidade mecânica
A Circular do Ministério do Ambiente, de Julho de 1986, divide as construções em três classes:
resistentes, sensíveis e muito sensíveis, para as quais, os limites máximos de velocidade são
estabelecidos em função de três bandas de frequência: de 4 a 8 Hz, de 8 a 30 Hz e de 30 a
100 Hz. Naquela directiva, o valor de
é definido em função da frequência (Tabela
(
2.6).
43
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Tabela 2.6 – Limites de velocidade de vibração de partícula (u) sugeridos pela Circular do Ministério do Ambiente
Francês (Bacci et al., 2003a, adaptado de Kiszlo, 1993, in Bolra 1993 e Bacci, 2000)
Frequência (Hz)
Tipo de construções
4-8
8 - 30
30 - 100
u (mm/s)
Edifícios resistentes
8
12
15
Edifícios sensíveis
6
9
12
Edifícios muito sensíveis
4
6
9
A circular não é específica para os trabalhos com explosivos em explorações mineiras a céu
aberto. Uma lei posterior (nº 93-3, de 4 de Outubro de 1993) e uma nova circular, de Setembro
de 1993, estenderam a circular anterior às explorações a céu aberto, com os valores seguintes:
Tabela 2.7 – Valores admissíveis de velocidade de vibração de partícula (u) em função da amplitude (Bacci, et al.,
2003a)
Frequência (Hz)
u (mm/s)
2-8
5
8 - 30
9
30 - 159
12
Existe ainda um outro projecto de recomendação, de Outubro de 1991, relativo às vibrações
em explorações mineiras, advertindo para a limitação das vibrações nas estruturas, com vista a
assegurar a sua integridade (Figura 2.15).
Figura 2.15 – Diagrama representativo dos valores de velocidade de vibração admitidos, sugeridos pelo projecto de
recomendação francês relativo às vibrações induzidas exclusivamente pela detonação em pedreiras. As curvas a
tracejado representam o limite inferior que, para as duas categorias de edifícios, pode ser superado com uma
probabilidade de 10% (Bacci et al., 2003a, modificado de Anon, 1991, in Bolra, 1993 e Bacci, 2000)
44
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Os limites propostos, contrariamente às normas precedentes, classificam as estruturas em
função da sensibilidade às vibrações, em dois tipos: sensíveis e resistentes (excluem-se os
edifícios de valor histórico e construídos sem fundação).
2.8.5. Norma italiana (UNI 9916)
Esta norma, datada de 1991, é relativa à metodologia de pesquisa, não estabelecendo,
portanto, valores limite. A norma fornece um guia para a escolha do método apropriado de
medida, de tratamento de dados e de avaliação dos fenómenos vibratórios produzidos nos
edifícios, com os seguintes objectivos:
Avaliar se o tipo de vibração pode afectar a estrutura do edifício;
Verificar a presença ou não de danos estruturais atribuídos à superação dos limites de
vibração;
Avaliar o comportamento do edifício quando submetido a cargas dinâmicas acidentais
como, por exemplo, sismos.
A norma tem um carácter geral e não se refere aos efeitos das vibrações. Considera os
fenómenos vibratórios, não necessariamente produzidos por desmontes, com cargas
explosivas caracterizadas por bandas de frequência entre 0,1 e 150 Hz, levando em conta que
fenómenos vibratórios, caracterizados por frequências superiores a 150 Hz, não influenciam
significativamente a resposta de um edifício à vibração. Os parâmetros adoptados para a
caracterização das vibrações são:
Duração e amplitude da vibração;
Campo e frequência de interesse;
Características dimensionais do elemento estrutural do qual é avaliada a resposta, em
função do tipo de edifício, da interacção solo-rocha, das características do terreno e das
frequências naturais.
Quanto ao posicionamento do aparelho de registo, a norma sugere a verificação do nível de
vibração na base da estrutura, a qual é escolhida em função da fundação, ou, na ausência
desta, na base do muro de sustentação. É aconselhável, além dos registos das três
componentes ortogonais entre si, o cálculo do vector resultante da velocidade de vibração.
Para edifícios com menos de quatro pisos, sugere a colocação dos geofones próximo da
fundação e no último piso; para edifícios com mais de quatro pisos, aconselha colocá-los nos
pisos intermédios. Os geofones devem estar fixos sobre a estrutura, evitando o uso de
45
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
suportes, de modo a que se permita uma reprodução fiel das vibrações, impedindo alterações
atribuídas ao sistema de acoplamento geofone-superfície de medição. A norma italiana segue
os conceitos básicos e limites da norma DIN 4150.
2.8.6. Norma sueca (SS4604866)
A norma sueca foi aprovada em 1989 e revista em 1991. Esta norma prevê a medida da
componente vertical do vector de velocidade de vibração da partícula como parâmetro de
controlo das vibrações nos edifícios (Bacci et al., 2003a, in Bolra, 1993). Os níveis estipulados
não consideram, porém, a perturbação nos seres humanos ou eventuais danos em aparelhos
sensíveis. O valor da velocidade medido deverá ser menor que a velocidade 0, calculada como
segue:
0 0h vw v vl
(2.18)
onde,
0h = velocidade em mm/s, extraída de uma tabela, variando entre 18 mm/s e 70 mm/s;
vw = tipo de construção e de material usado na construção;
v = distância entre o ponto de detonação e a captação;
vl = ambiente de trabalho (galeria, a céu aberto, etc.).
Todos os coeficientes anteriormente referidos são extraídos de tabelas, elaboradas a partir de
trabalhos práticos.
Não estão previstos coeficientes específicos que tenham em conta a frequência de vibração ou
que considerem o tipo de fonte de vibração (irregular ou contínua). No entanto, os parâmetros
Fd e Ft levam esses aspectos em consideração, uma vez que a frequência principal é função da
distância e da natureza do terreno e a duração e repetitividade dos eventos dependem do tipo
de explosivo utilizado, ou seja, da fonte de energia.
A Tabela 2.8, cujos elementos já foram apresentados (Tabela 2.2), exibe a compilação dos
limites recomendados, usados na Suécia para desmontes de rocha em áreas residenciais,
definidas como aquelas que são ocupadas por habitações com fundação e vigas em betão, e
paredes exteriores em alvenaria de tijolo rebocado.
Para casas antigas, com fundações de reduzida qualidade, o valor de 0 permitido é reduzido de
70 mm/s para 50 mm/s e, para edifícios de betão leve, o limite chega a 35 mm/s. Nos estudos
de definição desta norma, muitos dos valores que excederam 110 mm/s foram registados sem
46
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
causar qualquer tipo de dano em construções com fundações sólidas. Construções de betão
armado, escavadas directamente em rocha, suportaram valores de 0. acima de 150 mm/s. O
valor limite recomendado para áreas residenciais normais é de 50 mm/s para frequências
acima de 40HZ.
Tabela 2.8 – Valores limite de u , da componente vertical (mm/s), para danos em estruturas civis (Bacci et al.,
2003a, adaptado de Langefors e Kihlstrom, 1963, Persson et al., 1994, in Paneiro, 2006 e Bacci, 2000)
Areia, cascalho, silte
Ardósia, calcáreos
Granito, gnaisse,
calcáreos duros,
quartzitos arenosos,
diabases
18
35
70
Nenhum tipo de fissuração
30
55
110
Fissuração fina e queda de reboco
40
80
160
Fissuração evidente
60
115
230
Séries de fissuras
Possíveis danos observados em
residências
2.8.7. Norma Norte-Americana USBM (RI 8507 e OSMRE (Office of Surface Mining
Reclamation and Enforcement)
O United States Bureau of Mines (USBM) desde sempre se evidenciou pelo seu pioneirismo no
controlo das vibrações, tendo como preocupação o estabelecimento de um limite de segurança
que não causasse danos estruturais em edificações civis. A maioria dos seus trabalhos
correlaciona os parâmetros deslocamento, frequência, velocidade máxima de partícula e
distância segura com a energia libertada na detonação.
Duvall e Fogelson (1962), in Bacci et al. (2003b), concluíram que os danos em residências são
proporcionais à velocidade de vibração de partícula e que os danos mais significativos, queda
do reboco ou fissuração, podem ser esperados a partir de 0 de 190 mm/s. Já os danos
menores, pequenas fissuras no reboco e abertura de fissuras pré-existentes, são expectáveis a
partir de 140 mm/s e o valor de 50 mm/s representa um valor razoável de fronteira entre a zona
de segurança e uma zona de prováveis danos.
O boletim 656, publicado pelo USBM em 1971, intitulado “Blasting Vibrations and Their Effects
on Structures”, propôs uma velocidade máxima de partícula de 50 mm/s como nível de
segurança para edificações civis. A probabilidade de danos numa estrutura residencial varia
conforme aumenta ou diminui, proporcionalmente, o nível de vibração acima ou abaixo de
50 mm/s.
O critério actual de danos desenvolvido pelo United States Bureau of Mines baseia-se nas
pesquisas realizadas em explorações a céu aberto e publicadas em 1980 no RI 8507, intitulado
47
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
“Structure Response & Damage Produced by Ground Vibration from Surface Mine Blasting”
(Siskind et al, 1980). Neste trabalho, foi constatada a existência de um problema sério com a
ressonância estrutural, desencadeada em resposta à vibração de baixa frequência propagada
no terreno, apresentando como resultado aumentos em deslocamentos e deformações, o que
veio reforçar a ideia de que os danos podem ser causados pela frequência.
Os limites de danos adoptados no RI 8507 foram definidos para “danos estéticos do tipo mais
superficial”, isto é, 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”. Estes níveis, apresentados na
Tabela 2.9, são definidos como conservadores. Os valores foram objecto de muitas críticas
pela indústria extractiva a céu aberto por serem desfavoráveis à produção.
Tabela 2.9 – Níveis seguros de velocidade de vibração de partícula para estruturas civis (Bacci et al., 2003b,
adaptado de Siskind et al., 1980, in Bacci, 2000)
Tipo de estrutura
u (mm/s)
A baixas frequências
f < 40 Hz
A altas frequências
f > 40 Hz
Habitações recentes - paredes interiores
pré-moldadas em gesso, sem revestimento
19
50
Habitações antigas - paredes interiores em
gesso ou revestimento em madeira
12,7
50
O USBM e o Office for Surface Mining Reclamation (OSMRE) estabeleceram dois critérios para
o controlo dos danos provocados pelas vibrações do terreno. Esses critérios, representados na
Figura 2.16, constituem uma referência da velocidade máxima de vibração de partícula (0) em
função da frequência.
Figura 2.16 – Diagrama representativo dos limites de u e de deslocamento, sugeridos pelo USBM e OSMRE,
medidos em mm/s e mm, respectivamente, em função da frequência, em Hz. A linha tracejada, em baixo, refere-se
aos valores propostos pelo USBM para paredes rebocadas (Bacci et al., 2003b, modificado de Berta, 1985, in Bacci,
2000)
48
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
2.8.8. Norma Australiana
Os critérios australianos para limitar os níveis de vibração a partir de desmontes com
explosivos em rochas são baseados nas especificações dos seguintes órgãos:
Manual de Controlo de Perturbação Ambiental (New South Wales), 1980, da Comissão
Estadual de Controlo da Poluição (SPCC);
Conselho ambiental Australiano (AEC) – Norma AS2187 – Parte 2, de 1983 – uso de
explosivos;
United State Bureau of Mines (USBM) – Relatório RI 8485.
A SPCC adoptou como critério para a velocidade de vibração de partícula o de não exceder
7 mm/s e as detonações deverem ocorrer no período das 9 às 15 horas, de forma a evitar
inversões térmicas, sendo requisitada a monitorização de todos os desmontes. A norma
AS2187 (1983) adoptou critérios relativos ao pico de velocidade de vibração de partícula,
medido no terreno próximo à fundação da estrutura, de acordo com a Tabela 2.10.
Tabela 2.10 – Valores máximos de velocidade de vibração de partícula, adoptados pela Norma AS2187, segundo os
tipos de construções civis (Bacci et al., 2003b, adaptado de Scott, 1996, in Bacci, 2000)
Tipo de construção
Velocidade máxima de
vibração de partícula
(mm/s)
Construções históricas e monumentos de especial valor ou
significado
2
Casas e prédios residenciais de baixa altura
10
Prédios comerciais ou industriais ou estruturas de betão
armado ou de ferro
25
A norma foi reeditada em 1993, não considerando limites de 0 para construções históricas e
monumentos, ressaltando contudo que aqueles requerem condições especiais, muitas vezes
resultando em medições adicionais na sua própria estrutura.
2.8.9. Outros critérios internacionais
Para além das normas internacionais referidas, existem outros critérios abordados em diversos
estudos como sejam os do Instituto Tecnológico Geominero de España (ITGE) (1989), Esteves
(1993), Jimeno et. al (1995) e Dinis da Gama (1998), cujo objectivo fundamental é o
estabelecimento de limites admissíveis para os vários parâmetros incluídos nos fenómenos
vibratórios. Alguns dos mais conhecidos estão resumidos, cronologicamente, na Tabela 2.11.
49
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Tabela 2.11 – Critérios de dano para estruturas submetidas a vibrações (Dinis da Gama, 1998)
Parâmetros
Autores
Critério
Aceleração das vibrações
(g: aceleração da gravidade)
Thoenen & Windes (1942)
< 0,1 g → segurança
0,1 a 1 g → precaução
> 1 g → perigo
Relação.de energia
R.E.= a2/f2
(a: aceleração, f: frequência)
Crandell (1949)
R.E. < 3 → segurança
3 < R.E. < 6 → precaução
R.E. > 6 → perigo
Velocidade vibratória de pico
(0)
Langefors (1958)
Edwards (1960)
Duvall e Fogelson (1962)
0 < 0 < 5 cm.s-1 → segurança
5 < 0 < 10 cm.s-1 → danos menores
10 < 0 < 16 cm.s-1 → danos moderados
16 < 0 < 23 cm.s-1 → danos sérios
0 > 23 cm.s-1 → colapso parcial/total
Velocidade vibratória de pico e
frequência
(0, f)
USBM - RI 8507 (1981)
Office of Surface Mining (1983) - EUA
Norma UNE 22-381 (1993) - Espanha
0 < 0,2 cm.s-1; f < 1 Hz → segurança
0 < 2 cm.s-1; 1 < f < 10 Hz→ segurança
0 < 5 cm.s-1; f > 30 Hz→ segurança
Como se verifica pela leitura da tabela, os primeiros critérios de dano usavam a aceleração das
vibrações, mais tarde substituída pela velocidade vibratória máxima, visto que as correlações
com os danos observados assim o sugeriam. De facto, existe uma proporcionalidade directa
entre a velocidade de vibração e a tensão dinâmica associada às ondas sísmicas, sendo que
esta última é facilmente correlacionável com a resistência das estruturas.
Para além da velocidade, a maioria dos critérios de dano actuais engloba também a frequência
característica das vibrações, fundamentalmente devido ao fenómeno da ressonância. De facto,
a regulamentação vigente em diversos países destaca a importância da aplicação deste
parâmetro como medida essencial à prevenção de danos em estruturas pela acção de
vibrações sendo, por isso, de consideração indispensável nos projectos dos planos de fogo.
Essa importância tem a suportá-la uma explicação física patente em numerosas investigações
(referidas por Svinkin et al., 2003) que são unânimes em considerar a frequência da vibração
como um factor essencial no comportamento dinâmico das estruturas, em particular se a
frequência dominante da onda sísmica originada, por exemplo, por uma detonação no terreno,
for próxima da frequência natural da estrutura em causa (Equação 2.10), dando lugar ao
aparecimento de fenómenos de ressonância (Bernardo, 2004).
O tipo de estrutura a proteger representa outro passo importante no desenvolvimento e
aperfeiçoamento dos critérios, independentemente do tipo do terreno de fundação. Esta
consideração tornou-se tão importante como a frequência de vibração, como ficou evidenciado
em algumas das normas apresentadas ao longo deste capítulo.
50
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
2.8.10. Análise das principais normas
As diferenças principais entre as normas americanas e as europeias são as seguintes:
Instalação do geofone – na norma americana os geofones são, em geral, dispostos no
terreno circundante à estrutura em monitorização e não no interior do edifício ou em
correspondência com as zonas particularmente sensíveis;
Tipos de edifícios – as recomendações do USBM agrupam os edifícios em duas
classes, considerando o tipo de revestimento interno: os construídos com paredes
rebocadas e os construídos sem reboco nas paredes ou com revestimento em gesso ou
madeira. Os limites de 0 para as paredes sem reboco propostos pelo USBM coincidem
com os do OSMRE nas gamas de frequência 0-11 Hz e entre 40-100 Hz. A
recomendação deste organismo permite valores maiores de 0 no intervalo de
frequência compreendido entre 11 e 40 Hz. As normas europeias definem o tipo de
edifício em função do seu uso (residencial, industrial, histórico), dando valores de 0
inferiores à norma americana para frequências menores que 40 Hz. No intervalo de 40 a
100 Hz, para edifícios industriais, os valores aproximam-se dos da norma americana,
mantendo-se mais baixos para outros tipos de edifícios.
Intervalos de frequência – as normas norte-americanas definem os intervalos em menor
e maior que 40 Hz, sendo que a frequência natural dos edifícios está abaixo desse
valor. As normas europeias definem intervalos de frequência menores devido aos tipos
de construções aí existentes (mais antigas) e, por conseguinte, mais sensíveis.
Segundo Schillinger (1994), in Bacci et al. (2003b), a comparação entre a norma alemã
DIN 4150 e a norma norte-americana USBM RI8507 evidencia uma variação dos valores de 0
admitidos, como mostra a figura seguinte:
Figura 2.17 – Gráfico comparativo das normas, alemã DIN 4150 e norte-americana RI 8507 (Bacci et al., 2003b,
modificado de Schillinger, 1994, in Bacci, 2000)
51
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
A relação entre a USBM RI 8507 e a DIN 4150, para residências e monumentos históricos,
mostra um factor 3 a 4 vezes maior para a norma americana, no intervalo de frequência entre 1
e 100 Hz, significando que as estruturas residenciais dos Estados Unidos seriam 3 a 4 vezes
mais resistentes do que as construções europeias. Porém, o próprio autor não aceita essa
hipótese, argumentando que as regulamentações possuem um carácter conservador e não
estão isentas de referências políticas, as quais, de um modo geral, estão concentradas na
determinação da probabilidade de aceitação social da ocorrência de danos e incómodos.
