Curs - Demolarea Cu Explozivi A Constructiilor [PDF]

Zitiervorschau

CONSTANTIN SEMEN

DEMOLAREA CU EXPLOZIVI A CONSTRUCTIILOR SI ALTE DOMENII SPECIALE DE IMPUSCARE

EDITURA 2005

INTRODUCERE Perfecţionarea activităţii economice, creşterea ritmului de implementare a noilor tehnologii precum şi dezvoltarea şi modernizarea centrelor urbane impune înlocuirea vechiilor capacităţi industriale, respectiv extinderea aşezărilor urbane în timp scurt şi cu eficienţă maximă. Construcţiile, indiferent de tipul lor civile, industriale, culturale, sportive agrozootehnice etc. care nu mai îndeplinesc condiţiile de utilizare trebuie demolate. De-a lungul anilor în practica demolării construcţiilor s-au dezvoltat mai multe metode respectiv demolarea manuală, metoda mecanizată şi metoda cu utilizarea explozivilor. Comparaţia dintre cele 3 metode de demolare prin luarea în considerare a diferitelor parametrii constructivi, tehnici, economici de siguranţă şi impact ecologic este redată în tabelul 1. După cum rezultă din tabel, faţă de metodele clasice de demolare, utilizarea explozivilor se concretizează prin următoarele particularităţi : -

aria de aplicabilitate foarte largă din punct de vedere al materialelor de construcţie şi al înălţimii obiectivelor de demolat;

-

timp foarte scurt afectat demolării;

-

siguranţă mare pentru personal;

-

impact ecologic redus;

-

preţ de cost scăzut.

Proiectarea lucrărilor de împuşcare respectiv demolării are la bază interacţiunea dintre materialele de construcţie şi explozia unei încărcături dispusă pe elementul de construcţie sau la o anumită distanţă de acesta. Pe aceste considerente proiectarea lucrărilor de împuşcare trebuie să ia în considerare tipul elementelor de construcţie (grinzi, coloane, ziduri, turnuri, planşee, bolţi, etc), natura materialului de construcţie (zidărie, beton, beton armat, metal), determinând pentru fiecare caz în parte parametrii specifici (anticipantă, distanţa dintre găuri, distanţa dintre armături, lungimea găurilor, mărimea încărcăturii explozive pe gaură şi totală).

2

Comparaţie tehnico-economică între diferite metode de demolare Tabel 1 Specificaţie parametrii Material

Inălţimea maximă a obiectului de demolat Aria de lucru

Nivel de zgomot Vibraţii seismice Fisuri

METODA DE DEMOLARE Manuală Mecanizată Zidărie de cărămidă, Orice material, dar piatră, construcţii de foarte dificil pentru pământ construcţiile metalice şi din beton Construcţii cu Construcţii de 20 m maximum 2-3 nivele şi înălţime. Peste această fără lucrări speciale de înălţime sunt necesare protecţie lucrări speciale, costisitoare Redusă, creşte cu Mare, depinzând de creşterea personalului, numărul utilajelor dar devine folosite neeconomică Mediu, persistent

Mare, de lungă durată

Nu este cazul

Nu este cazul

Nu este cazul

Medii

Degajări de praf Local, mari

Local, mari

Măsurarea efectelor demolării Securitatea executanţilor

Nu este cazul

Nu se urmăresc în general

Precară

Precară

Tipul afectat Foarte mare pentru demolare Costuri Medii, 60% necesare (comparativ demolare mecanizată)

Mare 100%

Explozivi Orice fel de material Nici o limitare

Datorită vitezei de execuţie, explozia se face sectorial, nedepinzând de suprafaţă Mare, dar instantaneu Dirijate, controlate Se controlează prin explozie Mari, dar de foarte scurtă durată Sunt indicate prin aparatura de urmărire Maximă, prin aplicarea şi respectarea tehnologiei Deosebit de redus Mici, de regulă sub 40 %

Deoarece în cele mai multe cazuri demolarea construcţiilor se execută în vecinătatea altor obiective care trebuie să rămână intacte, apare necesitatea evaluării acţiunii exploziei asupra obiectivelor învecinate datorită faptului că acestea pot fi afectate de alunecări de materiale, de unda aeriană de roci respectiv de unda seismică. 3

Evaluarea influenţei exploziei asupra obiectivelor învecinate pe baza diferitelor criterii permite determinarea unei distanţe de siguranţă pentru anumite mărimi ale încărcăturii explozive sau limitarea încărcăturii explozive pentru o distanţă de siguranţă dată, precum şi stabilirea unor metode de protecţie a obiectivelor învecinate faţă de efectul nedorit al exploziei (aruncarea de material, unda aeriană de roci şi efect seismic). Din cele expuse rezultă că pentru efectuarea fiecărei lucrări de demolare trebuie să se întocmească un proiect tehnic de împuşcare, care pe lângă soluţia propriu-zisă va cuprinde şi măsurile de siguranţă şi de protecţie a mediului. Fiecare construcţie creează un caz special, datorită materialului utilizat, dimensiuni, amplasament faţă de obiectivele învecinate, ceea ce impune elaborarea unei soluţii tehnice şi tehnologice de demolare adecvate. In afară de efectuarea demolărilor, energia explozivilor este utilizată şi în alte domenii cu specific aparte, respectiv la efectuarea împuşcărilor subacvatice, la distrugerea gheţi precum şi împuşcări în silvicultură. Fiecare dintre aceste domenii impune determinarea unor parametri de împuşcare dependenţi de specificul mediului în care se efectuează detonarea încãrcăturilor explozive.

4

CAPITOLUL I ASPECTE TEORETICE ALE INTERACTIUNII DINTRE EXPLOZIA UNEI INCARCATURI DE EXPLOZIV SI ELEMENTELE DE CONSTRUCTIE Pentru studiul interacţiunii dintre diferite materiale de construcţie şi explozia unei încărcături de exploziv, dispusă pe sau la o anumită distanţă de elementul de construcţie, o importanţă teoretică şi practică deosebită o prezintă curba presiune – impuls (P-I), diagrama P-I este o curbă pentru care orice combinaţie de presiune şi impuls produc acelaşi răspuns în elementul structural încărcat după o anumită lege de încărcare în timp. Abscisa diagramei este o măsură a valorii normalizate a presiunii, în timp ce ordonată este reprezentată de impulsul normalizat. Curba P-I împarte spaţiul în două regiuni: regiunea din dreapta şi de deasupra curbei unde nivelul răspunsului elementului structural analizat depăşeşte limita de cedare a acestuia şi regiunea de sub curbă şi de la stânga unde nivelul răspunsului este inferior acestei limite. In cazul în care curba defineşte pragul cedării (distrugerii) unui element, punctele deasupra şi la dreapta curbei P-I reprezintă punctele de cedare, în timp ce punctele situate la stânga şi sub curba P-I reprezintă faptul că acel element nu este distrus. Odată stabilite curba P-I pentru un anumit tip de element precum şi nivelul răspunsului acelui element, se calculează presiunea maximă şi impulsul pentru o încărcare particulară a acelui element şi reprezintă pe diagramă pentru a determina dacă nivelul de cedare al elementului este depăşit sau nu. O astfel de diagramă este prezentată în figura 1.1 care arată caracteristicile principale care definesc diagrama. Cele două asimptote, una pentru presiune şi una pentru impuls, definesc valorile limită pentru fiecare parametru. Incărcările de foarte scurtă durată (relative la frecvenţa proprie a structurii) sunt denumite încărcări impulsive şi răspunsul este sensibil doar la impulsul asociat şi nu la valoarea maximă a presiunii, aceasta formând o linie orizontală care defineşte impulsul minim necesar pentru a atinge un anumit nivel al răspunsului. In cazul în care durata încărcării devine mai lungă decât frecvenţa proprie, încărcarea este denumită cvasi-statică şirăspunsul devine insensibil la impuls dar foarte sensibil la presiune. Asimptota verticală reprezintă nivelul minim al presiunii necesar pentru a atinge un anumit răspuns. Este important de notat că încărcăturile cu durată lungă şi descreşteri mici cunoscute sub denumirea de încărcări quasi-statice se deosebesc mult de încărcările statice. O încărcare statică este o încărcare aplicată cu o rată mică comparativ cu frecvenţa proprie a structurii. Prin comparaţie, încărcările quasi-statice provenite de la detanaţiile explozivilor sunt aplicate instantaneu şi sunt, în cazul extrem când încărcătura este foarte mare şi este detonată la o distanţă foarte mare de structură, 5

constante şi cu o descreştere liberă. Sistemul va avea un răspuns dinamic la sdemenea tip de încărcare, şi deci principalul indicator al distrugerilor care pot să apară este de obicei valoarea maximă a îndoirii şi nu îndoirea reziduală. Incărcarea quasi-statică extremă pe curba P-I este mult mai aproape de o aplicare dinamică decât de o încărcare cu o creştere lentă. Porţiunea de tranziţie între regiunile de încărcare impulsivă şi quasi-statică este cunoscută ca regiunea încărcării dinamice în care atât presiunea cât şi impulsul sunt importante în determinarea răspunsului. Pentru o evaluare rapisă a interacţiunii dintre materiale de construcţie şi explozivii sunt date trei curbe P-I independente care împart diagrama în patru regiuni fiecare corespunzând unui nivel de deteriorare (tabelul 1.1) : 0%, 30%, 60% şi 100%, curbele reprezentând graniţele dintre cele patru niveluri de deteriorare.