Actualmente, a incomodidade humana vem sendo até mais considerada que os danos em
edifícios, embora com maior dificuldade de regulamentação devido à sua subjectividade,
atendendo a que a susceptibilidade às vibrações varia de indivíduo para indivíduo.
2.9. A Norma Portuguesa 2074
2.9.1. Considerações gerais
Em Portugal, a realização de escavações com explosivos nas proximidades de edifícios
residenciais e outros, no que respeita à prevenção de danos provocados pelas vibrações
ocorrentes, é regulamentada pela Norma Portuguesa 2074, vigente desde 1983, que
estabelece, embora de modo conservador, os limites de vibração aceitáveis.
Esta norma fixa um valor limite da velocidade de vibração das partículas, expressa no seu valor
máximo (de pico), em cm/s, (Equação 2.19), como um produto de três factores onde são
considerados:
o tipo de terreno de fundação (α);
o tipo de construção (β);
o número de solicitações diárias (γ).
Os valores medidos são comparados com aquele critério de segurança, não podendo ser-lhe
superiores sob pena de poderem ocorrer danos na estrutura.
*1 . . . 10X9 [m.s-1]
(2.19)
A velocidade de vibração de pico, ou resultante (Equação 2.20), é calculada pelos dispositivos
de medição através das três componentes que o sistema regista, longitudinal, transversal e
vertical, sendo que as coordenadas correspondem ao mesmo instante, e não à resultante
vectorial com as componentes da velocidade de vibração de pico (PPV) em instantes distintos:
52
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
*1 S. . [cm s-1]
(2.20)
A partir da expressão anterior, e atendendo ao intervalo de valores possíveis para as
constantes α, β e γ, podem resumir-se todas as situações previstas (Tabela 2.12).
Tabela 2.12 – Valores limite da velocidade de vibração de acordo com a norma NP 2074, em função do terreno de
fundação considerado para cada local e das características do edificado (Bernardo e Dinis da Gama, 2006)
Características do terreno (coeficiente α)
Tipo de construção
(coeficiente β)
Solos coerentes m uito
Solos incoerentes soltos: duros e de consistência
areias e m isturas areiam édia, solos incoerentes
seixo bem graduadas,
com pactos, areias e
areias uniform es, solos
m isturas areia-seixo bem
coerentes e m uito m oles
graduadas, areias
uniform es
Rochas e solos coerentes
rijos
α= 0,5
α= 1,0
α= 2,0
c p <= 1 000 m/s
1 000 m/s < c p < 2 000 m/s
c p > 2 000 m/s
γ= 1,0
γ= 0,7
γ= 1,0
γ= 0,7
γ= 1,0
γ= 0,7
Construções sensíveis
2,50
1,75
5,00
3,50
10,00
7,00
Construções correntes
5,00
3,50
10,00
7,00
20,00
14,00
Construções reforçadas
15,00
10,50
30,00
21,00
60,00
42,00
c p - velocidade de propagação das ondas sísmicas no solo
γ - constante aplicada com vista à redução em 30% (γ= 0,7) dos valores da velocidade de vibração, para mais de três detonações
diárias, isto é, se for aplicada uma fonte vibratória contínua ou quase
A NP 2074 distingue-se da generalidade das outras normas por considerar as características
do terreno de fundação das estruturas e o número de acções impulsivas diárias. Esta norma
estabelece um valor limite para a velocidade de vibração de pico de 60 mm/s, admitindo um
elevado factor de segurança, somente justificável para a prevenção de danos estéticos nas
estruturas a proteger. Uma vez conhecido o limite a observar, sustentado no critério de
prevenção de danos estruturais vigente, é necessária a determinação da lei de propagação das
vibrações adequada ao local (Equação 2.9), com vista à extrapolação da carga máxima
instantânea de explosivo a usar, desde que se encontre bem definida a distância à estrutura a
proteger.
2.9.2. O projecto de revisão da NP 2074
A Norma Portuguesa NP-2074 (1983) não contempla os critérios de dano actuais de outras
Normas e Recomendações Internacionais em que, para além da velocidade de vibração, estão
envolvidas a frequência das vibrações e o tipo de estrutura a proteger, independentemente do
53
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
tipo do solo de fundação. A ausência daquela grandeza física constitui por isso uma
significativa limitação à sua aplicabilidade.
Foram propostos projectos de revisão desta Norma por Esteves (1993) e Bernardo e Dinis da
Gama (2006), pela pertinência quanto a incluir, de forma criteriosa, a frequência nos critérios de
dano em vigor em Portugal, identicamente ao que já acontece noutros países onde a aplicação
daquele parâmetro constitui uma medida essencial no comportamento dinâmico das estruturas
e na prevenção de danos por acção das vibrações. Parece ser consensual a necessidade da
introdução da frequência na definição dos limites admissíveis da velocidade vibratória, embora
de forma indirecta, considerando que, numa determinada estrutura, deverão ser os elementos
de fundação a ser instrumentados e não o terreno onde se encontram fundados. Contudo, caso
este parâmetro venha a ser incluído na regulamentação nacional, há que atender às diferenças
entre os materiais constituintes da fundação (onde, de acordo com o ponto 5. “Técnica de
Medição”, da NP 2074, deve ser registada a velocidade de vibração) e os da superestrutura, já
que poderão apresentar respostas distintas a uma mesma solicitação dinâmica (Bernardo,
2004).
Segundo Bernardo e Dinis da Gama (2006), a inclusão do tipo de terreno é inadequada, já que
os valores da velocidade vibratória devem ser medidos sobre um elemento da fundação da
estrutura o que, por conseguinte, já contempla os efeitos do terreno na propagação e refracção
das ondas. É por este motivo que, a nível internacional, nenhum dos critérios de dano em vigor
inclui o tipo de terreno.
À partida, parece errado obrigar à normalização da velocidade vibratória admissível em função
da litologia, elemento com uma significativa importância na determinação da frequência, uma
vez que a velocidade é afectada por outros factores, nomeadamente pela distância entre os
pontos de solicitação e os de registo. Assim, por exemplo, considerando um maciço rochoso
granítico, pode acontecer que a determinadas distâncias da solicitação se verifiquem valores
de frequência que seriam característicos de um calcário. Se esta diferença se aproximar do
limite de 40 Hz previsto para a separação dos dois tipos de terreno no projecto de revisão da
NP 2074 (Tabela 2.13), pode cair-se numa situação de incumprimento, ou seja, se, por um
lado, se tem um terreno “rijo”, com velocidade de propagação superior a 2000 mm/s, por outro,
está-se em presença de uma frequência inferior a 40 Hz, devido a factores diversos da litologia
(conforme demonstrado por estudos de campo levados a cabo por Bernardo (2004)). Ainda
segundo aqueles autores, esta situação significa, considerando o projecto de revisão em curso,
uma diferença que é igual ao dobro, no que concerne à velocidade vibratória admissível no
alvo.
54
Capitulo 2 - O Impacte Ambiental das Vibrações
________________________________________________________________________________________________________________________
Não obstante, a relação frequência vs. litologia, de importância inquestionável, deverá ser
usada, à partida, para preconizar, mas não para normalizar.
Tabela 2.13 – Projecto de revisão da NP 2074, adaptado de Azevedo e Patrício, 2003, e Esteves, 2003
Frequência predominante no espectro de |vi(t)|
VL
(mm.s-1)
f < 10 Hz
10 < f < 40 Hz
f > 40 Hz
Tipos de terrenos
Tipos de Construção
Solos fracos
c < 1 000 m.s-1
Solos médios
1 000 m.s-1 < c < 2 000 m.s-1
Solos rijos
c > 2 000 m.s-1
Construções sensíveis
1,3 - 1,8 - 2,5
2,5 - 3,5 - 5,0
5,0 - 7,0 - 10,0
Construções correntes
2,5 - 3,5 - 5,0
5,0 - 7,0 - 10,0
10,0 - 14,0 - 20,0
Construções reforçadas
6,5 - 9,0 - 12,5
12,5 - 17,5 - 25,0
25,0 - 35,0 - 50,0
Notas:
1 - os primeiros valores são adequados para um número total de solicitações superior a cem; os segundos para um número diário de
solicitações superior a três; os terceiros valores são válidos para três ou menos solicitações diárias;
2 - a grandeza a medir é a componente mais significativa da velocidade de vibração (PPV);
3 - "f" é a frequência predominante no espectro de velocidade.
Outra singularidade da Norma Portuguesa sem qualquer demonstração científica é a
consideração do número de eventos diários, através do coeficiente que surge, aliás, no
projecto de revisão com uma importância acrescida (Tabelas 2.12 e 2.13). É compreensível a
preocupação em estabelecer valores máximos admissíveis para um número elevado de
solicitações diárias (superior a cem), o que estará relacionado com operações de cravação de
estacas ou desmonte mecânico de maciços, particularmente quando são usados martelos
hidráulicos de impacto. De facto, não se conhecem estudos relativos à limitação da velocidade
vibratória pela fadiga dos materiais de construção, quando sujeitos a repetidos eventos diários.
A haver relação entre estes parâmetros, os factores de minoração devem ser atribuídos,
segundo critérios científicos, de maneira a não tornar a correcção proposta excessivamente
conservadora, a qual não existe na normalização internacional conhecida.
Outro factor a reavaliar é o da subjectividade na classificação do grau de resistência das
estruturas que pode tornar arbitrário o estabelecimento dos limites máximos admissíveis. A
opção em passar a considerar a componente da velocidade vibratória mais significativa (PPV)
pode ser discutível, na medida em que diferentes situações podem justificar um e outro critério
(Bernardo e Dinis da Gama, 2006).
55
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
A opção de ter em conta as frequências por cada direcção é importante nos casos em que as
normas definem os valores máximos da velocidade somente através da maior amplitude dos
picos, tal como preconizado no projecto de revisão, em detrimento do maior vector resultante,
como sucede na norma vigente. A este propósito, parece conveniente assinalar que, em
relação à análise que pode ser efectuada acerca dos modos de vibração, especialmente se se
tratar de fundações esbeltas (por exemplo, estacas profundas), a consideração de uma única
frequência, associada ao pico, pode não ser representativa e nem ser a mais conservadora,
pelo que a recomendação de Bernardo e Dinis da Gama (2006) é sempre o recurso às análises
da
transformada
de
Fourier
(FFT),
procurando
o
valor
da
frequência
dominante
correspondente. Assim, com base no seu estudo, e tirando partido do exemplo de
normalizações semelhantes, nomeadamente a norma alemã (DIN 4150), sugerem a revisão da
NP 2074, mas de forma relativamente mais simples e adequada ao estado actual do
conhecimento, procurando evitar situações de arbitrariedade acerca de parâmetros cujas
relações com as respectivas respostas estruturais não são bem conhecidas.
Em resumo, consideram a actualização da norma, justificada e premente, nos moldes dos
critérios em vigor noutros países, fazendo intervir, de forma criteriosa, a frequência das
vibrações que atingem as estruturas, conjuntamente com a amplitude da velocidade de
vibração, os dois parâmetros essenciais de segurança contra o relevante impacte ambiental
decorrente do uso de explosivos em actividades industriais, ou outras, geradoras de vibrações.
Esteves (1993) apresenta duas sugestões para a revisão da NP 2074. Uma delas, veio a ser
seguida na proposta de Bernardo e Dinis da Gama (2006), no que respeita à introdução do
parâmetro “frequência da vibração do fenómeno vibratório medido na fundação da construção”,
aproximando-a assim da generalidade das restantes normas, enquanto não é produzida uma
Norma Europeia (objecto da segunda sugestão). Com este objectivo, sugere a organização, no
âmbito da União Europeia, de um grupo de trabalho que deverá ter em conta o documento
“Suggested Method for Blast Vibration Monitoring” (Dowding et al., 1992).
56
3. Técnicas
de Geofísica aplicadas
problemática das Vibrações
à
3.1. Métodos sísmicos de prospecção geofísica
Neste capítulo, faz-se uma descrição sucinta do conceito de prospecção geofísica e dos dois
métodos utilizados (de refracção sísmica e de resistividade eléctrica) nos trabalhos de campo
realizados no âmbito da dissertação, aos quais se fará referência no capítulo seguinte.
A utilização dos diversos métodos de prospecção geofísica enquanto instrumentos de
caracterização geotécnica e ambiental tem vindo a conhecer um assinalável incremento,
especialmente a partir de meados da década de 90 do século passado. No que respeita aos
casos de índole ambiental, a sua utilização crescente é devida ao facto de se tratar de métodos
indirectos e, por conseguinte, não perturbadores do meio ambiente. Os métodos sísmicos de
prospecção visam principalmente a determinação da estrutura subsuperficial dos terrenos,
através da análise das magnitudes das velocidades de propagação das ondas sísmicas e suas
variações.
Na caracterização geotécnica dos maciços interessados em obras de escavação subterrâneas,
pode também recorrer-se a uma estratégia sustentada na conjugação de métodos geofísicos
com a prospecção mecânica visando, com o primeiro, definir um modelo de zonamento do
maciço e, com o segundo, calibrar numericamente esse modelo, de forma a fornecer
parâmetros mecânicos (modelo de Hoek & Brown). A título de exemplo, cita-se o caso de
estudo objecto da presente dissertação (Túnel do Marão), aquando do estabelecimento e
execução da campanha de reconhecimento na fase de concurso. A complexidade do
empreendimento, devido à grande heterogeneidade geológica, hidrogeológica e mecânica, com
implicações na definição das condições de execução, tornava desaconselhável apenas um
reconhecimento de âmbito mais genérico baseado em levantamentos de superfície, ou mesmo
com alguma prospecção de índole pontual, acrescida da profundidade dos eixos dos túneis,
cerca de 600 metros (solução de base) e 300 metros (solução alternativa), factores que
excluíam, desde logo, a realização de uma campanha de caracterização tradicional. Assim,
foram realizados dois perfis de resistividade eléctrica, um com 6625 metros de comprimento e
57
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
760 metros de profundidade máxima de investigação (solução de base) e outro com
3180 metros de comprimento e 540 metros de profundidade máxima (alternativa) e cinco
sondagens mecânicas com cerca de 50 metros de profundidade (Cruz et al., 2008).
A prospecção geofísica por métodos sísmicos consiste, em termos gerais, na geração de uma
onda sísmica no local que se pretende investigar e à medição do tempo de propagação da
onda ao longo de um determinado percurso no subsolo, até a um conjunto de geofones
instalados a uma distância conhecida da fonte e espaçados entre si de igual distância. A fonte
sísmica pode ser uma explosão, uma pancada aplicada com uma marreta sobre uma placa
metálica ou um pilão sísmico. Por questões de simplificação, a fonte sísmica é geralmente
designada por explosão ou tiro.
As ondas sísmicas assim geradas propagam-se no subsolo reflectindo-se e refractando-se ao
atingirem fronteiras geológicas. As ondas reflectidas regressam à superfície, onde são
captadas (Método da Reflexão Sísmica), enquanto as ondas refractadas se propagam ao longo
das interfaces entre diferentes camadas antes de chegarem à superfície através de nova
refracção (Método da Refracção Sísmica).
O impulso sísmico vai-se transformando durante o percurso e, ao chegar ao receptor, é
constituído por um conjunto de ondas, das quais as mais energéticas, e primeiras a chegar,
são as ondas de compressão, ou ondas P. Seguem-se as ondas de corte, ondas S, e todo um
conjunto de ondas de menor energia. Estes factos têm assim uma contribuição determinante
para que as ondas de compressão sejam as utilizadas em refracção sísmica. Indicam-se, na
tabela seguinte, valores característicos da velocidade de propagação da onda de compressão
para alguns dos materiais mais comuns.
Tabela 3.1 - Valores característicos da velocidade da onda sísmica de compressão (xy) em alguns materiais (Mota,
2006, adaptado de Press,1966, in Darracott, 1976 e Lavergne, 1989)
Material
58
z{ (m/s)
Aluvião
500 - 2100
Argila
1100 - 2500
Areia
200 - 2000
Arenito
1400 - 4500
Calcáreo brando
1700 - 4200
Calcáreo rijo
2800 - 6400
Calcáreo cristalino
5700 - 6400
Granito
5700 - 6400
Basalto
5400 - 6400
Xisto
4200 - 4900
Gelo
3400 - 3800
Água
1450
Ar
335
Capitulo 3 - Técnicas de Geofísica aplicadas à problemática das Vibrações
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Sob a influência da excitação das ondas sísmicas, as partículas do terreno são colocadas em
movimento. Às superfícies onde estes movimentos se encontram em fase, dá-se o nome de
superfícies de onda. A interface entre a região onde as partículas estão em repouso e aquela
onde estão em movimento é designada por frente de onda. Em meio anisotrópico, a normal à
frente de onda tem o nome de raio sísmico. Contrariamente à frente de onda, o raio sísmico
não tem significado físico, tendo sido introduzido com o objectivo da simplificação da
representação da propagação das ondas sísmicas (Hagedoorn, 1959, in Mota, 2006).
Os terrenos mais instáveis são os que exigem maiores precauções na concepção das
estruturas a construir e, enquanto tal, constituem o alvo principal da prospecção geofísica para
geotecnia. Estes terrenos são normalmente constituídos por aluviões e rochas sedimentares,
as quais possuem uma estrutura granular com vazios entre os grãos podendo, ou não, estar
preenchidos. A relação existente entre o volume de grão e o volume de vazios denomina-se de
porosidade*. Este parâmetro é um dos factores que maior influência tem na velocidade de
propagação das ondas sísmicas, pois, quanto menor for o volume de vazios, mais elevada é a
velocidade de propagação das ondas (Han et al., 1986, in Mota, 2006).
O material que preenche estes vazios influi igualmente na velocidade de propagação das
ondas sísmicas, porquanto, se estes se encontrarem preenchidos com um líquido, a velocidade
é mais elevada do que se estiverem cheios com gás ou apenas ar.
As interfaces identificáveis através da refracção sísmica são aquelas que limitam meios em que
a velocidade de propagação da onda sísmica é maior no meio inferior face ao superior; porém
há situações em que as camadas inferiores do subsolo apresentam velocidades inferiores às
sobrejacentes – nestas condições está-se em presença da denominada inversão de
velocidades (Mota, 2006).
Este mesmo autor considera que cada método de prospecção geofísica é adequado a
diferentes propriedades físicas do meio em estudo, pelo que, para cada situação, são
seleccionadas as técnicas mais apropriadas ao objectivo em questão. Assim, por exemplo, a
refracção sísmica deverá ser usada para avaliar a ripabilidade de um terreno, a resistividade
eléctrica para detecção de zonas de fracturação e/ou circulação de águas subterrâneas e o
georadar para detecção de pequenas cavidades no terreno.
______________________
*
4|
4| }~
, onde *. é o volume de vazios e * o volume de partículas sólidas.
59
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
3.1.1. Método de Refracção Sísmica
De entre os vários métodos de prospecção geofísica com aplicação à geotecnia, o da refracção
sísmica é um dos mais utilizados, sendo particularmente apropriado no zonamento geotécnico
preliminar de maciços rochosos, na caracterização de maciços para identificação da espessura
de material rochoso ripável e na determinação da profundidade a que se encontra o firme
rochoso, subjacente a depósitos não consolidados.
A sua aplicação, com sucesso, em trabalhos de prospecção para obras de engenharia civil,
apresenta, comparativamente aos métodos de prospecção directa, como por exemplo as
sondagens mecânicas, a vantagem da rapidez de execução e o custo reduzido. Porém,
sobrevêm algumas dificuldades se utilizado a pequena profundidade (apenas algumas dezenas
de metros), com as consequentes influências das variações laterais da velocidade e o desvio
das condições teóricas da sua aplicabilidade – isotropia e homogeneidade -, condições que
raramente ocorrem a profundidades tão superficiais (Fialho Rodrigues,1979).
Este método de prospecção caracteriza-se pela obtenção de tempos de percurso das ondas
sísmicas longitudinais ou de compressão, ondas “P”, geradas por uma fonte de energia,
normalmente uma carga explosiva ou uma pancada, aplicada com um pilão ou uma marreta
(Figura 3.1).
Figura 3.1 - Esquerda – Marreta e placa metálica. Direita – Tiro com marreta
Para materializar no terreno um perfil de refracção sísmica utiliza-se um sistema constituído por
um conjunto de receptores de energia sísmica, geofones, dispostos ao longo de um
alinhamento rectilíneo e afastados entre si de uma determinada distância constante. A fonte de
energia responsável pela emissão de ondas sísmicas é localizada sucessivamente em vários
pontos ao longo deste alinhamento.
60
Capitulo 3 - Técnicas de Geofísica aplicadas à problemática das Vibrações
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
O conjunto de dados obtidos é constituído por valores de tempo de percurso desde a fonte até
ao receptor (geofone) e pela respectiva distância geofone-fonte. O processo de tratamento dos
dados começa com a identificação, em cada sismograma obtido, dos primeiros tempos de
chegada da onda aos vários geofones. Após este tratamento é produzido um gráfico dos
tempos de chegada, em função da distância percorrida pela onda. As curvas tempo-distância
assim alcançadas, dromocrónicas, permitem obter valores para a velocidade de propagação
das ondas sísmicas longitudinais em cada horizonte sísmico e respectivas espessuras (Figura
3.2).
Figura 3.2– Dromocrónicas obtidas na execução de um perfil com 5 tiros. (Em destaque o tiro central. Dados de
campo a cinzento e resultados da inversão a azul) (Mota, 2010)
Sabe-se que, em meios homogéneos, a propagação da energia sísmica, através das várias
camadas
geológicas,
apresenta
um
comportamento
similar
ao
dos
raios
ópticos,
experimentando assim idênticos processos físicos de transmissão. A propagação de raios de
luz é descrita pela Lei de Snell, da óptica. Esta lei, conjuntamente com o princípio do tempo
mínimo de Fermat e o fenómeno da incidência crítica, constituem as bases físicas do método
de refracção sísmica. A partir do esquema apresentado na Figura 3.3A, onde 8 e 9 são os
ângulos que os raios, incidente e transmitido, fazem com a normal à interface entre os meios 1
e 2, respectivamente, e 8 e 9 as velocidades de propagação das ondas sísmicas nos
respectivos meios, onde 8 € 9, a lei de Snell, ou a lei da refracção de Fermat (in Robinson e
Clark, 2006, in Mota, 2006) é dada por:
‚' 8 8
‚' 9 9
(3.1)
61
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 3.3 - Refracção de um raio através de uma interface entre dois meios de diferentes velocidades de
propagação das ondas sísmicas (Mota, 2006, adaptado de Redpath, 1973)
Quando 9 90° está-se perante uma incidência crítica, a qual corresponde, em termos
sísmicos, à refracção da onda sísmica (Figura 3.3B) e a Lei de Snell toma a seguinte forma:
‚' f 8
9
(3.2)
Na interface entre os dois meios, a onda sísmica propaga-se à maior das duas velocidades e
vai gerando continuamente para a superfície ondas sísmicas segundo um ângulo crítico, f ,
onde são detectadas nos diversos geofones aí instalados a iguais distâncias entre si, ao longo
de um alinhamento, no qual também estão as fontes sísmicas. Para a determinação das
profundidades a que se encontram os refractores e os eventuais ângulos de inclinação das
interfaces são necessários, no mínimo, dois tiros, um em cada extremidade do alinhamento,
designados por tiro directo e tiro inverso. Na Figura 3.4 é apresentado esquematicamente um
meio constituído por três camadas horizontais e homogéneas, onde as velocidades de
propagação das ondas sísmicas são constantes em cada uma delas, e crescentes em
profundidade, i.e., „ > 9 > 8 . Na parte inferior da figura está representado um gráfico de
tempo-distância com o registo dos vários tempos de chegada. Os primeiros tempos de chegada
registados correspondem às chegadas directas através da camada superficial (geofones 1 e 2),
e o declive da recta que passa por esses pontos é o inverso da velocidade de propagação na
primeira camada (8 ). A partir de uma determinada distância da fonte, em inglês denominada
crossover distance, os primeiros tempos de chegada correspondem à onda refractada na
interface entre as camadas 1 e 2 (geofones 3, 4, e 5), uma vez que a velocidade de
propagação, 9 , desta onda, é superior à da primeira camada. O declive da recta que passa
pelos pontos do gráfico tempo-distância, correspondentes a estes geofones, é igual ao inverso
da velocidade de propagação na segunda camada (9 ). Aos geofones 6 e 7 chega a onda que
se propagou na interface entre as camadas 2 e 3, à velocidade „ , que pode igualmente ser
obtida a partir do gráfico tempo-distância.
62
Capitulo 3 - Técnicas de Geofísica aplicadas à problemática das Vibrações
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 3.4 - Exemplo de um meio estratificado horizontalmente, composto por três camadas de velocidades de
propagação crescentes com a profundidade (z >z > z , e respectivo gráfico tempo-distância (Mota, 2006)
Uma última referência para os diversos métodos de interpretação de dados obtidos através da
refracção sísmica, cuja descrição e análise não se justificam no âmbito do presente trabalho.
São vários os métodos existentes, baseados unicamente nos tempos de chegada, referidos por
Mota (2006), como por exemplo o “plus-minus” (Hagedoorn, 1959), o dos tempos de atraso (do
inglês delay-times) (Redpath, 1973) ou o da recíproca generalizada (ou GRM, “Generalized
Reciprocal Method”) (Palmer, 1980).
Em síntese, pode afirmar-se que o método de refracção sísmica se baseia na existência de
contrastes na velocidade de propagação das ondas sísmicas entre os diversos materiais que
constituem os terrenos objecto de investigação.
3.1.2. Método de Resistividade Eléctrica/Tomografias de Resistividade Eléctrica
Nas últimas décadas, a prospecção pelo método de resistividade eléctrica tem conhecido um
desenvolvimento assinalável, em parte devido ao aparecimento de sistemas automáticos de
aquisição de dados com recurso a cabos multi-condutores que, em poucas horas, permitem
fazer perfis de resistividade eléctrica com os dispositivos tetraelectródicos de dipolo-dipolo,
polo-dipolo, polo-polo ou de sondagens eléctricas verticais contínuas (SEVC) com o dispositivo
de Wenner com grande densidade de leituras (Barker (1981), Griffiths et al. (1990) e Griffiths e
Barker (1993), in Mota (2006). À semelhança da secção anterior, também no presente método
se pretende apenas descrever alguns dos seus aspectos mais relevantes, porquanto não se
entrará no detalhe de cada um dos dispositivos ora mencionados.
63
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Outro contributo de grande importância no incremento da utilização do método de resistividade
eléctrica foi o programa de inversão desenvolvido por M. H. Loke – Res2Dinv (Loke e Barker,
1996; Loke, 1999) com o qual se obtém uma Tomografia de Resistividade Eléctrica que
contrasta com a tradicional apresentação do modelo de resistividade constituído por corpos
geométricos e homogéneos. O princípio consiste na subdivisão da superfície bidimensional em
estudo num determinado número de células, calculando a resistividade de cada uma delas de
acordo com um critério previamente estipulado. As Tomografias de Resistividade Eléctrica
resultam da inversão da pseudo-secção de resistividade eléctrica assim obtida, representando,
graficamente, uma imagem bidimensional da variação da resistividade do terreno (Mota, 2006).
As variações mais significativas do campo eléctrico podem corresponder a heterogeneidades
litológicas ou a anomalias de resistividade dos materiais. O grau de variação da distribuição
depende do contraste de resistividade entre as estruturas subsuperficiais anómalas e o meio
envolvente. A detecção destas anomalias depende ainda da sua posição relativa face ao
dispositivo utilizado. Uma vez que a corrente eléctrica se propaga no terreno principalmente
através do electrólito composto pela água existente no vazio dos solos e pelos sais nela
dissolvidos, a resistividade depende, para além da porosidade do material constituinte do
terreno, do seu teor em água e do nível de iões nela dissolvidos. A presença de argila é outro
factor que influi igualmente na transmissão da corrente eléctrica.
Na tabela seguinte apresentam-se os valores de resistividade eléctrica de alguns metais,
minerais e rochas mais comuns.
Tabela 3.2 - Resistividade da água e de alguns metais, minerais e rochas mais comuns (Mota, 2006, adaptado de
Reynolds (1997), Berkeley (2004) e Sheriff (1991))
Material
Água
Resistividade (ohm.m)
0,2 - 1
Água do mar
2 - 100
Alumínio
2,8 x 10-8
Cobre
1,7 x 10-8
Prata
1,6 x 10-8
Aço
15 - 90 x 10-8
Pirite
3,0 x 10-5 - 1,5
Granito
300 - 1 x 106
Granito alterado
30 - 500
Basalto
10 - 1,3 x 107
Xistos (calcáreo e mica) 20 - 10 000
64
Xistos (grafite)
10 - 100
Mármore
100 - 2,5 x 108
Arenitos
1 - 7,4 x 108
Calcáreo
100 - 2,5 x 108
Argilas
1 - 100
Aluvião e areias
10 - 800
Solo (40% argila)
8
Solo (20% argila)
33
Argila (seca)
50 - 150
Capitulo 3 - Técnicas de Geofísica aplicadas à problemática das Vibrações
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
As bases da prospecção por métodos eléctricos assentam na geração de um campo eléctrico,
através da injecção de corrente eléctrica no terreno por meio de dois eléctrodos metálicos, e
medição da diferença de potencial eléctrico entre outros dois eléctrodos. Para a sua
materialização, a metodologia de trabalho consiste, basicamente, na disposição em linha de
eléctrodos equidistantes entre si (41 eléctrodos, espaçados de, até um máximo de 20 m, e
ligados por um cabo multi-condutor). O equipamento utilizado pelo LNEC para a execução do
perfil de resistividade apresentado no Capítulo seguinte, foi desenvolvido pela Universidade de
Lund (Suécia) e pela ABEM, e é designado por Sistema Lund. É composto por quatro bobinas
de cabo multi-condutor, cada uma com 21 ligações a outros tantos eléctrodos, e por um
comutador, de nome ES464. Este conjunto encontra-se ainda ligado ao resistivímetro ABEM
Terrameter SAS 4000, segundo o esquema da Figura 3.5. As “saídas” dos cabos para ligação
aos eléctrodos estão espaçadas de 10 em 10 m, o que permite variar os espaçamentos entre
eléctrodos (distâncias dipolares) entre alguns centímetros e 20 m, em função da profundidade
de investigação que se pretende atingir. Esta é inversamente proporcional à resolução obtida,
ou seja, quanto maior a profundidade de investigação, menor a resolução alcançada, dado que
cada ponto de observação está mais afastado dos que o rodeiam, representando assim um
maior volume de terreno.
Figura 3.5 - Esquema do sistema de multi-eléctrodos (ABEM Terrameter 4000 e Sistema Lund) (Mota, 2006)
São várias as utilizações dos métodos de resistividade em estudos de caracterização litológica.
No caso presente, foi realizado um perfil de resistividade eléctrica visando o conhecimento, o
mais
completo
possível,
da
litologia
dos
terrenos
da
zona
em
estudo.
65
4. Caso de Estudo, de análise das vibrações
na construção dos túneis do Marão
4.1. Considerações gerais
Pretende-se, neste capítulo, apresentar os resultados, a interpretação e respectivas
conclusões, do estudo levado a efeito no âmbito das eventuais influências ambientais do
emprego de explosivos em obras subterrâneas, incidindo particularmente na segurança das
edificações do meio envolvente à zona de trabalhos. Com este objectivo, foi estabelecida uma
metodologia composta pela realização do registo, processamento e interpretação das
vibrações originadas pelas detonações provenientes do uso daquela tecnologia na escavação
de túneis, à luz da regulamentação portuguesa em vigor, tendo por base um suporte técnico
credível e imparcial, ao mesmo tempo enquadrado na regulamentação internacional de
referência.
No caso-estudo que se apresenta, o do Túnel do Marão, integrados no empreendimento da
Auto-Estrada A4/IP4 Amarante / Vila Real, cujos trabalhos se encontram em curso, irá ser dada
particular ênfase à envolvente ao emboquilhamento nascente pelo facto de se tratar de uma
zona povoada, constituída por aglomerados habitacionais de pequena dimensão, onde são
predominantes as moradias unifamiliares (Figura 4.1).
Complementarmente ao registo e medição de vibrações em pontos próximos das frentes de
trabalhos (túneis norte e sul), procedeu-se à realização de um conjunto de perfis de refracção
sísmica, de pequena dimensão, e de um perfil de resistividade eléctrica. Os fundamentos
teóricos destes dois métodos de prospecção geofísica encontram-se descritos no Capítulo 3.
Com a realização destes perfis procurou-se completar o conhecimento da litologia e das
características dinâmicas dos terrenos locais, nomeadamente através da determinação da
velocidade de propagação das ondas sísmicas (refracção sísmica), visando uma aplicação
mais adequada dos parâmetros constantes na NP 2074, em especial no que concerne às
características dos terrenos de fundação das edificações monitorizadas no decurso das duas
primeiras campanhas de ensaios de campo.
67
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
A necessidade deste estudo surgiu quando a empresa construtora começou a ver-se
confrontada com algumas reclamações de residentes locais, relacionadas com incomodidade e
o aparecimento de danos no seu património edificado, alegadamente causados pelas vibrações
com origem nas detonações relativas aos desmontes do maciço rochoso com recurso a
explosivos. Estes factos levaram-na a encomendar a realização de um conjunto de ensaios de
medição de vibrações a uma entidade externa, no caso, o Laboratório Nacional de Engenharia
Civil (LNEC), com vista a apurar da justeza das reclamações.
Cabe aqui mencionar o trabalho preliminar de inventariação, levado a efeito por indicação da
construtora, no decurso do qual foram vistoriadas mais de quatrocentas edificações em torno
de todas as zonas de trabalhos do empreendimento, na sua maioria habitações unifamiliares.
Parte destas edificações, aquelas que, pela sua localização, se afiguravam como mais
susceptíveis a eventuais efeitos nocivos em resultado das escavações dos túneis, foram
objecto de vistorias técnicas prévias para avaliar o seu estado de conservação, nas quais
foram observadas e registadas, por escrito e em fotografia, interior e exteriormente, as
patologias existentes. De cada um dos Relatórios de Vistoria produzidos, um exemplar foi
entregue no Cartório do Registo Notarial e outro ao proprietário ou seu representante.
A finalidade principal destas inspecções é a da obtenção de um documento independente que
se constitua numa referência comparativa do estado da estrutura (identificando as anomalias
observadas) com uma nova inspecção a realizar no final dos trabalhos, ou ainda no seu
decurso, caso venham a surgir reclamações dos proprietários.
B
A
C
D
Figura 4.1 - A – Panorâmica do emboquilhamento dos túneis. B – Caminho de acesso ao emboquilhamento. C –
Vista geral da povoação de Viariz da Santa. D – Vista parcial da povoação de Viariz da Poça
68
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.2. Geologia e geotecnia locais
Geologicamente, a zona em estudo, na envolvente nascente dos túneis, é caracterizada pela
ocorrência da formação da Desejosa, pertencente ao Grupo do Douro do Complexo xistograuváquico (Sousa, 1982, citado por Coke et al., 2003). Localmente, é composto por xistos
luzentes, filíticos, grafitosos e cloríticos, medianamente alterados (Figura 4.2).
Figura 4.2– Esboço Geológico do Sul da Serra do Marão (Coke et al., 2000, Estudo Geológico e Geotécnico –
Relatório Geológico e Geotécnico S3/S4-020-0-RGG, adaptado)
O estudo geológico e geotécnico não constitui uma caracterização geotécnica detalhada da
zona, mas apenas uma descrição de ensaios laboratoriais sobre provetes rochosos da
formação xisto-grauváquica obtidos nas sondagens S168 (20+100 – 21+380), S169 (21+930 –
22+310) e S177 (24+740 – 25+240), pelo que se admite que o maciço rochoso na área em
estudo terá as características geotécnicas indicadas na Tabela 4.1.