Figura 1.1. Diagrama presiune – impul Tabelul 1.1 Nivel de deteriorare 0% Deteriorare 30% Deteriorare 60% Deterioarea 100% Deteriorare

Descriere Nu sunt pagube apreciabile;componenta se poate reutiliza fără reparare Pagube moderate; componenta este probabil reparabilă şi furnizează un nivel mediu de protecţie pentru personal şi echipamente împotriva efectelor exploziei Pagube însemnate;componenta nu este rentabil să fie reparată dar ea nu cedează şi poate furniza puţină protecţie pentru personal şi echipamente împotriva efectelor exploziei. Componenta nu mai poate fi reparată dar nu este ea să fie complet distrusă. Nu mai poate fi folosită pentru protecţia personalului sau a echipamentului. 6

1.1. CRESTEREA REZISTENTEI MATERIALULUI LA VITEZE MARI DE DEFORMATIE Pentru structurile din zidărie, beton şi beton armat supuse acţiunii exploziilor utilizate pentru demolarea controlată a construcţiilor, cunoaşterea răspunsului la viteze mari de deformaţie (peste 1000

s-1

) este foarte importantă . La aceste viteze de deformaţie rezistenţa aparentă a

materialului creşte considerabil. Factorul dinamic de creştere a rezistenţei (DIF), definit ca raportul dintre rezistenţa dinamică şi cea statică, este funcţie de viteza de deformaţie şi poate fi mai mare de doi la compresiune şi şase la întindere. In mod ideal un model al comportării betonului la impact trebuie să includă şi o luare în considerare a creşterii proprietăţilor materialului ce apar la viteze mari de deformare. La aceste viteze de deformare pot apărea creşteri substanţiale ale rezistenţei, dar de asemenea pot apărea şi schimbări nedorite de la o comportare ductilă la o comportare fragilă, uneori cu rezultate catastrofale. Creşterea rezistenţei în cazul încărcărilor dinamice a fost pentru prima dată observată de Abrams în 1917 şi existenţa sa a fost de atunci bine definită. In ultimii ani, un număr mare de experimente au fost efectuate în condiţii bine stabilite în încercarea de a cuantifica efectele vitezei de încărcare, majoritatea fiind concentrate asupra creşterii rezistenţei la compresiune la viteze mari de deformaţie. Mulţi cercetători sugerează că rezultatele nu sunt uşor de comparat din mai multe motive. Mai întâi, au fost utilizate diferite condiţii de testare; în multe cazuri este foarte greu de precizat acurateţea măsurării forţei aplicate şi a ratei de încărcare. De asemenea a variat de la test la test forma elementelor testate precum şi rigiditatea lor. In sfârşit,efectul vitezei de încărcare pare să fie dependent de un număr mare de parametri ai materialului, incluzând rezistenţa la compresiune statică, tipul agregatelor folosite şi condiţiile de preparare. Cele mai multe metode de testare folosite pentru evacuarea creşterii rezistenţei la compresiune la impact cuprind tehnica căderii ciocanului, bara lui Hopkinson, şi dispozitive explozive. Testele au acoperit o gamă largă de tipuri de beton, rezistenţe statice la compresiune (f cs), rate de încărcare, rezultând creşteri ale rezistenţei mai mari de 100% pentru viteze de deformaţie  în jur de 10 s-1. Pe baza acestor teste au fost propuse următoarele relaţii pentru factorul dinamic de creştere a rezistenţei la compresiune uniaxială: -

Tang, Malvern şi Jenkins   f cd  1,155 f cs s

  

0 ,12

pentru 5   

230 m/s

(1.1) sau

 f cd  1  0,22 In f cs s

  

0 ,12

pentru  230 m/s

(1.2) 7

(coeficienţii din formule reprezintă mediile aritmetice pentru două teste efectuate la valori ale lui s de 1,0 s-1, - Dilger, Koch şi Kowalczyk f cd  1,38 + 0,08 log  f cs

pentru   1,6 . 10-5 m/s

(1.3)

- Mikkola şi Sinisalo au propus următoarea relaţie pentru factorul de creştere a rezistenţei la compresiune : f cd  1,6 + 0,104 In  + 0,0045 . (In ) f cs

-

(1.4)

Sotoushian, Choi şi Alhamad au propus următoarea formulare : f cd  148 + 0,16 log  + 0,00127 (log ) pentru   10-5 m/s f cs

(1.5)

Figura 1.2. In figura 1.2. sunt prezentate comparativ rezultatele experimentale a diverşi cercetători cu privire la creşterea rezistenţei la compresiune uniaxială a betonului la viteze mari de deformaţie în funcţie de viteza de deformaţie, folosind betoane cu rezistenţe statice la compresiune cuprinse între 16,5 şi 45 N/mm2. Cu excepţia unui set de date, toate celelalte se încadrează în medie. Graficul sugerează că la compresiune, la viteze de deformaţie mai mici de 5 . l0 -4 /s, creşterea rezistenţei betonului este neglijabilă. Ecuaţia de regresie a dreptei (figura 1.3) care mediază toate aceste rezultate mai puţin cele ale lui Hughes şi Watson, care diferă destul de mult de celelalte, este dată de : 8

f cd  1,563  -0,059 f cs

pentru   5.10-4 m/s

(1.6)

cu un coeficient de corelare R2 = 0,85. Un număr limitat de date experimentale prezintă creşterea valorii modulului de elasticitate E odată cu creşterea vitezei de deformaţie. Variaţia creşterii modulului de elasticitate în funcţie de viteza de deformaţie este prezentată în figura 1.4. Curba de regresie are forma : f cd  1,325  -0,0234 f cs

pentru   6.10-6 m/s

(1.7)

Figura 1.3.

Figura 1.4. 9

1.2. COMPORTAREA MATERIALELOR LA INCARCAREA MULTIAXIALA In practică materialul de construcţie este supus unor eforturi multiaxiale şi mai puţin unor eforturi axiale. Datorită complexităţii testelor şi interpretării rezultatelor au fost efectuate puţine cercetări privind comportarea betonului la solicitări multiaxiale. Astfel Gran, Florence şi Colton au efectuat teste triaxiale pe un beton de înaltă rezistenţă (f cs = 103 N/mm2) la viteze de deformare cuprinse între 0,5 şi 10 m/s. Reprezentând grafic efortul deviatoric în funcţie de tensiunea hidrostatică s-a obţinut o formă aproximativă a curbei de cedare care este cu 30 – 40 % mai mare decât cea pentru cazul încărcării statice. Malkar, Vitaya – Udom şi Cole au reuşit să facă teste pe tuburi din beton supuse simultan unui effort axial şi unei întinderi pe circumferinţă. Concluzia este că rezistenţala întindere creşte pruţin odată cu creşterea vitezei de deformare şi se reduce odată cu creşterea efortului de compresiune ortogonal. Incercarea de modelare a comportării la solicitări dinamice multiaxiale a betonului cuprind modele bazate pe mecanica distrugerii continue, mecanica fisurării liniare elastice şi vâscoelastice. Toate aceste modele sunt complexe şi nu pot fi evaluate corespunzător fără existenţa unor numeroase încercări experimentale. 1.3. FACTORUL DINAMIC DE CRESTERE A REZISTENTEI PENTRU BETON Conform lucrării lui Malvar şi Crawford [3],[4] se oferă o serie de formulări pentru factorul dinamic de creştere a rezistenţei pentru beton, atât pentru compresiune cât şi pentru întindere, concretizate prin elaborarea unor relaţii de dependenţă. Factorul dinamic de creştere a rezistenţei la compresiune este dat de relaţia.

  fc    f cs   s   fc   s  f cs s

1, 026 s

  

pentru   30 s-1 m/s 1/ 3

pentru   30 s-1 m/s

(1.8) (1.9)

unde : fc – rezistenţa dinamică la compresiune la viteza de deformaţie  ; fcs – rezistenţa statică la compresiune la viteza de deformaţie s ; fc / fcs – factorul dinamic de creştere a rezistenţei la compresiune ;  - viteza de deformaţie în gama 30 . 10-6 la 300 s-1; s = 30 . 10-6s-1 (viteza de deformaţie statică); log  = 6,156 -2;  = 1/(5+9 fcs/fco); fco = 10 Mpa 10

Această formulare prezintă comportarea betonului la acţiuni dinamice, comportare care este reflectată în următoarele proprietăţi : -

într-un sistem de coordonate logaritmice log (DIF) şi log (), relaţia de mai sus este biliniară cu o schimbare de pantă în jurul valorii de 30 s-1;

-

factorul dinamic de creştere a rezistenţei la compresiune este mai mare pentru betoanele cu rezistenţă mai mică la compresiune;

-

factorul dinamic de creştere a rezistenţei la compresiune se raportează la viteza de deformare quasi-statică;

-

creşterea rezistenţei betonului este definită pentru compresiune şi întindere.

Factorul dinamic de crestere a rezistenţei la întindere este dat de relaţia :   ft    f ts   s  fc  f cs

1, 016

  s

pentru   30 s-1   

(1.10)

1/ 3

pentru   30 s-1

(1.11)

unde : ft – rezistenţa dinamică la întindere la viteza de deformare  ; fts – rezistenţa statică la întindere la viteza de deformare s ; ft/fts – factorul dinamic de creştere a rezistenţei la întindere ;  - viteza de deformaţie în gama 30 . 10-6 la 300 s-1 ; s = 30 . 10-1 (viteza de deformaţie statică) ; log  = 7,11  - 2,33 ;  = 1/ (10 + 6 fcs/fco) ; fco = 10 Mpa . 1.4. FACTORUL DINAMIC DE CRESTERE A REZISTENTEI PENTRU ARMATURA Pentru barele de oţel folosite ca armături în structurile din beton armat se pune aceeaşi problemă a creşterii rezistenţei acestora la acţiunea exploziei. Se poate spune că reprezentarea factorului dinamic de creştere a rezistenţei barelor de oţel se poate aproxima cu o linie într-un sistem de coordonate logaritmic, log (DIF) şi log ().    DIF =  4   10 

(1.12)

unde pentru efortul de curgere,  = fy se găseşte că :  fy = 0,074 – 0,040

fy 414

(1.13) 11

iar pentru starea de efort ultim :  fu = 0,019 – 0,009

fy 414

(1.14) unde  este în s-1 iar fy este limita de curgere în Mpa. Aceste relaţii sunt valabile pentru barele a căror limită de curgere este cuprinsă între 290 şi 710 Mpa şi pentru veteze de deformaţie cuprinse în intervalul 10-4 – 225 s-1.