69
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Tabela 4.1 – Características geotécnicas das rochas do xisto-grauváquico (Coke et al., 2000)
M a s s a e s pe c í f ic a e po ro s ida de
S o nd.
C o m pre s s ã o s im ple s
E ns a io c a rga
po nt ua l
P ro f .
G e o l.
A pa r.
R eal
A bs o r.
P . e s p.
qu
E
P o ro s .
N º.
(m)
( KN / m 3 ) ( KN / m 3 )
S 168
X
6,3
6,0
S 168
X
2,4
26,3
S 169
X
18,5
19,0
S 177
X
9,0
12,0
S 177
X
12,3
12,8
26,8
26,9
27,7
27,8
27,8
27,7
( pe s o ) ( KN / m 3 )
3,7
3,2
0,5
1,4
1,2
0,2
26,9
26,9
27,2
Is s 0
Is s 0
Is s 0
( M pa ) ( M pa ) ( M pa )
M pa
M pa
( I)
( II)
51,0
10.817,0
5,8
5,8
40,4
76,0
44.171,0
27.025,0
6,1
9,3
13,4
( III)
Lo s A nge le s
S la k e
T est
I d2
M a rs a l e
R e s e ndiz
D e s g.
G ra n.
( %)
( %)
P
s0
( KN )
98,7
9,3
15,5
G
31,5
3,9
G
21,0
5,65
98,6
99,1
4.3. Metodologia
A elaboração deste trabalho compreendeu as seguintes fases:
Identificação dos casos de reclamações;
Medição das vibrações em locais previamente seleccionados pela construtora, relativos
às reclamações, acrescidos de alguns outros, da responsabilidade do LNEC,
considerando a possibilidade do registo simultâneo em vários pontos;
Síntese dos resultados obtidos a partir dos trabalhos precedentes;
Proposta de alterações aos planos de fogo, visando a minimização dos níveis de
vibração, caso fossem excedidos os limites regulamentares;
Caracterização da litologia e das propriedades dinâmicas dos terrenos;
Determinação da lei de propagação de vibrações mais adequada ao local;
Interpretação dos resultados obtidos e respectivas conclusões.
4.4. Equipamento utilizado
A obtenção dos dados foi realizada com sismógrafos de engenharia, providos de geofones. Em
cada detonação, os diferentes geofones, ao receberem os impulsos sísmicos, em diferentes
instantes, registaram os eventos, desde que superiores aos limites de detecção do
equipamento e ao valor mínimo de activação (trigger) do sismógrafo, definido para dar início ao
registo.
No registo de vibrações foram usados dois sismógrafos digitais, o modelo S-6-Peak Vibration
Monitor, fabricado pela empresa norte-americana Slope Indicator Co. (Sinco), Figura 4.3 A, e o
modelo Minimate Plus, Figura 4.3 B, da canadiana Instantel, ambos equipados com dois
geofones triaxiais.
70
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
O equipamento Sinco S-6 opera na gama de frequências 4-200 Hz, com um limite mínimo de
actuação de 0,075 mm/s. Para além de um sistema de arranque automático, para diversos
limites escolhidos, este sismógrafo dispõe ainda de um sistema de cálculo que permite
efectuar, em tempo real, o cálculo da transformada de Fourier (FFT), numa larga faixa de
frequências, indicando o valor resultante das três componentes e a respectiva frequência.
O equipamento Minimate Plus opera no intervalo de frequências 2-250 Hz, sendo que o mínimo
nível de arranque automático do sistema é de 0,127 mm/s. Ambos os equipamentos têm seis
canais de entrada (três por cada geofone), de modo a permitir o registo das vibrações segundo
três componentes, em dois locais ou pontos distintos. Em cada ponto, as componentes da
vibração, ortogonais, são registadas segundo as direcções longitudinal (na direcção da recta
horizontal que passa pelos pontos de detonação e de registo), transversal (perpendicular à
longitudinal) e vertical, perpendicular às duas anteriores.
A
B
Figura 4.3 – A: S6 Peak Vibration Monitor, B: Minimate Plus (Mota, 2009)
De acordo com a Norma Portuguesa 2074/83, os locais de instalação dos geofones deverão
ser solidários com as estruturas e, por consequência, com as fundações dos edifícios objecto
de monitorização. Nessa medida, são instalados sistematicamente nas proximidades de vigas
de fundação ou soleiras, em cantaria, de portas (Figura 4.4), com a exclusão de locais em que
exista um assinalável efeito atenuador dos materiais de revestimento.
71
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 4.4 – Locais de instalação dos geofones em edifício a monitorizar (Dinis da Gama, 2009)
4.5. Medições e registos efectuados
Os trabalhos de campo, de registo e medição de vibrações, assim como a realização dos perfis
de prospecção geofísica, na terceira campanha, decorreram nos seguintes períodos:
- de 22 a 27 de Setembro de 2009 (primeira campanha);
- dias 27 e 28 de Outubro de 2009 (segunda campanha ou campanha complementar);
- de 21 a 23 de Setembro de 2010 (terceira campanha).
No conjunto das três campanhas foram efectuados registos em 30 locais, maioritariamente
habitações, representados na Figura 4.5 (página seguinte). Estes trabalhos foram precedidos
do respectivo levantamento topográfico, da responsabilidade da construtora. A informação das
coordenadas geográficas dos desmontes foi assegurada pela Empresa Portuguesa de Obras
Subterrâneas (EPOS), responsável pelos trabalhos de escavação dos túneis, norte e sul, da
frente nascente. Estes elementos permitiram determinar as distâncias entre os locais de
detonação e de medição das vibrações, constantes nas tabelas apresentadas no Anexo I
(Valores de vibração medidos e calculados).
As operações de desmonte tinham, na fase inicial da escavação, ocorrência diária, geralmente
no final de cada turno de 12 horas (período de trabalho de sete dias/semana, 24 horas/dia).
Tendo em vista a minimização do incómodo das populações locais, foi estabelecido um horário,
entre as 7 horas e 30 minutos e as 22 horas e 30 minutos, durante o qual era permitida a
realização dos desmontes com explosivos. Com o avanço das frentes de escavação para o
interior do maciço aumentou a distância às habitações, pelo que deixou de haver quaisquer
restrições de horário na execução daquela actividade.
As medições foram realizadas com base em desmontes da Abóbada, sendo que, em alguns
dos turnos, foram realizadas detonações de menor amplitude, correspondentes ao
rebaixamento do túnel norte, designado nos diagramas de fogo por Destroça.
72
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
Figura 4.5 - Locais de medição de vibrações
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
73
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Relativamente às duas primeiras campanhas, oito dos locais, os numerados de 1 a 8,
assinalados na figura 4.5, foram indicados pela empresa construtora, sendo representativos
das zonas residenciais circundantes da zona de trabalhos onde alguns habitantes vinham a
manifestar a sensação de incomodidade e de algum receio pela segurança das suas
habitações. A inclusão dos locais restantes foi definida pelo LNEC, no decurso dos trabalhos,
tendo como objectivo a criação de uma malha que abrangesse o maior número possível de
pontos susceptíveis da influência das vibrações decorrentes das detonações. Os locais
incluídos neste segundo conjunto foram identificados por letras, de A a N, exceptuando-se o
identificado pela letra L, devido à alteração da programação dos trabalhos no quarto dia da
primeira campanha, 25 de Setembro, facto que obrigou à reformulação dos locais de medição
previstos.
Tal como é do domínio público, entre aqueles dois períodos e a terceira campanha, verificaramse, por razões legais, três interrupções nos trabalhos de abertura dos túneis. Apesar disso, um
ano depois, as frentes de escavação registavam um progresso de algumas centenas de
metros, face ao período de medições anterior, pelo que se considerou já não ser justificável
proceder a novos registos de vibrações junto a edifícios. Em sua substituição, procuraram-se,
para instalação dos geofones, afloramentos rochosos o mais próximo da vertical das frentes de
trabalho (túnel norte e túnel sul), com o objectivo do registo das vibrações à menor distância
possível da sua fonte (Figura 4.6).
Figura 4.6- Esquerda – preparação do afloramento rochoso no local T1, para instalação do geofone. Direita - local de
registo T6
O critério usado na selecção dos locais respeitantes à terceira campanha, T1 a T7, baseou-se
na procura de afloramentos rochosos à menor distância possível das frentes de escavação e,
nos casos dos pontos T3 e T4, de cada um dos lados da linha de água identificada na figura
4.7, com o objectivo de reproduzir as condições verificadas entre a primeira e a segunda
campanha (surgimento de uma falha geológica). A escolha deste local decorreu da
amplificação dos níveis de vibração na segunda campanha, face à primeira, apesar da redução
74
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
da carga máxima instantânea, fenómeno a investigar no decurso dos trabalhos da terceira
campanha.
Com o propósito de identificar eventuais fenómenos de amplificação em altura, foram
colocados, nas edificações 1 e 2, geofones em diferentes pisos para registo simultâneo da
mesma acção vibratória. No edifício 1 procedeu-se à instalação dos geofones nos seus três
pisos: um no primeiro andar e outro no rés-do-chão, ambos na mesma prumada; o terceiro, na
cave, foi colocado junto a um pilar, pela impossibilidade de acesso ao local na prumada dos
outros dois geofones.
Na habitação correspondente ao local 7 foram escolhidos dois pontos de registo para
instalação dos geofones, sendo que o objectivo era o da colocação do segundo geofone numa
habitação vizinha, a uma distância maior da detonação. Porém, devido à necessidade da
alteração do programa de medições motivado pelo adiamento de uma pega de fogo, o
comprimento dos cabos do sismógrafo aí instalado não o permitiu, optando-se pela sua
colocação na soleira da garagem e num afloramento rochoso próximo.
No local 8, pela impossibilidade da instalação de um dos geofones na soleira da porta da
habitação optou-se, na primeira acção impulsiva, ocorrida em 26/09/09, por instalá-lo na sapata
de fundação de um anexo e o segundo, na sapata do portão de entrada da propriedade, a uma
cota superior. Nas restantes medições, realizadas a 27/09/09 e 28/10/09, o segundo geofone
foi colocado num afloramento rochoso, junto ao portão de entrada, mantendo-se o primeiro no
mesmo local da primeira medição.
No local 3, o segundo geofone foi instalado no cruzeiro existente na intersecção de arruamento
local com a Estrada Nacional 15 (local I), constatando-se neste último que as vibrações
provocadas pela passagem dos camiões de transporte dos materiais provenientes da
escavação dos túneis, sobre um remendo no pavimento, faziam actuar o sismógrafo. Por este
motivo, o ponto de registo foi deslocado para o local O. Foram ainda registadas as vibrações
induzidas pelos camiões junto à casa N.
4.6. Resultados obtidos
No Anexo I, “Valores de vibração medidos e calculados”, relativos às três campanhas, são
apresentados os resultados da velocidade de vibração das partículas do solo, segundo as
componentes longitudinal (direcção fonte-receptor – 0 L), vertical (0 V) e transversal (direcção
transversal a L, no mesmo plano horizontal – 0 T) e correspondente resultante (0 R= (0 L2 + 0 T2 +
0 V2))1/2, expressos em mm/s, e as frequências de vibração associadas, em Hz.
75
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Na Tabela 4.2 apresentam-se alguns dos valores registados pela circulação de viaturas e
pessoas junto a diversos locais. A análise comparada desta tabela com os resultados
apresentados no Anexo I permite verificar que a gama de velocidades de vibração devidas ao
trânsito rodoviário apresenta, na generalidade das leituras, a mesma ordem de grandeza das
originadas pelo uso de explosivos na obra.
Tabela 4.2– Valores da vibração ambiente gerada pela circulação de viaturas, ou pessoas, próximo dos locais de
monitorização 1, 2, 8, I, N, O e P
Data
Hora
Velocidade de vibração (mm/s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
vR (2)
(Hz)
T
23-Set-09
24-Set-09
25-Set-09
26-Set-09
28-Out-09
(1)
V
(1)
0,111
0,222
0,079
0,233
11,7
2,38
9,13
20:26
0,064
0,159
0,064
0,159
49,3
26,1
2,88
0,111
0,127
0,079
0,144
29,1
2,56
29
0,079
0,079
0,048
0,093
2,38
2
2,75
7:40
0,403
0,328
0,254
0,432
10
7:44
0,313
0,358
0,313
0,447
18
7:45
0,194
0,194
0,179
0,209
---
7:46
1,148
1,551
1,417
1,625
17
7:48
0,203
0,567
0,418
0,596
---
7:49
< 0,075
0,089
< 0,075
0,104
---
7:00
0,268
0,149
0,164
0,268
17
7:30
0,403
0,224
< 0,075
0,403
22
7:46
0,641
0,179
0,388
0,656
13
8:00
0,462
0,164
0,209
0,462
20
9:03
0,179
< 0,075 < 0,075
0,194
17
10:21
0,194
< 0,075 < 0,075
0,194
V (1)
L(1)
0,079
0,143
0,111
0,153
2,38
25,1
25,3
7:21
0,079
0,159
0,111
0,165
2,13
23,5
24,2
7:41
0,079
0,175
0,079
0,175
2
29,6
2
< 0,075 < 0,075 < 0,075
0,119 0,149 0,089
0,089
0,164
(1) L - Direcção Fonte - Receptor
Habitação (local 1)
Circulação de pessoas
Restaurante (local 2)
Circulação de pessoas
Cruzeiro existente no entroncamento da
R. N. Senhora dos Remédios com a E.N. 15
(local I)
Circulação de camiões
Habitação (local O)
Circulação de camiões
Habitação (local N)
Circulação de camiões
Habitação (local 8)
Garagem (local P)
Circulação viatura ligeira
Circulação de autocarro
18
7:20
19:21
7:20
Observ.
L
20:03
19:48
Local de registo
(1)
T (1)
58
23
(2) v R=(v L2+v V2+v T 2)1/2
V - Direcção Vertical
T - Direcção Transversal a L
Em dois dos locais de registo, casa 1 e casa 6, relativamente próximas da fonte, os valores
medidos situaram-se na vizinhança dos limites de actuação dos aparelhos, pelo que se optou
por não efectuar registos nas restantes habitações, mais afastadas da fonte e, por conseguinte,
com probabilidades reduzidas de qualquer registo de vibrações. O processo de monitorização
foi assim alargado a uma área mais vasta que não incluísse apenas as habitações cujos
proprietários tinham apresentado reclamações junto da construtora.
Após a consulta aos planos de fogo monitorizados na primeira campanha, verificou-se que a
carga máxima instantânea utilizada no túnel sul era de cerca de metade da empregue no túnel
norte quer na Abóbada, quer na Destroça. Considerando que a escavação do túnel norte se
aproximava da povoação de Viariz da Poça, o LNEC propôs à empresa construtora a
realização de uma campanha de medições complementar, com o objectivo de registar as
vibrações induzidas pelos trabalhos de escavação deste túnel. A análise dos diagramas de
fogo permitiu ainda verificar que, se a carga máxima instantânea fosse reduzida, os níveis das
76
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
vibrações ocorrentes, teoricamente, seriam menores e, com isso, o incómodo causado aos
habitantes.
Estas indicações tiveram boa receptividade junto da construtora e conduziram, após a
modificação dos diagramas de fogo, à realização de uma segunda campanha de medições nos
dias 27 e 28 de Outubro de 2009.
No decurso desta campanha os trabalhos viriam a ser prejudicados pela realização de uma
sondagem geológica de avanço no túnel norte e por uma avaria no equipamento de perfuração
no túnel sul, pelo que só foi possível o registo das vibrações na manhã do dia 28. Segundo
informação dos responsáveis pela produção nesta frente da obra, com esta sondagem foi
identificada uma zona de falha. Na Tabela 4.3 indicam-se os registos das medições efectuadas
nos locais monitorizados no decurso das duas primeiras campanhas.
Tabela 4.3 – Valores registados e calculados em cada um dos locais de medição das vibrações nas duas
campanhas de 2009, dispostos por ordem cronológica de registo*
2ª Campanha - Outubro 2009
1ª Campanha - Setembro 2009
Cam panhas
Distância Fonte - Velocidade de
Recepção
vibração medida
Túnel
Data e hora
Recepção
Local
Norte
22/09 às 19:48
A
363,8
0,552
Norte
22/09 às 19:48
1a
428,4
0,268
Sul
23/09 às 07:40
6
393,6
0,089
Sul
23/09 às 07:40
5
488,6
0,104
Sul
23/09 às 07:40
C
286,3
0,381
Sul
23/09 às 07:40
B
235,7
0,898
Sul
23/09 às 13:57
C
254
0,222
D (m )
vR (mm /s)
Sul
23/09 às 13:57
D
214,4
0,287
Norte
23/09 às 19:10
6
364,2
0,089
Norte
23/09 às 19:10
1b
277,9
0,221
Norte
23/09 às 19:10
1c
277,3
0,194
Norte
23/09 às 22:20
1b
432,5
0,792
Norte
23/09 às 22:20
1c
432,1
0,228
Sul
24/09 às 07:39
1a
310,7
0,209
Sul
24/09 às 07:39
6
396,4
0,104
Sul
24/09 às 07:39
1b
311
0,608
Sul
24/09 às 07:39
1c
310,5
0,128
Norte
24/09 às 22:19
F
597,6
0,164
Norte
24/09 às 22:19
2a
630,6
0,162
Norte
24/09 às 22:19
2b
629,6
0,098
Sul
25/09 às 07:43
I
745,4
0,164
Sul
26/09 às 08:13
O
728,9
0,164
Sul
26/09 às 08:13
H
380,5
0,537
Sul
26/09 às 08:13
N
426,1
0,226
Norte
26/09 às 10:19
O
872,1
0,164
Sul
26/09 às 19:44
8a
433,7
0,567
Sul
26/09 às 19:44
8b
452,9
0,224
Sul
27/09 às 07:52
M
408,2
0,224
Sul
27/09 às 07:52
P
446,2
0,328
Sul
28/10 às 07:55
8b
384,9
0,671
Sul
28/10 às 07:55
P
425,5
0,298
Sul
28/10 às 07:55
Mb
373,7
0,270
Sul
28/10 às 07:55
8c
363,8
0,449
Norte
28/10 às 08:02
8b
337
0,477
Norte
28/10 às 08:02
P
420,9
0,254
Norte
28/10 às 08:02
Mb
344,7
0,240
Norte
28/10 às 08:02
8c
326
0,553
* foram retirados da tabela os pontos onde a velocidade de vibração registada ficou aquém dos valores mínimos de
actuação dos sismógrafos, os quais constam no Anexo I – “Valores de vibração medidos e calculados”
77
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Nos trabalhos desta segunda campanha, levados a cabo, tal como havia sido sugerido, apenas
em Viariz da Poça, optou-se pela instalação do sismógrafo mais sensível (Sinco S-6) no local
mais próximo da casa 8 (soleira do anexo) e, no local mais afastado (P), na soleira da
garagem, onde, teoricamente, a vibração registada seria menor. Procedeu-se ainda à alteração
do local de registo na casa M, deslocando o geofone do portão de entrada na propriedade para
o patamar da entrada principal da habitação.
4.7. Interpretação dos resultados obtidos
Na primeira campanha de medições, em Setembro de 2009, os valores mais elevados das
velocidades de vibração foram registados no local de referência, ponto A, plataforma exterior
junto à habitação onde estava contratualmente estabelecido com a EPOS efectuar os registos
sistemáticos em cada pega de fogo. Na fase inicial dos trabalhos era este o local mais próximo
da frente de avanço das escavações, se bem que as condições de solidarização da estrutura
monitorizada com a fundação não fossem as mais adequadas, o que poderá ter desvirtuado,
de certo modo, os valores da velocidade de vibração aí medidos. Devido a este facto, numa
solicitação posterior, instalou-se o geofone no ponto B, fronteiro a A.
Nas habitações, os valores mais significativos ocorreram na casa 1 e na casa 8, esta última na
segunda campanha. Na casa 1, verificou-se existir um fenómeno de amplificação para os pisos
superiores, conforme evidenciado nos registos. Como foi referido anteriormente, neste local
foram feitas leituras na cave, (1c), rés-do-chão, (1a), e 1º andar, (1b).
Na casa 8, constatou-se existir entre as duas primeiras campanhas, por comparação das
detonações de um mesmo túnel, um aumento do nível vibratório, pese embora a redução da
carga máxima instantânea adoptada na implementação do plano de fogo modificado.
No túnel norte, assistiu-se a um acréscimo na carga total de explosivos do plano de fogo da
campanha inicial para o da segunda, mas a uma redução para metade na carga máxima
instantânea. A previsão da ocorrência de níveis vibratórios mais elevados resultantes dos
desmontes do túnel norte, atendendo à sua proximidade à casa 8, comparativamente com os
do túnel sul, não se verificou.
Os trabalhos efectuados nas duas primeiras campanhas de medição permitiram concluir, com
os dados então disponíveis, através da aplicação da NP 2074, pela insuficiência dos níveis de
vibração registados quanto a potenciais danos de carácter estrutural nas edificações
monitorizadas (equação 4.1).
78
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Verifica-se que as velocidades de vibração medidas em 2010, em cada um dos 7 pontos
seleccionados (T1 a T7) são, na sua generalidade, substancialmente mais elevadas do que as
obtidas nas duas campanhas anteriores, havendo a destacar particularmente o ponto T3, no
qual foram registados seis eventos (Tabela 4.4). A localização deste ponto, relativamente às
frentes de escavação dos túneis, cerca de 200 m ao túnel sul, e cerca de 260 m ao túnel norte,
é, exceptuando o ponto T2, que distava, à data, 150 m do túnel sul, a que apresenta a menor
distância entre a fonte das vibrações e o local de recepção.
Tabela 4.4 - Valores registados e calculados em cada um dos 7 locais de medição das vibrações na campanha de
2010
3ª Campanha - Setembro 2010
Túnel
Data e hora
Recepção
Local
Distância Fonte - Velocidade de
Recepção
vibração m edida
D (m )
vR (mm/s)
Sul
21/09 às 18:20:34
T1
440,1
0,476
Sul
21/09 às 18:20:40
T1
440,1
0,288
Sul
22/09 às 10:22:33
T2
150,6
2,690
Sul
22/09 às 10:22:38
T2
150,6
1,760
Norte
23/9 às 00:05:51
T3
261,4
5,383
Sul
23/9 às 01:59:59
T3
191,5
> 7,5
Sul
23/9 às 01:59:59
T4
181,0
4,235
Norte
23/9 às 00:05:51
T4
278,8
0,731
Norte
23/09 às 00:08:35
T5
250,1
1,060
Norte
23/09 às 00:08:40
T5
250,1
0,591
Sul
23/09 às 02:02:42
T5
338,2
1,550
Sul
23/09 às 02:02:47
T5
338,2
0,721
Norte
23/09 às 16:45:41
T3
264,8
6,310
Norte
23/09 às 16:45:46
T3
264,8
2,420
Sul
23/09 às 18:01:19
T3
193,4
8,610
Sul
23/09 às 18:01:25
T3
193,4
5,760
Norte
23/9 às 16:43:02
T6
242,2
2,090
Norte
23/9 às 16:43:02
T7
194,3
2,980
Na Figura 4.7 - Identificação dos locais de realização dos trabalhos no decurso das três campanhasidentificamse os 7 locais onde foram instalados os geofones para medição das vibrações, assim como os
perfis de prospecção geofísica. Visando o enquadramento de todos os trabalhos realizados nas
três campanhas, reproduzem-se também os 23 locais monitorizados nas duas primeiras
campanhas.
79
Figura 4.7 - Identificação dos locais de realização dos trabalhos no decurso das três campanhas
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
80
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Com o equipamento Minimate foi possível obter em 2010 dois registos em cada desmonte,
devido ao facto de a janela de tempo utilizada para recepção das vibrações ser inferior à
duração total do conjunto de disparos que constituem cada desmonte, para além de o nível de
vibração ser superior ao nível de actuação programado no aparelho. Os planos de fogo foram
iguais, em qualquer dos desmontes monitorizados, sendo a carga máxima instantânea de
43,63 kg aos 500 ms, para um total de 704,51 kg de explosivo distribuído por 147 furos (Anexo
IV).
Alguns exemplos dos registos de vibração obtidos, de ambos os sismógrafos, constam nos
Anexos V e VI.
Um dos objectivos da terceira campanha era verificar em que medida a existência de uma zona
de falha, detectada na frente de trabalho à data da segunda campanha, poderia conduzir à
existência de uma direcção preferencial de propagação das vibrações. Recorda-se que, entre a
primeira e a segunda campanha, se assistiu a um aumento do nível vibratório junto ao local 8,
ainda que, nesta última, tenha havido uma alteração no plano de fogo com vista a reduzir a
carga máxima instantânea (Anexos II e III), o que, à luz dos elementos então disponíveis,
poderia ficar a dever-se à presença daquele acidente geológico.
Para avaliar aquela hipótese, na terceira campanha, procedeu-se ao registo das vibrações em
cada uma das vertentes que formam entre si uma linha de água acentuada, pontos T3 e T4
(Figura 4.8 e Figura 4.9), investigando-se se as incidências geológicas que estiveram na sua
génese poderiam, de algum modo, ser a causa da alteração do nível de vibrações. Foram
efectuados registos com ambos os sismógrafos (Minimate e Sinco-6) em diferentes locais, para
acções impulsivas distintas, alternando-se a posição dos dois equipamentos (pontos T3, T4 e
T5, em dois desmontes, e T3, T6 e T7, num outro desmonte) para confirmar o fenómeno da
amplificação do nível vibratório nestes locais, especialmente notório no ponto T3,
comparativamente aos pontos T1 e T2.
Figura 4.8 – Vista geral da linha de água entre as duas vertentes (orientação NE-SW)
81
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Figura 4.9 – Esquerda - Vista geral da linha de água entre as duas vertentes (orientação SW–NE). Direita –
Instalação do geofone no local T3
A partir destes resultados, e para uma leitura mais simples dos valores obtidos, foi produzido
um mapa de velocidades de vibração com os valores máximos registados em cada local,
independentemente da fonte (Figura 4.10).
179300
P
Mb
8b8a
8c M
179200
5
6
N F 2b
2a
H
1b
1a
1c
BAD C
179100
O
179000
I
178900
178800
21600
21700
21800
21900
22000
0.1
0.2
22100
22200
22300
22400
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Velocidade de vibração (mm/s)
22500
22600
22700
22800
0.8
179400
P
Mb
M
8b
8a
8c
179200
5
1b
1a
1c
BA C
D
6
N F 2b
2a
H
O
179000
I
T3
T1
T4
178800
T6
T5
178600
21000
T7
21200
T2
21400
21600
21800
22000
22200
22400
22600
22800
Legenda
Explosões da campanha inicial
0.5
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
Velocidade de vibração (mm/s)
7.5
Explosões da campanha complementar
Explosões da campanha de 2010
Figura 4.10 – Mapas da velocidade de vibração das campanhas de 2009 (topo) e do conjunto das três campanhas
(baixo); encontram-se assinalados a negro (marcas +) os locais de registo de vibrações considerados para a
elaboração do mapa).
82
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Estes mapas deverão ser interpretados tendo em conta que as medições não foram realizadas
simultaneamente em todos os pontos, pelo que a sua origem é diversa, sendo que as
vibrações registadas eram provenientes de desmontes em ambos os túneis, encontrando-se o
avanço da frente sul cerca de 100 m mais próximo do emboquilhamento do túnel.
É especialmente evidente nas duas primeiras campanhas, figura de topo, que, com o
afastamento dos locais de registo à fonte, se assistiu à redução progressiva do nível vibratório.
Assinala-se também que, pelo facto dos locais seleccionados para a medição de vibrações na
campanha de 2010 (Anexo I) se situarem sobre os túneis, os valores mais elevados de cada
disparo foram registados na componente vertical, contrariamente ao que havia sucedido nas
duas anteriores, onde as componentes longitudinal e transversal apresentaram, na
generalidade, os valores mais altos. Essa constatação pode ser confirmada, por exemplo, na
Tabela 4.5, relativa aos resultados obtidos na campanha de Outubro de 2009. Verificou-se, a
partir dos dados obtidos, que, para distâncias idênticas, em 2009 e em 2010, os valores de
vibração são igualmente idênticos.
Tabela 4.5 – Valores medidos e calculados em Outubro de 2009
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
Velocidade de vibração (m m/s)
Freq. dominante
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m )
T (1)
V (1)
L(1)
vR (2)
(Hz)
21.880,63 178.846,98 780,40
8b
21.669,71
179.167,70
808,20
384,9
0,522
0,447
0,626
0,671
68
21.880,63 178.846,98 780,40
P
21.789,17
179.262,30
793,94
425,5
0,239
0,194
0,298
0,298
X
Y
Z
28/10/2009 - 07:55
40
T
(1)
V
(1)
L
(1)
21.880,63 178.846,98 780,40
Mb
21.723,75
179.184,73
812,02
373,7
0,175
0,190
0,222
0,270
13,1
12,8 12,3
21.880,63 178.846,98 780,40
8c
21.703,73
179.163,19
813,02
363,8
0,429
0,444
0,206
0,449
77,8
53,6 9,38
21.755,18 178.843,04 778,92
8b
21.669,71
179.167,70
808,20
337,0
0,403
0,283
0,403
0,477
---
21.755,18 178.843,04 778,92
P
21.789,17
179.262,30
793,94
420,9
0,209
0,194
0,239
0,254
51
21.755,18 178.843,04 778,92
Mb
21.723,75
179.184,73
812,02
344,7
0,175
0,222
0,222
0,240
13,2
42,1 13,9
21.755,18 178.843,04 778,92
8c
21.703,73
179.163,19
813,02
326,0
0,365
0,317
0,540
0,553
85,4
53,6 19,7
28/10/2009 - 08:02
T
(1) L - Direcção Fonte - Receptor
(1)
V
(1)
L
(1)
(2) v R=(v L2+v V2+v T 2) 1/2
V - Direcção Vertical
T - Direcção Transversal a L
4.8. Propriedades dinâmicas dos terrenos
Tendo em vista a caracterização dinâmica dos terrenos junto às habitações monitorizadas,
foram executados cinco perfis de refracção sísmica com uma extensão unitária de 46 m,
materializados com 24 geofones e 5 posições de “tiro”. Como fonte geradora da onda sísmica
de compressão foi usada uma marreta com uma massa de 5 kg.
Nas figuras seguintes apresentam-se alguns registos fotográficos da execução dos perfis de
refracção sísmica.
83
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
8b
8a
P
8c
Figura 4.11 - Esquerda – Perfil PS3 (vista de NE para SW). Direita - Perfil PS4 (vista de SW para NE). Assinalam-se os
locais de registo de vibrações nas campanhas anteriores
C
C
A
B
D
E
Figura 4.12– A – Alinhamento do perfil PS3. B – Casa 8, junto ao perfil PS3 (Viariz da Poça). C – Trabalhos
preparatórios para a realização do perfil PS5. D – Captação das ondas sísmicas no perfil PS5. E - Leitura das
coordenadas topográficas no extremo oeste do perfil PS5
84
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Executou-se ainda um perfil de resistividade eléctrica entre os locais T3 e T4 e a casa 8,
atravessando a linha de água, para averiguar a homogeneidade, ou a heterogeneidade, do
maciço rochoso na zona (Figura 4.13 e Figura 4.14).
Figura 4.13- Vista geral do perfil de resistividade
Figura 4.14 - Esquerda -Vista do perfil de resistividade na zona da linha de água. Direita – Montagem do
equipamento
Nas figuras seguintes, apresentam-se os modelos obtidos para os perfis de refracção sísmica.
Atendendo a que, na norma portuguesa NP-2074, a velocidade de propagação das ondas de
compressão tem por fronteiras os valores de 1 000 m/s e de 2 000 m/s, destacam-se, em cada
modelo, as isolinhas correspondentes. Em cada perfil encontram-se representadas as edificações
vizinhas, nas quais se procedeu à monitorização de vibrações nas campanhas anteriores.
85
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
W
E
-5
0
5
10
1
15
20
25
30
35
SE
1
Distância ao início do perfil (m)
40
NW
Distância ao início do perfil (m)
45
-5
50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1
2
2
3
4
3
854
5
4
5
800
852
Cota (m)
Cota (m)
795
790
850
848
846
785
844
780
10 iterações com erro RMS=2.7 %
10 iterações com erro RMS= 2.2 %
1000
2000
3000
4000
1000
5000
2000
3000
4000
5000
Velocidade (m/s)
Velocidade (m/s)
Figura 4.15 - Modelos para os perfis de refracção sísmica PS1 (esquerda) e PS2 (direita)
SW 8a
-5
0
5
NE
Distância ao início do perfil (m)
10
1
15
20
25
30
35
40
45
M SW
-5
50
0
P NE
Distância ao início do perfil (m)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1
2
3
4
5
800
2
810
3
4
805
5
Cota (m)
Cota (m)
795
790
800
795
785
10 iterações com erro RMS = 1.9 %
1000
2000
3000
4000
10 iterações com erro RMS = 2.4 %
1000
5000
2000
3000
4000
Velocidade (m/s)
Velocidade (m/s)
Figura 4.16 - Modelos para os perfis de refracção sísmica PS3 (esquerda) e PS4 (direita)
SW N
-5
0
10
15
20
25
30
35
NE
F
Distância ao início do perfil (m)
5
40
45
50
1
796
2
3
4
5
Cota (m)
794
792
790
788
10 iterações com erro RMS = 1.3 %
1000
2000
3000
4000
5000
Velocidade (m/s)
Figura 4.17 - Modelo para o perfil de refracção sísmica PS5
86
5000
50
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Nas duas primeiras campanhas, desconhecendo-se as velocidades de propagação das ondas
sísmicas nos terrenos de fundação dos edifícios monitorizados, considerou-se, para aplicação
da norma portuguesa, que estes se encontravam fundados em rochas e solos coerentes rijos.
Da conjugação das condições de fundação dos edifícios e das respectivas características
construtivas, e considerando a realização de mais de três pegas de fogo diárias (γ= 0,7), os
valores, para cada litologia, são os constantes na Tabela 4.6.
Tabela 4.6 – Valores limite da velocidade de vibração, de acordo com a norma NP 2074, em função do terreno de
fundação considerado para cada local e das características do edificado (mais de três detonações diárias)
α
Rochas e solos coerentes rijos
(0 > 2000 m/s)
Solos coerentes muito duros
(1000 m/s < 0 < 2000 m/s)
Solos incoerentes soltos
(0 < 1000 m/s)
VL
(mm/s)
β
Construções frágeis/fraca qualidade
0,5
7
1
14
0,5
3,5
1
7
0,5
1,75
1
3,5
2
Construções correntes
Construções frágeis/fraca qualidade
1
Construções correntes
Construções frágeis/fraca qualidade
0,5
Construções correntes
Verifica-se que, para aquele tipo de terrenos, e independentemente do tipo de construções, os
valores da velocidade de vibração medidos em qualquer um dos locais monitorizados (Tabela
4.3) ficaram muito aquém dos máximos legais.
Na figura seguinte, apresentam-se os modelos obtidos para o perfil de resistividade eléctrica. O
perfil foi executado com dois dispositivos - Wenner e dipolo-dipolo. Optou-se pela utilização destes
dois dispositivos devido ao facto de o primeiro ser menos sensível a elevadas resistências de
contacto, o que pode gerar elevados erros de leitura e consequentes erros de processamento,
enquanto o segundo é mais sensível a variações laterais da resistividade, i.e., estruturas verticais.
NW
SE
Figura 4.18 - Modelos obtidos para o perfil de resistividade eléctrica executado, com os dispositivos de Wenner (em
cima) e dipolo-dipolo (em baixo)
87
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
4.9. Análise dos resultados e conclusões
A análise dos trabalhos realizados, pese embora com algumas limitações, às quais se fez
alusão anteriormente, permite várias conclusões, das quais se salientam as seguintes:
Os valores de vibração obtidos na terceira campanha foram, na sua grande maioria, mais
elevados do que os registados nas duas primeiras. Esta realidade ficará a dever-se à
conjugação dos seguintes factores:
Instalação dos geofones em afloramentos rochosos, por conseguinte, mais propícios
à propagação das vibrações pelas ondas sísmicas;
Menores distâncias fonte – recepção.