12

CAPITOLUL II PROIECTAREA LUCRARILOR DE IMPUSCARE LA DEMOLAREA CONSTRUCTIILOR 2.1. GENERALITATI Termenul demolare este folosit pentru a defini procesul de distrugere a construcţiilor, turnurilor, podurilor şi a instalaţiilor industriale, prin distrugerea sistemelor complexe de elemente rigide interconectate (grinzi, stâlpi, tranşee, etc). Conducerea operaţiilor de demolare

cu explozivi

este şi astăzi bazată foarte mult pe experienţa practică şi pe empirism. In cele ce urmează se prezintă o succintă bază teoretică a lucrărilor de demolare cu explozivi pornind de la principii bine stabilite ale teoriei construcţiilor civile şi industriale. Unele dintre cele mai importante principii folosite în construcţii este acela al suportului redundant, un suport care este în exces faţă de cel cerut pentru asigurarea stabilităţii. In procesul de demolare este absolut necesar de a îndepărta suporţii redundanţi, pentru a realiza instabilitatea structurii. Acest principiu este ilustrat în figura 2.1. Figura 2.1. Dărâmarea unui suport redundant Structura „Z” este una din maximă stabilitate, având doi stâlpi de sprijin. Demolarea este realizată prin tăierea (retezarea)unuia dintre stâlpi, pentru a crea o „balama”, şi eliminarea celuilalt stâlp. Acest exemplu serveşte pentru a ilustra modul total diferit de abordare a platformei în demolarea structurilor faţă de împuşcarea rocilor. La împuşcarea rocilor, întregul proces este îndreptat către dezintegrarea cât mai avansată a rocii şi de aceea explozivul se amplasează uniform în masivul de extras. In cazul demolării, este suficient a se amplasa exploziv într-un număr limitat de elemente precis definite şi de volume destul de restrânse astfel încât, prin desfăşurarea de forţe minime, să se asigure distrugerea elementelor de susţinere ale structurilor, cauzând prăbuşirea. Instabilitatea este indusă în structură prin acţiunea explozivului în punctele de slăbire atent identificate. Structura se va prăbuşi sub acţiunea forţei de gravitaţie, cu sfărmarea ulterioară a materialului de construcţie datorită încovoierii şi deformării în urma căderii şi a impactului cu solul. De aceea când se proiectează o demolare, este de primă importanţă efectuarea unui atent studiu al structurii. Metoda demolării construcţiilor prin împuşcare a câştigat teren în ţările cu economie dezvoltată, datorită avantajelor sale dintre care menţionăm : 13

-

costurile reprezintă 5 – 10% din costurile demolărilor efectuate prin metode clasice ;

-

tipul de demolare este foarte redus, indiferent de mărimea clădirii ;

-

datorită experienţei acumulate şi apariţiei unor tipuri de explozivi cu grad mare de siguranţă, împuşcarea construcţiilor în ansamblu şi a elementelor constructive ale acestor, se poate proiecta şi conduce cu o precizie ridicată ;

-

se realizează o însemnată economie de forţă de muncă şi se eliberează o serie de utilaje mult solicitate încazul demolărilor clasice ;

-

gradul ridicat de valorificare a materialelor rezultatedin demolare ;

-

se reduce pericolul accidentelor, pericol iminent la lucrările de demolare clasice.

Delolarea construcţiilor se poate face total sau parţial, în fiecare din cele două cazuri se impune îndeplinirea anumitor condiţii specifice. A. Construcţia trebuie demolată complet La demolarea totală a construcţiei trebuie îndeplinite următoarele condiţii ; -

zidurile principale (de rezistenţă) şi zidurile interioare se împuşcă pe aceeaşi linie şi pe o lăţime corespunzătoare ;

-

zona de distrugere (zona pe care explozia o distruge complet) are o lăţime ce depinde de grosimea zidului şi de direcţia de demolare (direcţia în care se doreşte să cadă construcţia) ;

-

la construcţiile rezistente (turnuri din beton armat sau coşuri), acestea trebuie împuşcare pe o lăţime mai mare, în direcţia în care se doreşte să cadă construcţia, decât în partea opusă ;

-

lăţimea zonei de distrugere trebuie să fie mai mare decât grosimea zidului şi dublu faţă de grosimea peretelui, pentru a garanta pe deplin succesul operaţiei ;

-

la construcţiile de cărămidă lăţimea zonei de distrugere trebuie să fie egală pe toată lungimea zidurilor, indiferent de direcţia dorită a căderii. La împuşcarea acestor tipuri de construcţii dirijarea căderii se obţine prin folosirea treptelor de întârziere; zidurile aflate mai aproape de locul de cădere se vor împuşca primele, iar cele din partea opusă se vor împuşca după un anumit interval de timp;

-

locul zonei de distrugere trebuie ales în funcţie de zona în care este amplasată clădirea (intens populată sau nu, distanţa între clădiri, etc.);

-

la construcţiile cu pivniţe, zona de distrugere trebuie să fie amplasată la nivelul pivniţei;

-

dacă în apropierea clădirii există construcţii sau obiective sensibile la vibraţii seismice, zona de distrugere se mută deasupra nivelului solului;

14

-

la zidurile de deasupra nivelului solului, cu două suprafeţe libere, transmiterea undei seismice este aproape inperceptibilă (cca. ¼ din valoarea măsurată în cazul zidurilor îngropate);

-

înălţimea zonei de distrugere faţă de sol se alege în funcţie de uşurinţa executării lucrăruilor de perforare a găurilor. Dacă în zidurile exterioare există multe goluri (uşi, ferestre, etc.) este recomandabil ca înălţimea de distrugere să fie fixată la acest nivel, ţinând cont de zona de aruncare. B. Construcţia trebuie demolată parţial

In aceste cazuri, după linia dorită să se facă demolarea trebuie tăiate elementele constructive, cu ciocane de abataj, trebuie dărâmate sau slăbite corespunzător zidurile. Dacă se poate executa tăierea atunci se perforează găuri dese atât în zid cât şi în acoperiş şi se realizează explozia cu capse instantanee. In cazul în care există două clădiri separate printr-un zid de foc, între cele două clădiri există câtiva centimetri de aer, iar materialul rezultat din împuşcare poate să degradeze zidul vecin. In acest caz se ţine cont de următoarele: -

zidul clădirii aflate în demolare dinspre zidul clădirii care rămâne, trebuie împuşcat cu găuri scurte şi cu încărcături de exploziv reduse. Lungimea găurii nu va depăşi jumătate din grosimea zidului, iar cantitatea de exploziv pe gaură se reduce cu 20% faţă de o încărcătură normală la împuşcarea unui zid;

-

dacă rezistenţa construcţiei vecine este scăzută, dacă este declarată monument, sau există alte cauze speciale, trebuie neapărat să se execute breşe de slăbire în zidul de foc aflat în demolare. Zidul se taie pe 2/3 din grosime. Breşa se execută la 1,0 m deasupra nivelului podelei pe toată lungimea zidului. Lungimea breşei trebuie să fie mai mare decât grosimea zidului;

-

dacă unda seismică care rezultă din calcule depăşeşte limita admisă pentru clădirea vecină şi dacă nu se poate reduce cantitatea de exploziv explodat în acelaşi timp, atunci clădirea trebuie împuşcată în reprize. Această metodă prezintă o serie de neajunsuri şi în special creşte posibilitatea de producere a accidentelor. Metoda se aplică numai în cazul în care nu există alte soluţii pentru realizarea lucrării şi se impun următoarele precauţii : - limitele porţiunii împuşcate trebuiesc astfel alese încât, după împuşcare să nu rămână elemente suspendate sau agăţate; - dacă împuşcarea se execută cu mai multe explozoare ordinea de împuşcare trebuie reglată astfel încât bucăţile rezultate din prima împuşcare să nu afecteze reţeaua pentru împuşcare aferentă celorlalte explozoare.

15

In continuare sunt prezentaţi parametrii care trebuie calculaţi la împuşcarea diferitelor elemente constructive şi porţiuni de construcţii. La calculul parametrilor de împuşcare specifici demolării construcţiilor se folosesc următoarele notaţii : W - anticipantă; Gp - grosimea peretelui paralel cu gaura de mină; Gir - grosimea peretelui transversal pe gaura de mină; a

- distanţa între găuri;

b

- distanţa între rîndurile de gaură;

lg - lungimea de gaură; lgc – lungimea de gaură pentru găurile de colţ; Qg - încărcătura explozivă pe gaură; Qgc- încărcătura explozivă pe gaură de colţ; Qip- mărimea încărcăturii parţiale (discontinue); nip- numărul încărcăturilor parţiale (discontinue); nr - numărul de rânduri de găuri. 2.2 DEMOLAREA ELEMENTELOR CONSTRUCTIVE INDIVIDUALE DIN BETON ARMAT, BETON ŞI ZIDĂRIE Din cadrul acestei categorii fac parte grinzi, stâlpi, coloane de susţinere, ziduri şi fundaţii de tot felul, plafoane şi planşee care trebuie demolate separat. Grinzile şi stâlpii de susţinere sunt de cele mai multe ori de demolat împreună, sub formă de schelete de beton armat. Calculul parametrilor de împuşcare se face pentru fiecare tip de element în parte. Deoarece încărcătura explozivă nu distruge şi armătura metalică ci numai sfărâmă sau afânează betonul dintre armături în funcţie de mărimea încărcăturii, după perforarea găurilor se taie armăturile de rezisternţă în lucrările unde se urmăreşte detaşarea sau ruperea unui element constructiv. Zidurile din beton armat de prima dată se răstoarnă prin plasarea de încărcături explozive pe 1-3 rânduri de găuri orizontale în funcţie de grosimea zidului în secţiunea de rupere şi apoi se distrug cu încărcături de afânare. Din punct de vedere al dimensionării parametrilor deosebim ziduri cu una sau două suprafeţe libere. Anumite ziduri şi fundaţii pot fi distruse şi în felii cu găuri verticale. LA demolarea elementelor constructive individuale din beton armat trebuie să se acorde o atenţie deosebită prevenirii efectului de aruncare a bucăţilor de material, în care scop încărcăturile 16

explozive se acoperă cu diferite materiale îndeosebi pe direcţia unde se impune protejarea unor obiective. 2.2.1. PARAMETRI DE IMPUSCARE PENTRU GRINZI, STALPI SI COLOANE DE SUSTINERE DIN BETON ARMAT, CU GRINZI ORIZONTALE SAU VERTICALE (figura 2.2) Anticipanta : dacă Gp Gtr