A análise dos perfis de refracção (Figuras 4.15 a 4.17) evidencia que as habitações se
encontram fundadas em terrenos com velocidades de propagação das ondas de compressão
inferiores a 1000 m/s, pelo que o coeficiente , da equação 2.19, assume o valor 0,5. Nestas
circunstâncias, e considerando que estamos em presença de construções frágeis/de fraca
qualidade (situação mais desfavorável prevista na norma), o coeficiente toma o valor 0,5,
submetidas a mais de três solicitações diárias (em cada desmonte são gerados múltiplos
impulsos, um por retardo) donde, 0,7. Teremos, assim, pela aplicação da NP 2074, que o
valor da velocidade de vibração, a partir do qual pode ocorrer fendilhação, é de 1,75 mm/s:
VL= 0,5 x 0,5 x 0,7 (cm s-1)= 1,75 mm s-1
(4.1)
Este valor é o mais restritivo para as condições presentes no local e não foi alcançado no
decurso das duas primeiras campanhas, aquando da monitorização das habitações (Tabela 4.3
e Figura 4.19).
Embora a componente da frequência vibratória não esteja contemplada na norma portuguesa,
à luz da regulamentação internacional, os valores conjugados da velocidade de vibração das
partículas com a respectiva frequência encontram-se, também nesta perspectiva, abaixo dos
valores mais restritivos.
No local onde foi instalado o ponto de registo T1, no extremo NW do perfil PS2, onde a
velocidade de propagação excede os 2000 m/s, registou-se uma velocidade vibratória de
0,476 mm/s, valor da mesma ordem de grandeza dos registados junto às habitações, cujas
distâncias aos desmontes então monitorizados são idênticas à distância entre o ponto T1 e o
desmonte correspondente. Se as habitações se encontrassem fundadas em afloramento
rochoso com as mesmas características deste local, segundo a norma portuguesa, o limite da
88
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
velocidade de vibração, a partir do qual pode ocorrer fendilhação, é de 7 mm/s (o coeficiente toma o valor 2 – rochas e solos coerentes rijos, 0 † 2000 m/s, mantendo-se os valores de e
de da equação 4.1 (Figura 4.19).
VL= 2,0 x 0,5 x 0,7 (cm s-1)= 7 mm s-1
(4.2)
10
9
Velocidades de vibração (mm/s)
8
7
6
5
4
W= 27,79 Kg (1ª Camp.)
3
W= 49,50 Kg (1ª Camp., reb.)
W= 59,29 Kg (1ª Camp.)
2
W= 29,17 Kg (2ª Camp., reb.)
1
W= 46,67 Kg (3ª Camp.)
NP 2074 (1ª Camp. + 2ª Camp.)
0
A 1a 6
5
C
B
D 1b 1c
F 2a 2b
I
O
H
N 8a 8b M
P Ma 8c T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
NP 2074 (3ª Camp.)
Locais
Figura 4.19 - Velocidades de vibração medidas nas três campanhas
Verifica-se, por conseguinte, que os valores de vibração mais expressivos desta campanha,
ficam ainda muito aquém do valor regulamentar e, nessa medida, insuficientes para provocar
quaisquer danos estruturais nas construções. Embora se tivesse atingido o valor de 8,61 mm/s,
superior aos 7 mm/s da norma, num dos eventos registados no ponto T3, não havia quaisquer
possibilidades de infligir danos a edificações, visto que se trata de uma zona inabitada.
Nos modelos de resistividade eléctrica obtidos, salienta-se a presença de uma descontinuidade
de baixa resistividade no local correspondente à linha de água, situada no extremo NW até
cerca da coordenada 15 m. Em termos geoeléctricos, esta zona caracteriza-se por uma
resistividade eléctrica inferior a 1 000 ohm.m, num maciço encaixante que apresenta
resistividades superiores a 30 000 ohm.m. Estes valores são típicos de meios com teor em
água muito reduzido, caso dos maciços rochosos pouco fracturados e/ou com uma direcção de
fracturação normal ao perfil. As características da região compreendida entre as coordenadas
80 e 100 m – cerca de 1/3 do meio encaixante – indiciam que poderá corresponder a uma zona
de fracturação do maciço com provável alinhamento com o perfil.
89
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Outra particularidade está relacionada com a anomalia geofísica, identificada com o perfil de
resistividade eléctrica, que pode estar associada a uma descontinuidade geológica
correspondente à linha de água. Os pontos de registo T3 e T4 situam-se, cada um deles, de
um dos lados da linha de água atravessada pelo perfil de resistividade eléctrica, T3 no lado
oeste (W) e T4 no lado este (E). No túnel norte, os desmontes foram realizados a W da linha de
água. No túnel sul, os desmontes encontravam-se na vertical do início da linha de água.
Verificou-se que, independentemente dos locais de desmonte – túnel norte ou túnel sul -, os
níveis de vibração medidos em T3 foram sempre expressivamente superiores aos registados
em T4, factos que permitem concluir que, naquela eventualidade, a referida descontinuidade
geológica teria influência nas vibrações registadas nestes dois pontos, funcionando como
barreira à propagação das vibrações para T4 e ampliando a propagação para T3. Esta
conclusão vem corroborar o facto de na segunda campanha de 2009, com metade da carga
instantânea relativamente à primeira (ver Anexos II e III), se ter registado um valor de vibração
superior junto ao local 8 (habitação em Viariz da Poça).
4.10. Leis de propagação de vibrações
Com os dados obtidos nos trabalhos precedentes, e através do conhecimento das distâncias
entre os pontos de detonação (desmontes) e os pontos de monitorização (habitações e outros),
e ainda das cargas máximas instantâneas, procurou-se obter uma expressão que traduzisse o
modo de propagação das vibrações no local. A lei de propagação de vibrações, função das
variáveis distância e carga explosiva máxima instantânea, permite caracterizar globalmente as
vibrações típicas associadas às detonações.
De entre as várias expressões referidas na literatura por diversos investigadores, foi usada uma
expressão equivalente à apresentada no Capítulo 2 (equação 2.10), de Ambraseys- Hendron
J
XY
(1968), e que aqui se recorda: 0 >]]0 W :L [/\ ;
, em que ! é a distância entre o ponto de
detonação e o ponto de recepção e, W e Z, constantes típicas do local.
O objectivo centrou-se na obtenção da lei de propagação mais ajustada ao meio através da
relação entre a velocidade máxima de vibração das partículas do solo com o coeficiente
daquela equação.
J
L [/\
No caso em análise (estruturas implantadas à superfície), e a propósito do controlo da carga de
explosivo, procurou-se caracterizar as vibrações na área em estudo e, simultaneamente,
estabelecer uma equação de vibração a partir das medições efectuadas nos diferentes locais.
90
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
A Metodologia utilizada no processo foi a seguinte:
Organização de base de dados de registo das vibrações originadas pelos desmontes
relativos às três campanhas de medição realizadas (Tabela 4.7);
Desta tabela foram retirados os registos anómalos, ou seja, os das vibrações
ambientais causadas pela circulação de tráfego. No total, foram efectuados 54 registos
de eventos em 30 locais distintos;
A base de dados encontra-se organizada matricialmente: as linhas correspondem aos
sucessivos eventos e as colunas às diferentes variáveis, de acordo com a seguinte
disposição:
1ª coluna: número de ordem da campanha;
2ª coluna: local de registo;
3ª coluna: distância entre a fonte das vibrações
monitorização, !;
e o local de
4ª coluna: carga máxima instantânea, 5, cujos valores provêm dos
respectivos diagramas de fogo;
5ª coluna: quociente
J
L [/\
da equação de Ambraseys-Hendron;
6ª coluna: velocidade de vibração resultante medida, 02 .
Tabela 4.7 - Valores registados e calculados em cada um dos 30 locais de medição de vibrações
1ª Campanha - Setembro 2009
Local
Dis tância Fonte Re ce pção
Carga
m áxim a
ins tantâne a
Quocie nte (D/W 1/3) da
equação de Am bras e ysHe ndron
Velocidade de
vibração m e dida
D (m )
(W) kg
A
363,8
59,29
18,407
vR (m m /s)
1a
428,4
59,29
21,677
0,268
6
393,6
27,79
42,489
0,089
0,104
0,552
5
488,6
27,79
52,746
C
286,3
27,79
30,907
0,381
B
235,7
27,79
25,439
0,898
C
254,0
49,50
15,395
0,222
D
214,4
49,50
12,995
0,287
6
364,2
49,50
22,074
0,089
1b
277,9
49,50
16,842
0,221
1c
277,3
49,50
16,806
0,194
1b
432,5
59,29
21,882
0,792
1c
432,1
59,29
21,863
0,228
1a
310,7
27,79
33,544
0,209
6
396,4
27,79
42,792
0,104
1b
311,0
27,79
33,575
0,608
1c
310,5
27,79
33,517
0,128
F
597,6
59,29
30,237
0,164
2a
630,6
59,29
31,908
0,162
2b
629,6
59,29
31,855
0,098
I
745,4
27,79
80,471
0,164
O
728,9
27,79
78,685
0,164
H
380,5
27,79
41,078
0,537
N
426,1
27,79
45,998
0,226
O
872,1
59,29
44,126
0,164
8a
433,7
27,79
46,824
0,567
8b
452,9
27,79
48,890
0,224
M
408,2
27,79
44,071
0,224
P
446,2
27,79
48,173
0,328
91
2ª Campanha - Outubro 2009
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Local
Carga
m áxim a
instantânea
Quociente (D/W 1/3) da
equação de Am braseysHendron
Velocidade de
vibração m edida
0,671
D (m )
(W) kg
8b
384,9
29,28
39,433
P
425,5
29,28
43,596
0,298
Mb
373,7
29,28
38,294
0,270
8c
363,8
29,28
37,274
0,449
8b
337,0
29,28
34,528
0,477
P
420,9
29,28
43,125
0,254
Mb
344,7
29,28
35,320
0,240
8c
326,0
29,28
33,406
0,553
Distância Fonte Recepção
Carga
m áxim a
instantânea
Quociente (D/W 1/3) da
equação de Am braseysHendron
Velocidade de
vibração m edida
0,476
Local
3ª Campanha - Setembro 2010
Distância Fonte Recepção
vR (m m /s)
D (m )
(W) kg
T1
440,1
46,67
28,289
vR (m m /s)
T1
440,1
46,67
28,289
0,288
T2
150,6
46,67
9,679
2,690
T2
150,6
46,67
9,679
1,760
T3
261,4
46,67
16,801
5,383
T4
181,0
46,67
11,632
4,235
T4
278,8
46,67
17,924
0,731
T5
250,1
46,67
16,075
1,060
T5
250,1
46,67
16,075
0,591
T5
338,2
46,67
21,737
1,550
T5
338,2
46,67
21,737
0,721
T3
264,8
46,67
17,024
6,310
T3
264,8
46,67
17,024
2,420
T3
193,4
46,67
12,432
8,610
T3
193,4
46,67
12,432
5,760
T6
242,2
46,67
15,566
2,090
T7
194,3
46,67
12,487
2,980
No Anexo I – “Valores de vibração medidos e calculados” apresenta-se a totalidade da base de
dados, na qual, para além das variáveis anteriores, se incluem as coordenadas topográficas,
da fonte e da recepção, para cada evento, as componentes transversal, vertical e longitudinal
da velocidade de vibração, as respectivas frequências dominantes e a indicação do
equipamento de medição e registo. Uma vez conhecidos, a distância entre cada ponto de
detonação e de registo, a velocidade de vibração resultante (obtida pelos sismógrafos) e o
peso da carga de explosivo por retardo, ficaram reunidas as condições necessárias à
determinação da lei de propagação de vibrações mais adequada aos terrenos locais, em
função das melhores correlações possíveis obtidas pela realização de um conjunto de
iterações.
Os dados foram objecto de processamento por análise de regressão linear, com recurso ao
programa informático Grapher, versão 4. O objectivo centrou-se na determinação da constante
‡ da equação 4.3., operação realizada pela mencionada aplicação ao longo de um processo
iterativo, com o objectivo de se encontrar a simulação conducente ao coeficiente de correlação
(R squared) mais favorável. Quanto mais próximo de 1, melhor a correlação. Foram
92
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
considerados três cenários, cada um com várias simulações, apresentadas nas secções
seguintes.
Atendendo a que as cargas máximas instantâneas dos vários diagramas de fogo apresentavam
valores relativamente próximos entre si, foram considerados, num primeiro cenário, todos os
registos de detonações (num total de 54) no conjunto das três campanhas. No segundo cenário
excluíram-se os pontos com velocidades de vibração residuais (inferiores a 0,2 mm/s) e, no
terceiro e último cenário, individualizou-se cada uma das quatro cargas máximas instantâneas.
É importante referir que o coeficiente ˆ (expoente da relação
J
)
L [/\
da equação adoptada neste
estudo, onde o numerador ‰ representa a distância entre o ponto de detonação e o de registo,
é negativo, tal como seria de esperar, já que a relação entre essa distância e a velocidade
vibratória das partículas do terreno é normalmente inversa (Capítulo 2).
4.10.1. Cenário 1 - utilização simultânea das quatro cargas máximas instantâneas
(54 pontos de registo)
Neste cenário, foram consideradas todas as detonações realizadas em ambos os túneis, norte
e sul, no decurso das três campanhas de medição de vibrações, bem como a totalidade dos
locais monitorizados (30), num total de 54 valores registados.
O conjunto de registos, respectivas distâncias fonte-receptor, cargas máximas instantâneas e
correspondentes coeficientes
J
L [/\
da equação de Ambraseys-Hendron, constam na tabela 4.7,
anteriormente apresentada. O programa Grapher permite determinar, como foi dito, através de
um processo iterativo, o parâmetro ‡ na equação seguinte, do mesmo tipo da equação 2.10.
Š . ]‹Q >Œ, Z
(4.3)
O primeiro membro, , (variável dependente) é correspondente ao daquela equação e o
segundo membro é o produto de uma constante, ‡, a determinar, por uma potência, cuja base,
Ž, representa a relação
J
L [/\
. O parâmetro a variar de modo interactivo corresponde ao
expoente ˆ da mesma equação. Do conjunto das várias iterações realizadas com o programa
Grapher, fazendo variar o expoente ˆ, foram seleccionadas seis, cujas representações gráficas
se encontram indicadas na Figura 4.20. Nesta figura está também assinalado o segmento de
recta correspondente a valores de velocidades de vibração seguindo a equação de Medvedev,
(2.11), e ainda uma “mancha” de delimitação dos valores obtidos em trabalhos realizados pelo
LNEC até 1993 (Esteves, 1993).
93
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Legenda
Área de delimitação dos
valores históricos do LNEC
velocidades de vibração segundo a equação de Medvedev
equação de Medvedev
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão
v= 121,4 (D/W1/3)-1,50
v= 233,7 (D/W1/3)-1,75
v= 16,5 (D/W1/3)-0,80
v= 440,5 (D/W1/3)-2,00
v= 301,8 (D/W1/3)-1,85
1000
v= 816,6 (D/W1/3)-2.25
100
v (mm/s)
10
1
0.1
0.01
0.1
1
10
D/W1/3
100
‰
Figura 4.20 – Leis de propagação de vibrações em função da equação u  : /;

pontos medidos
Xˆ
1000
, considerando a totalidade dos
4.10.2. Cenário 2 - utilização simultânea das quatro cargas máximas instantâneas
(42 pontos de registo)
Tendo em vista um ajuste mais preciso e, por conseguinte, a procura de uma lei de vibração
mais adequada ao meio, no presente cenário foram considerados 42 dos 54 pontos de registo
da simulação anterior, ignorando-se os doze pontos com velocidades de vibração inferiores a
0,2 mm/s, no sentido de conferir uma maior homogeneidade ao conjunto (Figura 4.21).
94
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
Legenda
Área de delimitação dos
valores históricos do LNEC
velocidades de vibração segundo a equação de Medvedev
equação de Medvedev
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão
v= 127,5 (D/W1/3)-1.50
v= 242,7 (D/(W1/3))-1,75
v= 18,4 (D/W1/3)-0.80
v= 453,4 (D/W1/3)-2,00
1000
v= 312,2 (D/W1/3)-1.85
v= 834,7 (D/W1/3)-2,25
v (mm/s)
100
10
1
0.1
0.1
1
10
D/W1/3
100
‰
1000
Xˆ
Figura 4.21 – Leis de propagação de vibrações em função da equação u  : /; , (exclusão dos doze pontos

com menores velocidades de vibração)
4.10.3. Cenário 3 - utilização individual de cada uma das quatro cargas máximas
instantâneas
Considerando que, para uma determinada quantidade de carga explosiva por retardo,
detonada num certo instante, os níveis de vibração transmitidos a uma dada distância são
definidos e correspondem a esta fonte, em cada ponto de avaliação a amplitude vibratória será
diferente, dependendo da quantidade de explosivo detonado. Este pressuposto visou a
determinação de uma lei de propagação de vibrações para cada uma das quatro cargas
máximas instantâneas.
Dinis da Gama (1998) estabelece que, para distâncias superiores a 1 000 m, a lei de
propagação deverá ser formulada a partir das ondas sísmicas resultantes da carga explosiva
total. Para distâncias inferiores, recomenda o uso da equação das ondas provenientes das
95
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
cargas detonadas por retardo. Atendendo a que os locais monitorizados neste estudo, edifícios
e outros, se localizam a distâncias, na sua generalidade, inferiores a 1 000 m, procurou-se
formular uma lei de propagação a partir das quatro cargas máximas instantâneas usadas nos
planos de fogo, adoptando a que melhor se ajuste ao meio.