Gp Gtr

 1 şi Gtr  0,67 m

W=

Gtr 2

[m] găurile se amplasează pe un rând nn=1

(2.1)

 1 şi

Gtr  0,33mGtr  1,0m.......W  b  3 [m]gãurile..se..amplaseazã .. pe..douã..rânduri..nn  2  G  1,0mGtr  1,72m.....W  b  tr [m]gãurile..se..amplaseazã .. pe..trei ..rânduri..n3  3 4  (2.2)

Figura 2.2. Impuşcarea pe grinzi,stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat, cu găuri orizontale sau verticale Distanţa între găuri : dacă

W  0,20 m

a = 0,30 m

0,20 m W  0,33 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,33 m

(2.3)

a = 0,50 m

Lungimea de gaură : dacă

Gp Gtr Gp Gtr

1

lg = Gp – W [m]

 1 şi Gp  0,67 m

lg = 0,6 . Gp [m]

Gp  0,67 m

lg =

(2.4)

3 Gp [m] 4

se introduc două încărcături discontinue Incărcătura explozivă pe gaură : 17

- pentru sfărâmarea completă a betonului dintre armături : a.l o 2

Qg =

[kg]

(2.5)

- pentru afânarea betonului dintre armături : a.l o 4

Qg =

[kg]

Numărul şi mărimea încărcăturilor parţiale (discontinue) pe gaură : lg

 1,5

nip = 1

 2,5

nip = 2

 3,5

nip = 3

.........................

............

Dacă

a

1,5  2,5 

lg a lg a

Qip =

(2.6)

Qq nip

2.2.2. PARAMETRI DE ÎMPUŞCARE PENTRU ZIDURI DIN BETON ARMAT,SAU ZIDĂRIE, CU UNA SAU DOUĂ SUPRAFEŢE LIBERE, CU GAURI ORIZONTALE Anticipanta :

W = 0,5

Gp

[m]

Distanţa între găuri -

pentru beton armat W  0,20 m

dacă

a = 0,30 m

0,20 m W  0,33 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,33 m -

a = 0,50 m

pentru beton şi zidărie W  0,20 m

dacă

(2.7)

a = 0,30 m

0,20 m W  0,67 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,67 m

(2.8)

a = 1,0 m

Distanţa între rânduri : b = 0,866 . a

[m]

Lungimea de gaură : - pentru ziduri du două suprafeţe liberă (fig.2.3.a) -

- pentru ziduri cu o suprafaţă liberă (fig.2.3.b) :

pentru beton armat 18

dacă

dacă

2 . Gp 3

Gp  1,0 m

lg = 0,6 Gp [m]

lg =

Gp  1,0 m

lg = Gp – 0,43 [m]

lg = Gp – 0,33 [m]

[m] (2.9)

pentru beton şi zidărie : 2 . Gp 3

Gp  2,0 m

lg = 0,6 Gp [m]

lg =

Gp  2,0 m

lg = Gp – 0,85 [m]

lg = Gp – 0,67 [m]

[m] (2.10)

Figura 2.3. Impuşcarea de ziduri din beton armat, beton sau zidărie cu una sau două suprafeţe libere, cu găuri orizontale: a-ziduri cu două suprafeţe libere; bziduri cu o suprafaţă liberă. Incărcătura explozivă pe gaură : pentru beton armat dacă

pentru beton şi zidărie

W  1,0 m

Qg =

W  1,0 m

Qg =

al g

[kg]

2 al g W 2

Qg =

[kg]

al g 2,5

Qg =

[kg]

al g W 2,5

(2.11) [kg]

Numărul şi mărimea încărcăturilor parţiale (discontinue) pe gaură se stabileşte în mod analog ca pentru grinzi şi stîlpi de susţinere din beton armat. 2.2.3.PARAMETRI DE IMPUŞCARE PENTRU PLAFOANE DIN BETON ARMAT SI PLANSEE DIN BETON ARMAT SAU BETON CU GRINZI VERTICALE Anticipanta : - pentru platforme (fig.2.4.a)

- pentru planşee (fig,.2.4.b)

W  0,20 m

a = 0,30 m

0,20 m W  0,33 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,33 m

(2.13)

a = 0,50 m

Distanţa între rânduri : B = 0,866 . a

[m]

(2.14)

Lungimea de gaură : - pentru plafoane

- pentru planşee 19

lg =

2 Gp [m] 3

lg =

3 Gp 4

[m]

(2.15)

Figura 2.4. Impuşcarea de plafoane din beton armat şi planşee din beton armat sau beton cu găuri verticale : a – plafoane; b – planşee. Incărcătura explozivă pe gaură: - pentru beton armat

Qg =

- pentru beton

Qg =

a.l g 2 a.l g 2,5

[kg]

(2.16)

[kg]

2.2.4. Parametri de împuşcare pentru fundaţii şi ziduri din beton armat, beton sau zidărie, cu găuri verticale (fig.2.5) Anticipanta: - pentru beton armat dacă

Gp Gtr

1

- pentru beton şi zidărie şi

Qtr  0,67 m

dacă

W=

Gtr 2

W=

2 . Gtr 3

Gp Gtr

Qtr  1,34

m

(2.17)

[m] – pentru ziduri sau fundaţii cu 2 suprafeţe libere [m] – pentru ziduri sau fundaţii cu 1 suprafaţă liberă

1

0,33 m

 Qtr  1,0 m - pentru beton armat

0,67 m

 Qtr  2,0 m - pentru beton

(2.18)

20

Figura 2.5. Impuşcarea de fundaţii şi ziduri din beton armat, beton sau zidărie, cu găuri verticale: a-ziduri sau fundaţii cu două suprafeţe laterale libere; bziduri sau fundaţii cu o suprafaţă liberă; c- fundaţii fără suprafeţe laterale libere. W=b=

Gtr 3

[m]

Distanţa între găuri : -

pentru beton armat : W  0,20 m

dacă

a = 0,30 m

0,20 m W  0,33 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,33 m -

(2.19)

a = 0,5 m

pentru beton şi zidărie W  0,20 m

a = 0,30 m

0,20 m W  0,67 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,67 m

(2.20)

a = 1,0 m

Lungimea de gaură : - la distrugerea pe felii

- la ultima felie

Lg = Gp = grosimea feliei [m]

Lg = Gp -

W 2

[m]

(2.21)

Incărcătura explozivă pe gaură : - la împuşcarea de sfărâmare - pentru beton armat

Qg =

- la împuşcarea de afânare a.L g 2

[kg]

Qg =

a.L g 4

[kg]

(2.22) - pentru beton şi zidărie Qg =

a.L g 2,5

[kg]

Qg =

a.L g 5

[kg]

21

Numărul şi mărimea încărcăturilor parţiale (discontinue) pe gaură: se stabileşte în mod analog ca pentru grinzi şi stâlpi de susţinere din beton armat. 2.3. DEMOLAREA CLĂDIRILOR DIN ZIDARIE Clădirile din zidărie sunt construcţii din cărămidă, bolţari sau piatră naturală sau la care partea portantă este constituită din aceste materiale. Pentru demolarea clădirilor se crează o secţiune de rupere plasată la parterul clădirii sau în pivniţă, iar în unele situaţii la ambele nivele. Plasarea secţiunii de rupere în pivniţă sub nivelul solului în ziduri cu o suprafaţă liberă, elimină complet efectul de aruncare a bucăţilor de material. Secţiunea de rupere la nivelul parterului se plasează la 0,5-0,8 m deasupra pardoselei pe un număr de rânduri de găuri orizontale în funcţie de grosimea zidurilor. Dacă clădirea are în zidurile exterioare multe goluri (ferestre, uşi) secţiunea de rupere se plasează la acest nivel. Demolarea clădirilor se poate face prin dărâmarea ei pe locul construcţiei sau prin dirijarea dărâmării într-o anumită direcţie, folosind împuşcarea cu întârziere. Căderea clădirilor într-o anumită direcţie se poate obţine numai în cazul construcţiilor înalte şi zvelte. Dacă se impune demolarea parţială a unei clădiri se aleg ca limite rosturile de delatare sau se rează în prealabil şliţuri de separare. La demolrea clădirilor ce necesită un număr mare de încărcături, pentru explodarea cărora fie că se folosesc explozoare de mare capacitate, fie că se folosesc grupe de încărcături de aceeaşi întârziere, legate între ele cu reţele de fitil detonant. Colţurile clădirilorcrează zone de rezistenţă mărită care trebuie luate în considerare la calculul încărcăturii aferente. Dacă există colţuri rezultate din îmbinarea a mai multor ziduri de diferite grosimi, în calcul se iau zidurile cu grosimea cea mai mare. Puncte de rezistentă suplimentare constituie şi hornurile şi canalele de aerisire. Hornurile au de regulă secţiuni interioare de 0,13 x 0,13 m sau 0,26 x 0,26 m cu grosimea peretelui de 0,12 – 0,25 m. Pentru distrugerea hornurilor se folosesc încărcături concentrate de 0,200 – 0,600 kg, introduse în horn prin fostul canal de legătură cu soba şi suspendat la nivelul secţiunii de rupere a zidurilor. La amplasarea găurilor în ziduri prima gaură se plasează direct la marginea hornului. La demolarea clădirilor, dimensionarea parametrilor de împuşcare se face separat pentru ziduri, colţuri, coloane şi stâlpi de susţinere. 2.3.1. PARAMETRI DE ÎMPUSCARE PENTRU ZIDURI CU DOUA SAU CU O SUPRAFATA LIBERA In calcul se iau zidurile a căror grosime este mai mare de 0,12 m. Zidurile cu grosimi  0,1m se distrug parţial sau total cu metode clasice înainte de împuşcare. Anticipanta :

W = 0,5 Gp

[m]

(2.23) 22

Distanţa între găuri : W  0,20 m

dacă

a = 0,30 m

0,20 m W  0,67 m

a = 1,5 . W [m]

W  0,67 m

(2.24)

a = 1,0 m

Numărul minim de rânduri de găuri : Gp  0,50

dacă

nr = 1

0,50  Gp  0,70 m

nr = 2

1,70 m  Gp  2,55 m

nr = 3

(2.25)

Distanţa între rânduri : B = 0,866 . a

[m]

(2.26)

Lungimea de gaură :

Figura 2.6. Impuşcarea de ziduri de clădiri cu două sau o suprafaţă liberă, cu găuri orizontale: a- ziduri de clădire cu două suprafeţe laterale libere; b- ziduri de clădire cu o suprafaţă normală liberă - pentru ziduri cu două suprafeţe

- pentru ziduri cu o suprafaţă

liberă (fig.2.6.a)

liberă (fig.2.6.b)

dacă Gp  0,50 m

lg = 0,6 . Gp

[m]

2 Gp 3

0,50 m  Gp  2,0

m

lg =

Gp  0,2

m

lg = Gp – 0,67 [m]

[m]

lg = lg =

3 Gp 4 4 Gp 5

[m] [m]

(2.27)

lg = Gp – 0,67 [m]

Pentru colţuri de ziduri cu una două suprafeţe libere (fig.2.7) ; -

colţuri cu ziduri de aceeaşi grosime (fig.2.7. a şi b) Gpa = Gpb

lgc =

2 . lg

[m]

(2.28)

23

Figura 2.7. Impuşcarea colţurilor de ziduri ale clădirilor: a- colţuri de clădire cu ziduri de aceeaşi grosime şi două suprafeţe laterale; b- colţuri de clădire cu ziduri de aceeaşi grosime şi o suprafaţă laterală liberă; c- colţuri de clădire cu ziduri de grosimi diferite şi două suprafeţe laterale libere; d- colţuri de clădire cu ziduri de grosimi diferite şi o suprafaţă laterală liberă. - colţuri cu ziduri de grosimi diferite (fig.2.7. cşi d) Gpa  Gpb

2 2 l ga  l gb

lgc =

[m]

(2.29)

Incărcătura explozivă pe gaură : - pentru ziduri cu una sau două

- pentru colţuri cu una sau două

suprafeţe libere

suprafeţe libere

dacă Gp  0,5

Qg = a - lg

0,50 m  Gp  2,0

m

Qg =

Gp  0,2

m

Qg =

[kg]

a.l g

Qgc = a . lgc

[kg]

2

a.l b.W [kg] 2

Qgc = Qgc =

[kg]

a.l gc

[kg]

2

a.l gcW 2

(2.30)

[kg]

2.3.3. PARAMETRI DE IMPUSCARE PENTRU STÂLPI, PILONI SI COLOANE DE SUSTINERE DIN ZIDARIE (FIG. 2.8) Anticipanta : Gp Gtr Gp Gtr

Gtr 2

1

şi Gtr  1,3 m ;

 1

şi 0,67 m  Gtr  2,0 m ; W = b =

W=

[m] găurile se amplasează pe un rând nR = 1 Gtr 3

[m] găurile se amplasează pe douã rânduri nR = 2

2,0 m  Gtr  3,40 m ; W = b =

Gtr 4

(2.31)

[m] găurile se amplasează pe rânduri nR =3

Distanþa între gãuri : dacã

W  0,20 m

a = 0,30 m 24

0,20 m  W  0,67 m

a = 1,5 . W

[m]

(2.32)

Figura 2.8. Impuşcarea de stâlpi, piloni şi coloane de susţinere din zidãrie, cu gãuri orizontale dacă

(a + W)  Gmin

ng = 2 găuri/rând

(a + W)  Gmin

ng = 3 găuri/rând

(2.33)

Lungimea de gaură : Gp

dacă

Gtr Gp Gtr

1  1

lg = Gp – W [m] Gp  2,0

şi

m

lg = 0,6 . Gp [m]

1,0 m  Gp  1,34 m

lg =

Gp  1,34 m

lg =

2 . Gp 3

(2.34)

[m]

3 . Gp [m] 4

Incărcătura explozivă pe gaură : Qg =

a.l g 2

[kg]

(2.35)

2.4. DEMOLAREA BOLTILOR Bolţile sunt construcţii din zidărie de cărămidă, bolţari, piatră naturală şi foarte rar din beton. Acest tip de construcţii este întâlnit la acoperirea de încăperi, în construcţia tunelurilor, acoperirea de canale subterane şi construcţia de poduri. In funcţie de forma bolţii se alege modul de demolare : -

cu şliţuri;

-

pe întreaga suprafaţă.

Dacă bolta este sau se poate elibera de ambele suprafeţe, atunci găurile se forează radial faţă de curbura bolţii de sus în jos şi numai în cazuri de excepţie, când nu este posibil acest lucru, se execută forarea de pe schele de sub boltă, de jos în sus. La demolarea prin şliţuri plasate în coamă sau coamă şi baza bolţii, acestea trebuie să aibă o lăţime dublă faţă de grosimea bolţii. La bolţi în formă de semicerc şliţul se lărgeşte cu un rând de găuri, executându-se şi şliţuri la baza bolţii. La împuşcarea pe întreaga suprafaţă, găurile se 25

amplasează pe rânduri dispuse paralel cu deschiderea bolţii. In toate cazurile, găurile de pe două rânduri învecinate se amplasează în eşichier. Toate încărcăturile aferente unui şliţ se iniţiază cu aceeaşi treaptă de întârziere. Dacă se împuşcă şliţuri în coamă şi la baza bolţii, încărcăturile din coamă se iniţiază cu treaptă 0, iar cele de la baza bolţii cu întârziere, la un interval de timp de 23-70 ms. Dacă din punct de vedere seismic se impune împuşcarea unui număr mai mic de găuri, atunci se iniţiază 1-2 rânduri centrale de găuri ale şliţului cu treapta 0 şi rândurile extreme cu prima treaptă de întârziere. La împuşcarea pe întreaga suprafaţă se aplică împuşcarea cu întârziere cu un interval de timp de 23-50 ms între rânduri, de la o margine la cealaltă a bolţii, sau concomitent dinspre ambele margini înspre rândul din mijloc. Pentru prevenirea efectului de aruncare, încărcăturile explozive se acoperă cu covor din bandă de cauciuc sau cu alte materiale adecvate. 2.4.1. PARAMETRI DE IMPUŞCARE Anticipanta : W = 0,5 . Gp

[m]

(2.36)

Distanţa între găuri : W  0,20 m

a = 0,30 m

0,20 m  W  0,67 m

a = 1,5 . W

dacã

W  0,67 m

[m]

(2.37)

a = 1,0 m

Distanţa între rânduri : b = 0,866 . a

[m]

Numărul de rânduri de găuri la împuşcarea de şliţuri în coama bolţii : -

la bolţi sub formă de segment de cerc (fig.2.9.a) 2.G p

nR =

dacă rezultă.

b

nR  1,5

-

se alege

nR = 1

1,5  nR  2,5

nR = 2

2,5  nR  3,5

nR = 3

(2.38)

la bolţi sub formă de semicerc (fig.2.9.b) nR =

2.G p b

1

(2.39) Numărul de rânduri de găuri la şliţurile de la baza bolţii (fig.2.9.b): nR bază =

nR 2

26

Figura 2.9. Impuşcarea bolţilor: a- împuşcarea unui şuţ în coamă, la bolţi sub forma de segment de cerc; b- împuşcarea de sliţuri la baza bolţii şi în coamă, la bolţi sub formă de semicerc; c- împuşcarea de rânduri de găuri pe întreaga suprafaţă, la bolţi cu două suprafeţe libere; dîmpuşcarea de rânduri de găuri pe întreaga suprafaţă la bolţi cu o suprafaţă liberă. Numărul de rânduri de găuri la împuşcare pe întreaga suprafaţă a bolţii : nR =

Lãtimea..boltii -1 b

(2.40)

Lungimea de gaură : dacã:

-

la bolţi cu ambele suprafeþe libere (fig.2.9.a.b.c) ; 2 . Gp 3

Gp  2,0 m

lg =

Gp  2,0 m

lg = Gp – 0,67 [m]

[m]

(2.41)

la bolţi cu o suprafaţă liberă (fig.2.9.d)

dacă 3 . Gp 4

Gp  2,67 m

lg =

Gp  2,67 m

lg = Gp – 0,67 [m]

[m]

(2.42)

Incărcătura explozivă pe gaură : - la împuşcarea de şliţuri

- la împuşcarea pe întreaga suprafaţă 27

dacă W  1,0 m

Qg =

W  1,0 m

Qg =

a.l g 2

[kg]

Qg =

a.l g 2,5

[kg]

(2.43) a.l g .W 2

[kg]

Qg =

a.l g .W 2,5

[kg]

2.5. DEMOLAREA COŞURILOR INDUSTRIALE Coşurile industriale au de regulă secţiune circulară şi în cazuri mai restrânse pătratică, dreptunghiulară sau hexagonală. Ele sunt constituite din zidărie de cărămidă sau din beton armat. La demolarea coşurilor industriale deosebim trei procedee: -

răsturnarea coşului într-o anumită direcţie;

-

căderea în sine pe locul construcţiei;

-

răsturnarea coşului cu lungime scurtă într-o anumită direcţie.