Na Figura 4.22 apresentam-se os resultados da regressão linear estatística, efectuada pela
aplicação Grapher, para as cargas máximas instantâneas de 27,79 Kg, 46,67 Kg, 49,50 Kg e
59,29 Kg. Refira-se que, embora no conjunto das três campanhas de medição de vibrações,
tivesse havido planos de fogo com cinco cargas máximas instantâneas distintas (Tabela 4.7),
não foi considerada, neste cenário, a de 29,28 Kg, por ser muito próxima da carga de 27,79 Kg
e, simultaneamente, menos representativa, por corresponder apenas a oito registos, contra os
quinze obtidos com esta última.
Legenda
Área de delimitação dos
valores históricos do LNEC
equação de Medvedev
velocidades de vibração segundo a equação de Medvedev
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão (Wmáx.inst.= 27,79Kg)
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão (Wmáx.inst.= 46,67Kg)
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão (Wmáx.inst.= 49,50 Kg)
velocidades de vibração medidas no Túnel do Marão (Wmáx.inst.= 59,29 kg)
v= 87,9 (D/W1/3)-1,5 ; Wmáx.inst= 27,79 Kg
v= 152,7 (D/W1/3)-1.5; Wmáx.inst.= 46,67 Kg
v= 52,2 (D/W1/3)-2; Wmáx.inst.= 49,50 Kg
1000
v= 2962,4 (D/W1/3)-2.9; Wmáx.inst.= 59,29 Kg
100
v (mm/s)
10
1
0.1
0.01
0.1
1
10
D/W1/3
100
‰
1000
Xˆ
Figura 4.22 – Leis de propagação de vibrações em função da equação u  : /; , considerando cada carga

máxima instantânea individualmente
96
Capitulo 4 - Caso de Estudo, de análise das vibrações na construção dos túneis do Marão
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
4.11. Resultados obtidos
A Tabela 4.8 sintetiza as simulações efectuadas em cada um dos três cenários considerados,
tendo em vista a obtenção de leis de propagação de vibrações para o meio em estudo. Em
cada um daqueles cenários, as equações encontram-se dispostas por ordem crescente do
parâmetro ˆ.
Tabela 4.8 – Leis de propagação de vibrações obtidas
Nª de eventos
a
Nº de
(coeficiente
pontos de
da relação
registo
D/W)
Cenário 1:
(total dos pontos
medidos)
Cenário 2:
(exclusão dos doze
pontos com
velocidades de
vibração inferiores a
0,20 mm/s)
Cenário 3:
(individualização das
cargas máximas
instantâneas)
b
54
1/3
0,80
54
1/3
1,50
54
1/3
1,75
54
1/3
1,85
54
1/3
2,00
54
1/3
2,25
42
1/3
0,80
42
1/3
1,50
42
1/3
1,75
42
1/3
1,85
42
1/3
2,00
42
1/3
2,25
15
1/3
1,50
17
1/3
1,50
5
1/3
2,00
8
1/3
2,90
Leis de propagação
de vibrações
(Equações)
0= 16,55 (D/(W1/3)-0,80
R2
Soma
(coeficiente residual
de
de
regressão) quadrados
0,26
124,92
0,35
109,47
0,35
109,34
0,35
109,89
0,34
111,22
0,32
114,61
0= 18,37 (D/(W1/3)-0,80
0,26
114,41
0= 242,67 (D/(W1/3)-1,75
0,33
104,04
0,32
105,24
0,31
106,23
0,30
108,17
0,27
112,36
0,47
0,40
0,12
83,78
0,89
0,002
0,44
0,23
0= 121,39 (D/(W )
1/3 -1,50
0= 233,67 (D/(W )
1/3 -1,75
0=301,81 (D/(W )
1/3 -1,85
0=440,51 (D/(W1/3)-2,00
0=816,55 (D/(W )
1/3 -2,25
0= 127,55 (D(/W )
1/3 -1,50
0= 312,22 (D/(W )
1/3 -1,85
0= 453,40 (D/(W )
1/3 -2,00
0= 834,73 (D/(W1/3)-2,25
0= 87,91 (D/(W1/3)-1,50
0= 152,71 (D/(W )
1/3 -1,50
u= 52,22 (D/(W )
1/3 -2,00
0= 2962,37 (D/(W1/3)-2,90
4.12. Análise dos resultados
Das equações obtidas em cada um dos conjuntos de simulações realizadas, deverá ser
escolhida como lei de propagação das vibrações característica do meio a equação que
apresente o melhor coeficiente de correlação, o mais próximo de 100%. As constantes da
fórmula deverão ter valores concordantes com as ordens de grandeza conhecidas (Tabela 4.9),
segundo a bibliografia da especialidade, para o tipo da litologia em presença (Bernardo, 2004).
Tabela 4.9 – Coeficientes a, b e c, típicos de algumas litologias (Bernardo e Torres, 2005)
Maciço rochoso
Fonte
a
b
c
Basalto
Dinis da Gama (1997)
2 000
0,70
-1,90
Calcáreo (tipo não especificado)
Dinis da Gama (1997)
580
0,60
-1,40
Calcáreo pisolítico
VISA Consultores (1999)
500
0,42
-1,22
Granito, Gneiss, Pegmatito
Holmberg (1982)
700
0,70
-1,50
Hematite
Dinis da Gama (1979)
380
0,73
-1,87
Xisto-grauvaque (Algarve)
Remísio (1994)
1 598
0,88
-2,06
97
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
De acordo com este critério, e considerando o conjunto de equações da tabela 4.8, verifica-se
ser no cenário 3, cargas máximas instantâneas individualizadas, (excepção feita ao , 9 0,12),
que foi possível obter os melhores coeficientes de correlação. Por conseguinte, poderá
concluir-se que a equação que melhor traduz a lei de propagação de vibrações no local em
estudo é a que está destacada a “negro” na tabela (Wmáx= 49,50 Kg), cujo coeficiente de
correlação (, 9 é de 89%.
Observa-se ainda que, de uma forma geral, e como seria expectável, os resultados melhoram
substancialmente com a restrição do universo de valores de registo, como o demonstram os
obtidos no referido cenário.
Contudo, o valor obtido para o parâmetro ‡ (52,22) fica muito aquém dos valores
característicos para terrenos xistosos, como indicado na tabela 4.9. Para esta discrepância
poderão contribuir as variações de massa do maciço rochoso (xisto-grauváquico) de local para
local, o que pode levar à ocorrência de níveis de vibração bastante diferenciados. Para além
deste aspecto, outras razões poderão justificar esta deficiente aderência dos parâmetros ‡ e ˆ
aos valores típicos, nomeadamente a anisotropia da propagação ao longo de direcções
diferentes do terreno.
Ainda a propósito da dispersão dos parâmetros da tabela 4.8, e da justificação para tal, parece
interessante referir as “Vibrações induzidas pela queda de corpos”, trabalho experimental
descrito por Dinis da Gama (2002). Em diversos locais da cidade do Porto foram realizadas
várias experiências para determinar a lei básica de propagação de vibrações, deixando cair
livremente uma esfera metálica com uma massa de 70,56 N, a partir de várias alturas, tendo
sido registada a velocidade de pico de partícula para várias distâncias. Depois de uma série de
testes deste tipo, a equação obtida foi:
0 2,03(h,88 !X8,„‘
onde,
(4.4)
( – energia potencial;
! – distância entre a fonte e a recepção.
com uma correlação de 0,996, valor que, comparado com a dispersão de valores das equações
da tabela 4.8, põe em evidência as diferenças na forma de propagação das ondas. Para além
de serem geradas através de diferentes mecanismos, existem também outros caminhos de
transmissão e de atenuação que justificam o contraste.
98
5. Conclusões Finais
Com o presente capítulo pretende-se sintetizar as conclusões principais do estudo
desenvolvido no âmbito das vibrações e da sua conjugação com a prospecção geofísica
(Capítulo 4).
A análise e a interpretação dos resultados dos trabalhos de campo realizados levou a várias
conclusões, das quais se realçam as seguintes:
Ficou comprovado, como o demonstram os resultados obtidos nas três campanhas de medição
de vibrações, não ter havido indução de danos nas habitações vizinhas dos trabalhos em
resultado das ondas sísmicas transmitidas às fundações e à superestrutura dos edifícios. De
facto, e embora a regulamentação portuguesa aplicável à segurança das estruturas não
contemple a componente da frequência vibratória, verificou-se que os valores conjugados da
velocidade de vibração das partículas com a respectiva frequência se encontram, no âmbito da
regulamentação internacional, abaixo dos valores mais restritivos.
Verificou-se também a importância dos locais de instalação dos geofones. Assim, os valores de
vibração obtidos na terceira campanha foram, na sua generalidade, mais elevados do que os
registados nas duas primeiras, o que terá ficado a dever-se à conjugação dos factores
seguintes: colocação dos geofones em afloramentos rochosos, mais propícios à propagação
das vibrações pelas ondas sísmicas, e menores distâncias entre a fonte e os pontos de
recepção. Conclui-se ainda que, com o afastamento dos locais de registo à fonte, se assistiu à
redução progressiva do nível de vibrações, facto especialmente evidente nas duas primeiras
campanhas.
A variação dos locais de medição influencia as componentes da velocidade vibratória,
assinalando-se o contraste entre as duas campanhas de 2009 e a de 2010. Enquanto nas duas
primeiras, as componentes longitudinal e transversal apresentaram os valores mais altos, na
última, pelo facto dos pontos de registo se situarem praticamente sobre os túneis, norte e sul,
os valores mais elevados em cada detonação foram medidos na componente vertical.
99
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
Como ficou demonstrado nos ensaios realizados, a ocorrência de descontinuidades geológicas
influencia o modo de propagação das vibrações. Assim o evidenciam os resultados obtidos em
dois pontos nas proximidades de uma linha de água, um do lado este e outro do lado oeste, no
decurso dos trabalhos da terceira campanha. Constatou-se que a descontinuidade, cuja
expressão morfológica corresponde à linha de água, funcionou como barreira à propagação
das vibrações para o lado este, ampliando a propagação para oeste, onde os níveis vibratórios
foram sempre expressivamente superiores aos registados no ponto do lado este. Estes
resultados vêm explicar assim o facto de na segunda campanha de 2009, com metade da
carga máxima instantânea, relativamente à primeira, se ter registado um valor de vibração
superior junto a um dos locais de medição.
Nas edificações, foi possível verificar a existência de um fenómeno de amplificação para os
pisos superiores, conforme evidenciado nos registos. Verificou-se também, pela sua análise
comparada, que a gama de velocidades de vibração ambientais, nomeadamente as devidas ao
trânsito rodoviário, apresenta valores da mesma ordem de grandeza das originadas pelo uso
de explosivos nos desmontes do maciço rochoso.
A conjugação dos resultados obtidos nas três campanhas de medição de vibrações, com os
obtidos pela prospecção geofísica, através da execução de perfis, de refracção sísmica e de
resistividade eléctrica, possibilitou completar o conhecimento da litologia e das características
dinâmicas dos terrenos da zona em estudo, em concomitância com o objectivo de uma
aplicação mais adequada dos parâmetros constantes na NP 2074. Este propósito foi alcançado
com os perfis de refracção, que permitiram determinar as velocidades de propagação da onda
de compressão e, por consequência, as características dos terrenos de fundação
(representadas pelo coeficiente da norma) das edificações monitorizadas. Recorda-se que,
no decurso das duas primeiras campanhas de trabalhos de campo, pelo desconhecimento das
velocidades de propagação das ondas sísmicas, se admitiu, para efeitos de aplicação da
norma portuguesa, que as edificações estariam fundadas em solos coerentes rijos (0 †
2000 N  X8 . Com a refracção sísmica verificou-se que a velocidade de propagação das ondas
P era inferior a 1000 N  X8 , pelo que, segundo a norma, o valor limite da velocidade vibratória é
menor do que o inicialmente considerado. Fica assim demonstrada a importância deste método
de prospecção geofísica na caracterização dos terrenos, recomendando-se esta abordagem
em estudos de vibrações induzidas por desmontes com recurso a explosivos.
As equações de vibração obtidas, a partir dos dados de campo, denotam uma deficiente
aderência de alguns dos seus parâmetros aos coeficientes típicos de terrenos com
características xisto-grauváquicas. Tal poderá ficar a dever-se às variações de massa do
100
Capitulo 5 - Conclusões Finais
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
maciço, dando origem a níveis de vibração diferenciados, e à anisotropia da propagação ao
longo de direcções diferentes.
Um dos impactes ambientais da utilização de explosivos em actividades de construção resulta
da propagação atmosférica de ondas de choque, vulgo onda aérea ou sopro, à qual está ainda
associada a componente do ruído. Aquele efeito é devido à libertação de energia na face livre,
induzindo um impulso do tipo transiente, que se propaga através do ar, um meio praticamente
sem resistência ao corte, fazendo sentir-se a grandes distâncias (Esteves, 1993) e com
pressões muito superiores à atmosférica. A sobrepressão, ao incidir directamente sobre os
elementos mais frágeis das estruturas, pode causar danos (Bernardo, 2004).
Os ensaios experimentais desenvolvidos no âmbito desta dissertação, particularmente na fase
inicial da construção dos túneis, emboquilhamento e primeiras dezenas de metros das frentes
de escavação, permitiram verificar a manifestação daquele fenómeno, observável através das
vibrações dos vidros das janelas das habitações mais próximas das fontes de detonação, efeito
ampliado pela inexistência de quaisquer barreiras físicas amovíveis à entrada dos túneis. A
instalação destes dispositivos chegou a ser equacionada para o emboquilhamento nascente
dos túneis, mas, por razões várias, não se concretizou. Caso tivessem sido adoptados
poderiam, por certo, ter contribuído para atenuar, entre outros impactes, as consequências
indesejáveis da onda aérea, traduzidas nas reclamações pelo incómodo a que deram origem e
o alarme que provocaram nos residentes, levando-os a protestar pelo facto de sentirem a
vibração de portas e janelas e, por isso, pensarem que as paredes rachavam. A importância da
colocação daquelas barreiras nos ciclos iniciais da abertura de túneis, considerando o seu
frequente desenvolvimento aproximadamente linear, dirigindo parte substancial da energia
transportada pela onda aérea, até à saída do túnel, é evidenciada por Bernardo (2004) a
propósito da construção do túnel 1A da Gardunha, em 2001. Durante os trabalhos de
escavação foram colocadas barreiras, uma fixa e outra amovível, no emboquilhamento sul, as
quais se mantiveram até a frente de escavação se encontrar a uma distância de, pelo menos,
150 metros do início. No caso da amovível, a cada detonação, durante a qual permanecia
fechada, a barreira era consideravelmente solicitada à tracção, em especial nos apoios,
observando-se grandes distensões da cortina. Os efeitos produzidos na barreira pela onda
aérea, após a conclusão da obra, foram comprovados pelo estado que apresentava, factos que
mostram a sua contribuição determinante na protecção da zona envolvente.
Tanto quanto se sabe, não existe regulamentação nacional no âmbito da prevenção de danos
estruturais induzidos pela propagação da onda aérea. Sugere-se, assim, em futuras obras
geotécnicas, com recurso a explosivos, a realização de estudos experimentais de campo, por
101
Vibrações Induzidas pela Escavação Subterrânea de Maciços Rochosos com recurso a Explosivos e seus eventuais Impactes nas Estruturas
________________________________________________________________________________________________________________________
exemplo, através do estabelecimento de uma plataforma de colaboração entre a empresa
construtora e uma instituição de investigação, visando a incorporação dos resultados desse
trabalho no estabelecimento de critérios de dano aplicáveis àquele efeito, eventualmente na
linha dos critérios internacionais já existentes. A introdução de legislação em Portugal neste
campo de acção da Geotecnia constituir-se-ia num valor acrescentado de grande importância,
designadamente na avaliação de reclamações de proprietários, complementando a Norma
Portuguesa 2074, especialmente nos casos mais duvidosos sobre as causas dos danos em
estruturas.
102
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ANEXO I - Valores de vibração medidos e calculados
111
ANEXO I - Valores de vibração medidos e calculados
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1ª Campanha
(22 a 27 de Setembro de 2009)
Valores de vibração medidos e calculados
Explosão de 22 de Setem bro de 2009, às 19:48 h, no Túnel Norte (Pk 19+410,7), com um a carga m áxim a instantânea de 59,29 kg, para um a carga total
de 519,76 kg, em furos com 3,2 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Velocidade de vibração (mm/s)
Freq. dominante
Equip.