Pentru răsturnarea unui coş într-o anumită direcţie, în cazul celor din zidărie, întreaga încărcătură explozivă se amplasează în jurul secţiunii dinspre direcţia de cădere (fig.2.10) iar în cazul celor din beton armat în 2/3 din secţiune dinspre direcţia decădere (fig.2.13). La căderea în sine pe locul construcţiei coşului, şi aceasta numai în cazul celor din zidărie, încărcătura explozivă se repartizează uniform în întreaga secţiune a coşului (fig.2.12).

Figura 2.10. Plasarea găurilor pentru demolarea prin răsturnare a coşurilor din zidărie

Figura 2.11. Plasarea găurilor pentru demolarea prin răsturnare cu lungime scurtă a coşurilor din zidărie

Figura 2.12. Plasarea găurilor pentru demolarea prin cădere pe loc în sine a coşurilor din zidărie 28

Figura 2.13. Plasarea găurilor pentru demolarea prin răsturnare a coşurilor din beton armat La răsturnarea cu lungime scurtă într-o anumită direcţie încărcătura explozivă se amplasează şi în jumătatea opusă căderii (fig.2.11), unde iniţierea se realizează cu întârziere de cel puţin 250 ms faţă de încărcătura pe direcţia de cădere. Cel mai sigur şi frecvent procedeu aplicat este cel prin răsturnarea coşului într-o anumită direcţie. Secţiunea de rupere se plasează în general la 1 m deasupra solului, dacă coşul are pe toată lungimea sa aceeaşi formă, iar în cazul celor aşezate pe fundaţii deasupra acesteia. In zona secţiunii de rupere se demonstrează toate elementele adiţionale ca : scări metalice, paratrăsnete, inele metalice şi altele. Deschiderile din zidăria coşului în zona secţiunii de rupere, care pot influenţa negativ căderea se zidesc. Deschiderile care se găsesc pe axa de cădere se menţin, iar dacă o deschidere este situată în una din limitele zonei de detaşare se execută şi o a doua deschidere la cealaltă limită. La coşurile din beton armat se impune în mod obligatoriu executarea la limita zonei de detaşare de deschideri (şliţuri) cu înălţimea egală cu cea a zonei de detaşare şi lăţimea egală cu dublul grosimii peretelui. Deschiderile (şliţurile) servesc şi la cercetarea modului de construcţie şi la stabilirea dimensiunilor elementelor constructive ale coşului în secţiunea de rupere. Coşurile industriale au în general în interior o căptuşeală cu grosime de până la 0,38 m prinsă cu lamele de coş, menţinându-se un spaţiu gol de 0,05 – 0,5 m. Căptuşelile cu grosimi de până la 0,15 m nu se iau în consideraţie la împuşcare. La coşurile cu căptuşeli groase de 0,15 – 0,24 m se folosesc încărcături explozive mărite plasate în zidăria coşului, care conduc şi la distrugerea căptuşelii. In cazul existenţei unor căptuşeli mai groase de 0,25 m se execută şi împuşcarea acesteia cu încărcături plasate pe un rând de găuri înspre direcţia de răsturnare. La demolarea coşurilor industriale din zidărie cu grosimi de până la 0,67 m se folosesc cartuşe de exploziv cu  25 mm, iar la zidării mai groase se folosesc cartuşe de exploziv cu diametrul de 40 – 50 mm. Ca material de buraj se foloseşte ipsosul amestecat cu nisip. Ca mod de împuşcare se aplică de regulă cel cu iniţiere instantanee, iar la răsturnarea cu lungime scurtă, împuşcarea cu întârziere. Pentru prevenirea efectului de aruncare a schijelor se acoperă încărcăturile explozive cu diferite materiale, de exemplu, covor de cauciuc, baloturi de paie sau altele.

29

2.5.1. PARAMETRI DE IMPUŞCARE Anticipanta : W = 0,5 . Gp

[m]

(2.44)

Distanţa între găuri : - pentru coşuri din zidărie

- pentru coşuri din beton armat

dacă W  0.20 m

a = 0,30

W  0,20 m

m

0,20 m  W  0,67

m

a = 1,5 . W m

W  0,67

m

a = 1,0

a = 0,30 m

0,20 m W  0,33 m W  0,33 m

m

a = 1,5 . W a = 0,5 m (2.45)

Distanţa între rânduri : B = 0,866 . a [m]

(2.46)

Numărul de rânduri de găuri : - demolare prin răsturnare într-o anumită direcţie: - pentru coşuri din zidărie

- pentru coşuri din beton armat

nR = 3 în zona centrală pe ¼ din circumferinţă

nR =

pe direcţia de cădere (fig.2.10)

2G p b

dar minim 3 rânduri pe 2/3

din circumferinţă (fig.2.13)

nR = 1 în restul de până la ½ din circumferinţă (fig.2.10) - demolare prin cădere ăn sine pe locul construcţiei -

numai pentru coşuri din zidărie

dacă W  0.63 m 0,67 m  W  1,34

m

nR = 2

pe toată circumferinţa (v. Fig.2.12)

nR = 3

(2.47)

Lungimea de gaură : dacă Gp  2,0 m

pentru coşuri din zidărie

Gp  1,33 m

pentru coşuri din beton armat

lg =

2 . Gp 3

[m]

(2.48)

pentru coşuri fără căptuşeală sau când grosimea acesteia este mai mică de 0,15 m.

lg =

3 . Gp 4

[m]

pentru coşuri cu căptuşeli groase de 0,15 – 0,25 m.

Incărcătura explozivă pe gaură : dacă W 1

m

Qg = a . lg

[kg]

(2.49) 30

W 1 m

Qg = a . lg .W

[kg]

2.6. DEMOLAREA TURNURILOR Turnurile se deosebesc de celelalte construcţii, prin zvelteţea lor. Pentru demolare prin împuşcare o construcţie se încadrează la turnuri când înâlţimea este de cel puţin 10 m, iar dimensiunea cea mai mare a bazei, respectiv diametrul exterior, este  1/3 din înălţime. Procedeele de demolare ale turnurilor sunt identice cu cele ale coşurilor industriale. Dacă un turn trebuie răsturnat într-o anumită direcţie, atunci prin împuşcare trebuie desprinsă din turn o pană de detaşare. Lungimea penei trebuie să fie de 2/3 din suprafaţa bazei, iar la cele rotunde 2/3 din circumferinţă (fig.214). La turnuri din zidărie, înălţimea penei de detaşare trebuie să fie cel puţin dublu grosimii peretelui (fig.2.14). La turnuri din beton armat trebuie să se facă deosebire între construcţii cu pereţi masivi şi construcţii sub formă de schelet. Si la construcţii din pereţi masivi lungimea penei de detaşare trebuie să fie 2/3 din suprafaţa bazei în dreptul secţiunii de rupere. Inălţimea penei este dependentă de dimensiunile bazei turnului şi de grosimea zidului şi poate fi cuprinsă între 3 şi 20 ori grosimea zidului. Aceasrtă înălţime se poate stabili şi grafic. Prin rotirea în punctul 0 a centrului de greutate M a turnului până în M’ pe faţa exterioară a zidului în direcţia de răsturnare, obţinem unghiul  , care va fi unghiul de vârf al penei de detaşare (fig.2.15).

Figura 2.14. Dimensiunile penei de detaşare la demolarea turnurilor de zidărie prin răsturnare într-o anumită direcţie Turnurile construite sub formă de schelet din beton armat se demolează numai prin răsturnare, distrugându-se în acest sens picioarele de sprijin. Pe partea în care se răstoarnă turnul, se distrug picioarele pe înălţimea care să ducă la răsturnarea turnului, iar pe partea opusă se execută numai o fracturare a stâlpilor. Incărcătura explozivă destinată fracturării sedetonează cu o întârziere de 75 – 100 ms faţă de cea din direcţia de cădere. In zona de fracturare şi în cea de distrugere se execută în prealabil o tăietură în armăturile metalice de rezistenţă. 31

In cazul turnurilor din zidărie pentru a se realiza căderea în sine pe locul construcţiei, încărcătura explozivă se separtizează uniform pe ăntreaga secţiune. Indiferent de metoda de demolare, dacă turnul are şi pereţi interiori sau stâlpi de susţinere, se va ţine seama şi de aceştia. Secţiunea de rupere se alege astfel ca să se poată realiza uşor perforarea găurilor. In majoritatea cazurilor se impune construirea de schele de lucru.Găurile se pot perfora din exterior sau interior. La detonarea încărcăturilor din pana de detaşare se foloseşte împuşcarea instantanee. La răsturnarea cu lungime scurtă, sau la

Figura 2.15. Stabilirea grafică a

construcţiile sub formă de schelet din beton armat, se

înălţimii penei de detaşare.

aplică împuşcarea cu întîrziere de milisecunde. In funcţie de obiectivele din jur pentru reducerea efectului de aruncare, încărcăturile explozive se acoperă cu covoare din bandă sau cu baloturi din paie. 2.6.1. PARAMETRII DE IMPUSCARE Anticipanta: W = 0,5 . Gp

[m]

(2.50)

Distanţa între găuri : - pentru turnuri din zidărie W  0.20 m

a = 0,30

- pentru turnuri din beton armat m

0,20 m  W  0,67

m

a = 1,5 . W m

W  0,67

m

a = 1,0

m

W  0,20 m 0,20 m W  0,33 m W  0,33 m

a = 0,30 m a = 1,5 . W [m] a = 0,5 m (2.51)

Distanţa între rânduri : b = 0,866 . a [m]

(2.52)

Numărul de rânduri de găuri : -

demolare prin răsturnare într-o anumită direcţie : - pentru turnuri din zidărie nR =

2.G p b

+1

- pentru turnuri din beton armat nR – se stabileşte în funcţie de lungimea bazei şi grosimea peretelui sau pe cale grafică

dacă rezultă 32

nR  3,5

se alege

nR = 3

3,5 nR  4,5

nR = 4

4,5 nR  5,5

nR = 5

-

demolare prin cădere în sine pe locul construcţiei.