Z
Tiro-geofone
(m)
T (1)
V (1)
L(1)
vR (2)
(Hz)
21.885,25 178.871,93 772,73
A
22.217,54 179.019,25
787,33
363,8
0,373
0,432
0,373
0,552
22
22/09/2009 - 19:48 21.885,25 178.871,93 772,73
1a
22.264,25 179.069,71
800,54
428,4
0,119
0,164
0,239
0,268
17
Sinco
21.885,25 178.871,93 772,73
5
22.423,25 179.160,53
779,49
610,6
< 0,5
< 0,5
< 0,5
< 0,5
---
BE 8751
Sinco
Explosão de 23 de Setem bro de 2009, às 07:40 h, no Túnel Sul (Pk 19+543,6), com um a carga m áxima instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
22.023,97 178.879,00 772,42
6
22.354,06 179.092,82
787,59
393,6
0,089 < 0,075 < 0,075 0,089
38
Sinco
22.023,97 178.879,00 772,42
5
22.423,25 179.160,53
779,49
488,6
< 0,075 0,089 < 0,075 0,104
42
Sinco
22.023,97 178.879,00 772,42
C
22.271,58 179.021,66
789,92
286,3
0,254
0,254
0,254
0,381
22.023,97 178.879,00 772,42
B
22.205,99 179.027,71
789,37
235,7
0,254
0,889
0,381
0,898 55,1 30,3
23/09/2009 - 07:40
T (1)
V (1)
2
38,3
L(1)
31,9 BE 8751
2,5
BE 8751
Explosão de 23 de Setem bro de 2009, às 13:57 h, no Túnel Sul (Pk 19+575), com um a carga m áxim a instantânea de 49,50 kg, para um a carga total de
138,18 kg, em furos com 3,6 m de com prim ento (Destroça).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
23/09/2009 - 13:57
Y
Z
Local
X
Y
Velocidade de vibração (mm/s)
Z
Tiro-geofone
(m)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
22.045,44 178.907,26 772,69
C
22.271,58 179.021,66
789,92
254,0
0,127
0,206
0,127
0,222 14,8 39,1
14,8 BE 8751
22.045,44 178.907,26 772,69
D
22.233,89 179.008,60
786,38
214,4
0,206
0,222
0,254
0,287 21,7 37,5
15,8 BE 8751
Explosão de 23 de Setem bro de 2009, às 19:10 h, no Túnel Norte (Pk 19+571), com um a carga m áxim a instantânea de 49,50 kg, para um a carga total de
138,18 kg, em furos com 3,6 m de com prim ento (Destroça).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
22.041,52 178.906,41 772,71
1a
22.264,25 179.069,71
800,54
277,6
< 0,075 < 0,075 < 0,075 < 0,075
---
Sinco
22.041,52 178.906,41 772,71
6
22.354,06 179.092,82
787,59
364,2
< 0,075 0,089 < 0,075 0,089
---
Sinco
22.041,52 178.906,41 772,71
1b
22.264,25 179.069,71
803,54
277,9
0,175
0,143
0,159
0,221 11,8 18,4
8,88 BE 8751
22.041,52 178.906,41 772,71
1c
22.264,25 179.069,71
797,54
277,3
0,159
0,19
0,064
0,194 2,56
2,63 BE 8751
T (1)
23/09/2009- 19:10
V (1)
2,5
L(1)
Explosão de 23 de Setem bro de 2009, às 22:20 h, no Túnel Norte (Pk 19+407), com um a carga m áxim a instantânea de 59,29 kg, para um a carga total de
519,72 kg, em furos com 3,2 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
21.881,35 178.871,06 772,71
1a
22.264,25 179.069,71
800,54
432,3
não actuou
---
Sinco
21.881,35 178.871,06 772,71
6
22.354,06 179.092,82
787,59
522,4
não actuou
---
Sinco
21.881,35 178.871,06 772,71
1b
22.264,25 179.069,71
803,54
432,5
0,381
0,302
0,698
0,792 8,63 18,6
8,63 BE 8751
21.881,35 178.871,06 772,71
1c
22.264,25 179.069,71
797,54
432,1
0,111
0,222
0,079
0,228 8,63 18,6
8,63 BE 8751
T (1)
23/09/2009 - 22:20
V (1)
L(1)
Explosão de 24 de Setem bro de 2009, às 07:39 h, no Túnel Sul (19+541,4), com um a carga m áxim a instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
Freq. dominante
Equip.
T (1)
V (1)
L(1)
vR (2)
(Hz)
0,164
0,194
0,149
0,209
12
Sinco
< 0,075 0,104 < 0,075 0,104
78
Sinco
22.021,04 178.878,35 772,44
1a
22.264,25 179.069,71
800,54
310,7
22.021,04 178.878,35 772,44
6
22.354,06 179.092,82
787,59
396,4
22.021,04 178.878,35 772,44
1b
22.264,25 179.069,71
803,54
311,0
0,286
0,333
0,571
0,608 8,94 31,9
8,94 BE 8751
22.021,04 178.878,35 772,44
1c
22.264,25 179.069,71
797,54
310,5
0,095
0,127
0,079
0,128 2,13 32,6
8,94 BE 8751
T (1)
24/09/2009 - 07:39
V (1)
L(1)
Explosão de 24 de Setem bro de 2009, às 22:19 h, no Túnel Norte (Pk 19+403), com um a carga m áxim a instantânea de 59,29 kg, para um a carga total de
519,72 kg, em furos com 3,2 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
< 0,075 < 0,075 < 0,075 < 0,075
---
Sinco
50
Sinco
21.877,44 178.870,20 772,70
E
22.469,34 179.039,08
805,09
616,4
21.877,44 178.870,20 772,70
F
22.441,50 179.065,85
798,70
597,6
0,119
0,119 < 0,075 0,164
21.877,44 178.870,20 772,70
2a
22.478,33 179.059,34
801,40
630,6
0,095
0,111
0,159
0,162 13,5 12,5
12,1 BE 8751
21.877,44 178.870,20 772,70
2b
22.477,16 179.060,03
798,25
629,6
0,079
0,095
0,064
0,098
2,31 BE 8751
T (1)
24/09/2009 - 22:19
12
V (1)
2,38
L(1)
113
ANEXO I - Valores de vibração medidos e calculados
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
1ª Campanha
(22 a 27 de Setembro de 2009)
Valores de vibração medidos e calculados
Explosão de 25 de Setem bro de 2009, às 07:43 h, no Túnel Sul (Pk 19+538,7), com um a carga m áxim a instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
25/09/2009 - 07:43
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
22.019,09 178.877,92 772,45
3a
22.871,16 178.897,11
778,87
852,3
22.019,09 178.877,92 772,45
I
22.758,79 178.969,61
782,86
745,4
22.019,09 178.877,92 772,45
J
22.858,20 179.078,60
763,10
862,8
22.019,09 178.877,92 772,45
K
22.912,40 178.789,44
766,20
897,7
Velocidade de vibração (mm/s)
T
(1)
V
(1)
(1)
L
vR
(2)
< 0,075 < 0,075 < 0,075 < 0,075
Freq. dominante
Equip.
(Hz)
---
Sinco
---
Sinco
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
0,119
0,119 < 0,075 0,164
Explosão de 26 de Setem bro de 2009, às 08:13 h, no Túnel Sul (Pk 19+536,6), com um a carga m áxim a instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
26/09/2009 - 08:13
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T
(1)
V
(1)
(1)
L
vR
(2)
Freq. dominante
Equip.
(Hz)
22.017,14 178.877,50 772,47
3a
22.871,16 178.897,11
778,87
854,3
< 0,075 < 0,075 < 0,075 < 0,075
---
22.017,14 178.877,50 772,47
O
22.736,74 178.992,91
784,24
728,9
< 0,075 < 0,075 < 0,075 0,164
5 e 18
Sinco
22.017,14 178.877,50 772,47
H
22.360,62 179.039,35
797,46
380,5
0,302
0,444
0,254
0,537
---
BE 8751
22.017,14 178.877,50 772,47
N
22.397,44 179.068,21
796,08
426,1
0,095
0,206
0,127
0,226
---
BE 8751
Sinco
Explosão de 26 de Setem bro de 2009, às 10:19 h, no Túnel Norte (Pk 19+398,5), com um a carga m áxim a instantânea de 59,29 kg, para um a carga total
de 519,72 kg, em furos com 3,2 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
26/09/2009 - 10/19
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T
(1)
V
(1)
(1)
L
vR (2)
Freq. dominante
Equip.
(Hz)
21.873,54 178.869,33 772,68
3b
22.873,24 178.900,57
778,87
1.000,2
< 0,075 < 0,075 < 0,075 < 0,075
---
21.873,54 178.869,33 772,68
O
22.736,74 178.992,91
784,24
872,1
< 0,075 < 0,075 < 0,075 0,164
12
Sinco
21.873,54 178.869,33 772,68
4
22.838,05 179.106,22
765,13
993,2
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
21.873,54 178.869,33 772,68
G
22.976,32 178.768,88
770,69
1.107,4
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
Sinco
Explosão de 26 de Setem bro de 2009, às 18:35 h, no Túnel Norte (Pk 19+546,5), com um a carga m áxim a instantânea de 49,50 kg, para um a carga total
de 138,18 kg, em furos com 3,6 m de com prim ento (Destroça).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
26/09/2009 - 18:35
Y
Z
Local
X
Y
Z
Tiro-geofone
(m)
Velocidade de vibração (mm/s)
T
(1)
V
(1)
(1)
L
vR
(2)
Freq. dominante
Equip.
(Hz)
22.018,05 178.901,31 772,83
8a* 21.691,73 179.163,19
813,02
420,3
---
---
---
---
---
22.018,05 178.901,31 772,83
8b* 21.669,71 179.167,70
808,20
440,0
---
---
---
---
---
Sinco
22.018,05 178.901,31 772,83
7a
22.516,79 178.763,54
707,32
521,5
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
22.018,05 178.901,31 772,83
7b
22.524,88 178.743,97
705,39
535,0
< 0,127 < 0,127 < 0,127 < 0,127
---
BE 8751
Sinco
* - Em fase de instalação quando ocorreu a pega.
Explosão de 26 de Setem bro de 2009, às 19:44 h, no Túnel Sul (Pk 19+534,8), com um a carga m áxim a instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
26/09/2009 - 19:44
Y
Z
Local
X
Y
Velocidade de vibração (mm/s)
Freq. dominante
Equip.
Z
Tiro-geofone
(m)
T (1)
V (1)
L(1)
vR (2)
(Hz)
22.015,19 178.877,07 772,48
8a
21.691,73 179.163,19
813,02
433,7
0,477
0,373
0,388
0,567
45
22.015,19 178.877,07 772,48
8b
21.669,71 179.167,70
808,20
452,9
0,164
0,179
0,119
0,224
56
Sinco
22.015,19 178.877,07 772,48
7a
22.516,79 178.763,54
707,32
518,4
< 0,51 < 0,51 < 0,51 < 0,51
---
BE 8751
22.015,19 178.877,07 772,48
7b
22.524,88 178.743,97
705,39
531,0
< 0,51 < 0,51 < 0,51 < 0,51
---
BE 8751
Sinco
Explosão de 27 de Setem bro de 2009, às 07:52 h, no Túnel Sul (Pk 19+532), com um a carga m áxim a instantânea de 27,79 kg, para um a carga total de
245,46 kg, em furos com 1,4 m de com prim ento (Abóbada).
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
27/09/2009 - 07:52
Y
Z
Local
X
Y
Freq. dominante
Equip.
Tiro-geofone
(m)
T (1)
V (1)
L(1)
vR (2)
(Hz)
22.012,26 178.876,42 772,50
M
21.743,75 179.181,73
809,26
408,2
0,149
0,149
0,224
0,224
40
22.012,26 178.876,42 772,50
P
21.789,17 179.262,30
793,94
446,2
0,194
0,268
0,254
0,328
27
Sinco
22.012,26 178.876,42 772,50
8a
21.691,73 179.163,19
813,02
432,0
< 0,51 < 0,51 < 0,51 < 0,51
---
BE 8751
22.012,26 178.876,42 772,50
8c
21.703,73 179.163,19
813,02
423,2
< 0,51 < 0,51 < 0,51 < 0,51
---
BE 8751
(1) L - Direcção Fonte - Receptor
V - Direcção Vertical
T - Direcção Transversal a L
114
Velocidade de vibração (mm/s)
Z
(2) vR=(vL2+vV2+vT2)1/2
Sinco
ANEXO I - Valores de vibração medidos e calculados
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
2ª Campanha
(28 de Outubro de 2009)
Valores de vibração medidos e calculados
Explosões de 28 de Outubro de 2009, às 07:55 h, no Túnel Sul (Pk 19+401), do tipo Destroça e Abóbada, sendo esta a prim eira da sequência.
A Abóbada, com um a carga m áxim a instantânea de 29,28 kg, para um a carga total de 596,46 kg, em furos com 4,2 m de com prim ento e, a Destroça, com um a
carga m áxim a instantânea de 29,172 kg, para um a carga total de 84,6 kg, em furos com 4,0 m de com prim ento.
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Tiro-geofone
(m )
Z
Velocidade de vibração (m m /s)
T (1)
V (1)
L(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(Hz)
21.880,63 178.846,98 780,40
8b
21.669,71
179.167,70
808,20
384,9
0,522
0,447
0,626
0,671
68
21.880,63 178.846,98 780,40
P
21.789,17
179.262,30
793,94
425,5
0,239
0,194
0,298
0,298
40
28/10/2009 - 07:55
T
(1)
V
(1)
Sinco
Sinco
L
(1)
21.880,63 178.846,98 780,40
Mb
21.723,75
179.184,73
812,02
373,7
0,175
0,190
0,222
0,270
13,1
12,8 12,3
BE 8751
21.880,63 178.846,98 780,40
8c
21.703,73
179.163,19
813,02
363,8
0,429
0,444
0,206
0,449
77,8
53,6 9,38
BE 8751
Explosões de 28 de Outubro de 2009, às 08:02 h, no Túnel Norte (Pk 19+281,3), do tipo Destroça e Abóbada, sendo esta a prim eira da sequência.
A Abóbada, com um a carga m áxim a instantânea de 29,28 kg, para um a carga total de 596,46 kg, em furos com 4,2 m de com prim ento e, a Destroça, com um a
carga m áxim a instantânea de 29,172 kg, para um a carga total de 84,6 kg, em furos com 4,0 m de com prim ento.
Fonte
Recepção
Distância
Data e hora
X
Y
Z
Local
X
Y
Tiro-geofone
(m )
Z
Velocidade de vibração (m m /s)
T
(1)
V
(1)
Freq. dominante
Equip.
vR (2)
(1)
L
(Hz)
21.755,18 178.843,04 778,92
8b
21.669,71
179.167,70
808,20
337,0
0,403
0,283
0,403
0,477
---
21.755,18 178.843,04 778,92
P
21.789,17
179.262,30
793,94
420,9
0,209
0,194
0,239
0,254
51
28/10/2009 - 08:02
T
(1)
V
(1)
Sinco
Sinco
L
(1)
21.755,18 178.843,04 778,92
Mb
21.723,75
179.184,73
812,02
344,7
0,175
0,222
0,222
0,240
13,2
42,1 13,9
BE 8751
21.755,18 178.843,04 778,92
8c
21.703,73
179.163,19
813,02
326,0
0,365
0,317
0,540
0,553
85,4
53,6 19,7
BE 8751
(1) L - Direcção Fonte - Receptor
(2) v R=(v L2+v V2+v T 2)1/2
V - Direcção Vertical
T - Direcção Transversal a L
3ª Campanha
(21 a 23 Setembro de 2010)
Valores de vibração medidos e calculados
Fonte
Data e hora
X
21/09/10 - 18:20:34
Y
Recepção
Z
21.454,63 178.752,69 768,31
túnel
sul
Local
T1
X
Y
Distância
Z
Tiro-geofone
21.874,75 178.852,10 853,72
440,1
21/09/10 - 18:20:40
22/09/10 - 10:22:33
21.450,76 178.751,83 768,21
sul
T2
21.456,69 178.755,37 918,61
150,6
22/09/10 - 10:22:38
23/09/10 - 00:05:51
21.319,93 178.746,51 765,09
norte
23/09/10 - 00:08:35
21.446,73 178.750,98 768,10
sul
23/09/10 - 02:02:42
23/09/10 - 16:45:46
23/09/10 - 18:01:19
21.442,68 178.750,08 768,00
0,27
0,429
0,349
0,476
84,8
94,5
79,9
0,175
0,222
0,254
0,288
82,4
87
96,6
2,25
2,51
2,16
2,69
113
67,1
61,6
1,25
1,33
1,59
1,76
113
65,4
113
T
(1)
V
(1)
L
(1)
261,4
2,431
4,861
2,117
5,383
40-53
278,8
0,418
0,656
0,626
0,731
76-107
T5
21.175,95 178.702,42 964,75
250,1
0,698
0,937
0,603
1,06
94,3
43,3
98,9
0,317
0,54
0,317
0,591
64,1
41,9
39
T3
21.500,20 178.886,41 892,53
191,5
6,636
> 7,5
> 7,5
> 7,5
---
T4
21.554,93 178.832,94 887,77
181,0
2,117
3,504
2,699
4,235
---
0,778
1,51
0,619
1,55
39,5
31
37,1
0,492
0,508
0,571
0,721
77,8
77,8
26,6
21.175,95 178.702,42 964,75
338,2
21.500,20 178.886,41 892,53
264,8
norte
sul
vR (2)
21.554,93 178.832,94 887,77
T3
23/09/10 - 16:43:02
L(1)
21.500,20 178.886,41 892,53
T5
21.315,72 178.745,57 764,99
V (1)
T4
23/09/10 - 02:02:47
23/09/10 - 16:45:41
Freq. Dominante (Hz)
T (1)
T3
23/09/10 - 00:08:40
23/09/10 - 01:59:59
Velocidade de vibração (m m /s)
Sinco B
4,25
6,24
4,33
6,31
130
83,9
109
1,1
2,19
1,51
2,42
108
107
130
242,2
1,94
1,04
1,49
2,09
54-75
21.268,60 178.736,08 953,21
194,3
1,04
1,49
2,98
2,98
76-107
4,21
8,38
4,79
8,61
108
102
108
2,4
5,54
3,7
5,76
105
103
113
(1) L - Direcção Fonte - Receptor
193,4
2
2
BE 8751
Sinco A
21.180,95 178.729,80 965,56
21.500,20 178.886,41 892,53
BE 8751
Sinco B
T7
T3
BE 8751
Sinco A
T6
23/09/10 - 18:01:25
Equip.
BE 8751
BE 8751
Sinco A
Sinco B
BE 8751
2 1/2
(2) v R=(v L +v V +v T )
V - Direcção Vertical
T - Direcção Transversal a L
115
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
(1ª Campanha de medição de Vibrações realizada entre 22 e 27 de Setembro de 2009)
117
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
119
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
120
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
121
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
122
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
123
ANEXO II - Plano e Diagrama de Fogo 1
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
124
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2
(2ª Campanha de medição de Vibrações realizada entre 28 e 29 de Outubro de 2009)
125
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
127
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
128
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
129
ANEXO III - Plano e Diagrama de Fogo 2
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
130
ANEXO IV. Plano e Diagrama de Fogo 3
(3ª Campanha de medição de Vibrações realizada entre 21 e 23 de Setembro de 2010)
131
ANEXO IV. Plano e Diagrama de Fogo 3
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
133
ANEXO IV. Plano e Diagrama de Fogo 3
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
134
ANEXO V - Exemplos de registo das vibrações com o
equipamento Instantel
135
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
137
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
138
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
139
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
140
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
141
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
142
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
143
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
144
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
145
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
146
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
147
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
148
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
149
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
150
equipamento Instantel
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
151
equipamento Instantel
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
152
ANEXO VI - Exemplos de registo das vibrações com o
equipamento Sinco
153
equipamento Sinco
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
155
equipamento Sinco
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
156
equipamento Sinco
___________________________________________________________________________________________________________________________________________
157
equipamento Sinco
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
158