-

numai pentru turnuri din zidărie

(2.53)

dacă Gp  0,67

m

nR = 2

0,67 m  Gp  1,34

m

nR = 3

- pe toată circumferinţa (2.54)

Lungimea de gaură : dacă Gp  2,00

m

pentru turnuri din zidărie

Gp  1,33

m

pentru turnuri din beton armat

lg =

2 . Gp 3

[m]

(2.55) Incărcătura explozivă pe gaură : dacă W  1,0

m

Qg = a . lg

W  1,0

m

Qg = a . lg . W

[kg]

(2.56) [kg]

2.7. DEMOLAREA CLADIRILOR INALTE CU DIRIJAREA CADERII IN SENSUL DORIT In lucrările de demolare trebuie ţinut cont permanent de condiţiile specifice ale zonei unde se execută împuşcarea. Aproape în totalitatea cazurilor căderea construcţiilor tebuie să fie dirijată într-o numită direcţie pentru evitarea blocării arterelor de circulaţie, evitarea avariei altor clădiri şi obiective. Prin dirijarea demolării se poate limita transmiterea undei de şoc şi aruncarea fragmentelor de material într-un sens, sensul opus căderii. Pentru dirijarea căderii în sensul dorit schema de găuritrebuie executată corect şi trebuie stabilită corespunzător ordinea împuşcării. Găurile se amplasează pe partea clădirii unde se doreşte căderea în funcţie de grosimea zidurilor se execută mai multe rânduri de găuri (2-5). In acelaşi mod se perforează zidurile laterale şi zidurile interioare care depăşesc grosimea de 2 cm. Zidul portant (de rezistenţă), din partea opusă căderii, nu se perforează. Pentru o bună dirijare a căderii se folosesc capse elastice cu micro-întârziere sau capse milisecundă. Se recomandă, pe cât este posibil, folosirea capselor milisecundă. 33

Modul de amplasare a găurilor este redat în figura 2.16.

Figura, 2.16. Modul de amplasare a găurilor la demolarea clădirilor înalte 2.8. DEMOLAREA CLĂDIRILOR REZIDENTIALE Pentru asigurarea luminii naturale şi a ventilaţiei, secţiunile transversale a acestor tipuri de clădiri au o lăţime în general mai mare decât 12 m (fig.2.17). De aceea, clădirea tipică are o schemă structurală ce se bazează pe un cadru de rezistenţă, constând din plăci (beton) cu armătura în direcţii perpendiculare şi sprijinite pe un sistem central şi periferic de grinzi.

Figura 2.17. Structura tipică de clădire rezidenţială Structura poate fi considerată ca fiind construită pe două grupuri de cadre, unul transversal cu trei (3) piloni şi două (2) grinzi pe fiecare etaj, şi unul longitudinal cu 5-14 piloni pe fiecare etaj şi distanţa între doi stâlpi consecutivi de 3-4 m. Aceste valori pot fi mai mari pentru că, în clădirile normale cu faţade lungi există un rost de dilatare la fiecare 40-50 m. Cadrele longitudinle sunt identice în faţă şi în spate şi pentru rândul central de stâlp. In cazul existenţei plăcilor de beton, cadrele transversale nu sunt cadre în sensul adevărat al cuvântului, deoarece legătura între stâlpi şi structura orizontală se face prin grinzile longitudinale. In consecinţă, momentele de încovoiere din plăci sunt transferate prin torsiunea grinzilor. De aceea, 34

expertul în demolare trebuie să ia în considerare punctele tari ale construcţiei faţă de inginerul constructor care stabileşte punctele slabe ale construcţiei. Exerciţiul de bază în planificarea demolării este imaginea structurii ipotetice realizată din interconectarea fermă a plăcilor şi stâlpilor, cu ignorarea punctelor slabe posibile. In acest model ipotetic, plăcile vor avea o lăţime egală cu distanţa medie dintre centrele stâlpilor adiacenţi. Se consideră structura standard, o structura cu distanţa între stâlpi (piloni) la faţadă cât şi central la 3 m unul de altul, iar cele 3 rânduri de piloni distanţate la 5 m (AB) respectiv 7 m (BC), fig.2.18. In cazul demolării se ţine cont în primul rând de solicitarea permanentă, care se calculează considerând cu aproximaţie : 250 kg/m2 – pentru plăci; 250 kg/m2 – pentru planşee; 50 kg/m2 – pentru linia pereţilor;

Fig.2.18. Diagrama de interconectare între plăci,grinzi şi piloni în clădiri rezidenţiale

(în cazul unei camere mari). In funcţie de aceasta se calculează momentele între puncte (A,B,C), respectiv MAB, MBC. Se poate calcula rigiditatea asociată fiecărui pilon, după relaţia : W = KJ Io/l unde : K – coeficient ce depinde de forma grinzii; J – modulul de elasticitate al grinzii; Io- momentul de inerţie al grinzii; l - lăţimea grinzii. W – exprimă capacitatea grinzii de a rezista la rotaţia indusă la capătul momentului. Se pot calcula, prin aproximări succesive, momentele în punctele A,B,C, respectiv MA,MB,MC. In continuare, calculându-se presiunile maxime în pilon, se examinează dacă prin scoaterea unui dintre piloni A,B sau C se compromite stabilitatea structurii. Prin eliminarea rândului central de piloni, de la etaj coborând spre podea, este asigurată prăbuşirea clădirii. Este recomandabil, dacă situaţia o permite, să se creeze discontinuităţi într-unul din rândurile periferice de piloni, pentru că, în timpul prăbuşirii, înclinarea construcţiei introdusă de momentele adiţionale din piloni şi mărirea spărturilor, direcţionează căderea în cea mai apropiată direcţie.

35

In practică, această problemă este complicată de faptul că orice clădire de acest tip are casa scărilor şi lift. Acestea, în general au pereţi cu armături din fier beton, iar datorită formei constituie un element de rezistenţă cu mare influenţă în direcţionarea prăbuşirii. Casa scării sau pereţii liftului dau mai multă rezistenţă stucturii decât pilonii şi plăcile, creind un moment de inerţie foarte important. Datorită celor arătate mai sus, o procedură de demolare corectă se realizează prin crearea unei zone de discontinuitate în pereţii liftului. Similar trebuie procedat şi în cazul celor doi pereţi ai casei scărilor. 2.9. IMPUŞCAREA ELEMENTELOR METALICE Construcţiile metalice se pot dezmembra pe cale mecanică prin tăiere şi prin împuşcare cu exploziv. Pentru împuşcarea elementelor metalice se folosesc explozivi cu brizanţă mare, în primul rând dinamita. Explozivul se aşează pe suprafaţa metalică supusă împuşcării, cu încărcătura aplicată şi în găuri perforate. In ambele cazuri se acordă o atenţie deosebită lucrărilor de burare. La încărcăturile aplicate explozivul face contact direct cu metalul. La împuşcarea elementelor din profile şi laminate explozivul se amplasează în aşa fel încât profilul să fie supus la forţa de forfecare, ca în fig.2.19. Explozivul se poate fixa cu sfoară sau cablu metalic subţire. Efectul exploziei se poate mări folosind burajul adecvat. Ca material de buraj este indicată folosirea nisipului, a argilei, sau a sacilor de polietilenă umpluţi cu apă. Forfecarea perfectă se realizează în cazul în care încărcăturile aşezate în cele două planuri de forfecare, explodează în acelaşi timp. Pentru iniţiere se folosesc capse milisecundă, capse instantanee, sau fitil detonant. Dacă explozia trebuie dirijată sau efectuată după o linie se indică slăbirea prealabilă a rezistenţei construcţiei. In acest scop se folosesc încărcături cumulative dirijate. Incărcăturile

Fig.1.19. Amplasarea încărcăturii explozive pentru

cumulative trebuiesc burate

forfecarea unui profil metalic: 1-fitil detonant;2-

corespunzător. După slăbirea

exploziv;3-buraj;4-capsă;G-zonă de distrugere;

aşa numitelor suprafeţe de tăiere, împuşcarea construcţiilor metalice se poate facecu încărcături 36

mai mici, fig.2.20.Această metodă este folosită numai în cazuri deosebite,

Fig.2.20. Incărcături cumulative dirijate:1-fitil

fiindcă estecostisitoare şi necesită o

detonant;2-încărcături cumulative;3-zonă slabită

muncă suplimentară.

după împuşcare.

Necesarul de exploziv este în funcţie de diametrul materialului şi consumul specific de exploziv. Q=S.q

[kg]

(2.57)

unde: Q – este cantitatea de exploziv necesară, kg; S – suprafaţa transversală a profilului metalic, cm2 ; q - consumul specific de exploziv, kg/cm2; Valoarea lui q se determină prin încercări. Primele încercări se execută cu q = 0,05 kg/cm 2 şi în funcţie de rezultatul obţinut se măreşte sau se micşorează cantitatea de exploziv. Cantitatea de exploziv este în funcţie de starea de tensiune a materialului. Profilele supuse la forţa de tracţiune necesită o cantitate mai mică de exploziv decât cele care sunt supuse la forţa de compresiune, diferenţa fiind de 15 – 20%. Valorile practice ale consumului specific de exploziv în funcţie de tipul solicitării elementului metalic sunt : -

pentru profile supuse la întindere q = 0,025 kg/cm2;

-

pentru profile nesupuse la solicitări q = 0,030 kg/cm2;

-

pentru profile solicitate la compresiune q = 0,035 kg/cm2.

Din punct de vedere al securităţii la efectuarea distrugerii elementerlor metalice, încărcăturile explozive sunt acoperite cu bandă de cauciuc, plase, baloturi din paie sau alte materiale, iar distanţa de siguranţă se stabileşte la 1000 m. La construcţiile compuse din mai multe elemente, cantitatea de exploziv rezultată din calcule trebuie repartizată în funcţie de numărul suprafeţelor. Pentru uşurarea muncii se pot folosi suporturi din lemn pentru exploziv. Prin aceasta se obţine un contact perfect între exploziv şi suprafaţa supusă împuşcării. In aceste suporturi aranjarea explozivbului trebuie făcută ca să se respecte schema din fig.2.21. Prin folosirea suporturilor, confecţionate pentru fiecare punct de împuşcare în funcţie de forma lui, se poate reduce substanţial timpul de pregătire al împuşcării şi se pot evita greşelile de amplasare şi fixare a explozivului. Interiorul suportului se umple cu nisip sau argilă. Suportul se acoperă cu saci de nisip. In cazul că în construcţie există cabluri metalice, acestea nu se împuşcă, recomandându-se tăierea lor cu sudură.

37

2.10. IMPUSCAREA GRINZILOR DE BETON ARMAT LIBER SUSTINUTE Pentru a dobândi o astfel de grindă este suficientă slăbirea într-un punct în lungul secţiunii. Este întotdeauna vantajoasă retezarea secţiunii la jumătatea distanţei întrepunctele de sprijin. Deoarece fierul beton în aceste structuri este întotdeauna concentrat în partea de jos a grinzii, explozivul va fi plasat pe faţa superiuoară a acesteia. Pentru a fi sigur de căderea grinzii, partea retezată de explozie trebuie să fie mai lungă decât grosimea celor doi suporţi, fig.2.21. Mecanismul căderii grinzii libere (după împuşcare la mijloc) se poate vedea în fig.2.22.

Figura 2.21. Grinda liber susţinută şi amplasarea explozivului pentru demolare

Figura 2.22. Ruperea şi cădereaunei grinzi liber susţinute

2.11. IMPUSCAREA GRINZILOR CONTINUE Principiul este ilustrat considerând cazul unei grinzi cu trei deschideri, între două structuri (vezi fig.2.23). Uzual, lungimea deschiderii este mai mare decât înălţimea ( 1  h), iar lungimea deschiderii centrale mai mare decât dublul înălţimii ( 1  2 h). Grinda se sprijină în A şi D. În timp ce B şi C sunt parte integrantă cu stâlpii.

Figura 2.23. Impuşcarea grinzilor continue.

Practicând şase retezări în structuri (trei în grinzi şi trei în suporţi) şi creind „balamale”, întregul sistem devine instabil către punctul de prăbuşire. Explozivul crează balamale în stâlpii principali. Totuşi, în practică se realizează adesea tăieturi propriu-zise în locul „balamalelor”. Acest fapt induce solicitări dinamice, care completează procesul de dezintegrare şi structura se prăbuşeşte 2.12. IMPUSCAREA PODURILOR POD ARCUIT La acest tip de construcţii grinda inferioară 38

este supusă la încovoiere, iar ansamblul conţine o structură de beton armat solidă. De aceea, la demolare, fiind imposibilă retezarea armăturii cu exploziv, este preferabilă concentrarea explozivului în partea superioară a arcului care este supus la compresiune şi crearea de discontinuităţi („balamalele”) în exces faţă de

Figura 2.24. Demolarea unui pod arcuit

strictul necesar, pentru a evita riscul creerii de elemente în cumpănă, care rămân pe poziţie fig.2.24. Este necesar să se calculeze dacă grinda inferioară poate susţine sarcina proprie greutăţi şi aceea a arcului demolat. Dacă se întâmplă aceasta este necesară creerea unei discontinuităţi în această parte a structurii, fig.2.25.

Figura 2.25. Tăierea podului arcuit cu încărcătură de exploziv atât pe arc cât şi pe puncte

DESCHIDERI SUSTINUTE LIBER In cazul unei structuri cu trei deschideri (fig.2.26) este recomandată crearea unei tăieturi într-un pilon şi două în celălalt. Se crează o asimetrie cu evitarea situaţiei prăbuşirii prin păstrarea orizontalităţii şi realizarea unei noi structuri stabile sprijinită pe pilonii egal retezaţi. Pentru a fi siguri că bucăţile de grindă cad de pe suporţi, este necesară creerea a

Figura 2.26. Pod cu trei deschideri libere cu

două tăieturi suplimentare la capetele

cu amplasarea încărcăturilor pentru

extreme ale grinzilor laterale.

demolare

POD CU GRINDA ARCUITA Suportul arcuit este supus la Compresiune, în timp ce grinda orizontală (puntea) este în principal supusă la încovoiere. Se recomandă intervenţia asupra arcului, realizând mai multe tăieturi decât reiese din calcul. 39

Tăieturi suplimentare trebuiesc

Figura 2.27. Pod cu grindă arcuită şi modul de

făcute şi în punte, dacă se consideră că

amplasare a încărcăturii de exploziv

este necesar pentru a asigura prăbuşirea

pentru demolare.

grinzii, fig.2.27.

CAPITOLUL III INFLUENTA EXPLOZIEI ASUPRA OBIECTIVELOR INVECINATE 3.1. INTRODUCERE 40

Adesea demolarea construcţiilor se executã în zone cu o mare concentraţie de oameni şi de construcţii. Deoarece efectul exploziei nu se limitează numai la construcţia ce urmează să fie demolată, trebuie luate măsuri de protecţie a populaţiei din zonă şi a obiectivelor învecinate. In special vibraţiile seismice şi suprapresiunea din frontul undei de şoc ce apar în urma exploziilor pot impune limitări importante în utilizarea explozivilor. De aceea, este important să se execute un studiu al zonei în care se află structura şi să se stabilească dacă utilizarea metodei de demolare cu explozivi este compatibilă cu situaţia respectivă. Acest lucru se poate face prin analiza următoarelor aspecte: a) care sunt solicitările maxime pe care le pot suporta obiectivele din zonă; b) care este cantitatea de exploziv care poate fi folosită fără a depăşi aceste limite, pe baza datelor din teren (distanţa de la locul exploziei până la fiecare obiectiv în parte, tipul solului etc); c) se proiectează o schemă de împuşcare care să inducă solicitări sub limitele admisibile; d) eventual se măsoară vibraţiile induse în cele mai apropiate structuri şi se face o comparaţie între estimările iniţiale şi rezultatele măsurătorilor. Efectul distructiv al exploziei are la bază gaze care în urma destinderii antrenează roci din zona fisurată determinând dislocarea şi aruncarea ei. Betonarea unei încărcături de exploziv într-un element constructiv, în afară de efectul dorit de dislocare a materialului, se produc şi efecte nedorite, ce pot afecta obiectivele învecinate, cum ar fi: -

aruncarea de material;

-

unda aeriană de şoc;

-

unda seismică;

In continuare, se va analiza fiecare efect în parte şi ulterior măsurile de protecţie ce se impun. 3.2. ARUNCAREA DE MATERIAL Conform SVEDEFO (Fundaţia Suedeză de cercetare în Detonică), în cazul împuşcărilor de derocare, atunci când se foloseşte o încărcătură specifică de 0,4 kg/m 3, se obţine o deplasare a rocii puşcate de circa 20-30 m, ceea ce reprezintă deplasarea optimă în vederea încărcării. Atunci când repriza de împuşcare nu este calculată corespunzător apare aruncarea de material la distanţe mult mai mari ceea ce poate duce la rănirea personalului şi la avarierea echipamentelor. Tot cercetători de la SVEDEFO au stabilit că, pentru o anumită încărcătură specifică, distanţa maximă de aruncare a rocilor este funcţie de diametrul găurii de mină şi are valoarea:

41

d  Lmax = 260 .  G   25 

2/3

(m)

(3.1)

unde dG se introduce în mm. Pe baza acestei relaţii a fost obţinută diagrama din figura 3.1.

Figura 3.1. Distanţa maximă de aruncare a rocii în funcţie de diametrul găurii pentru diferite încărcături specifice Deşi, la distrugerea elementelor constructive, condiţiile de împuşcare nu sunt identice cu cele de la împuşcările de derocare, se poate aprecia că distanţa maximă de aruncare se poate estima cu un grad de precizie acceptabil folosind aceeaşi formulă. De exemplu, la împuşcarea unui stâlp de beton armat cu secţiunea de 0,7 x 0,7 m, pentru distrugerea acestuia pe o lungime de aproximativ 2 m este necesar să se folosească 1,2 kg dinamită. Volumul distrus fiind de aproximativ 1 m 3, rezultă că încărcătura specifică este de 1,2 kg/m3. Analizând curbele din figura 3.1. şi ţinând cont de faptul că la utilizarea dinamitei (diametrul cartuşului este 25 mm) diametrul optim al găurii este 30 mm, se poate deduce că distanţa maximă de aruncare va fi în acest caz 250-300 m. O altă metodă de estimare a distanţei maxime de aruncare se bazează pe teoria propulsiei cu explozivi. Propulsia cu ajutorul explozivilor este de mult timp cunoscută, în special în domeniul militar. De fapt, explozivii servesc la propulsie, fără să se poată elimina efectul lor distructiv, ceea ce a făcut să se limiteze utilizarea lor la propulsia de schije sau diferite căptuşeli metalice. Pornind de la această teorie care a fost elaborată pentru propulsia căptuşelilor metalice, se analizează pe baza ipotezelor simplificatoare, cazul detonării unei încărcături explozive şi se estimează distanţa de aruncare a betonului. Atunci când o masă gazoasă (ce conţine eventual şi particule solide) se găseşte la o presiune p, sub un volum specific V, ea posedă o energie specifică E, dată de relaţia: p  0 ,v  

Ei

=



pdV

p ,v

(3.2) 42

integrala făcându-se de-a lungul izentropicei de destindere. Dacă exponentul izentropic  este constant, atunci energia internă se calculează cu relaţia: pV

Ei =   1

(3.3)

Energia chimică specifică (raportată la unitatea de masă) a unui exploziv ce detonează întrun spaţia închis poate fi definită ca energia pe care ar poseda-o produşii de detonaţie ce ar rămâne imobili într-un spaţiu închis în volumul specific V0: Ech =

p 0V0  1

(3.4)

Dacă se revine la un sistem propulsiv, este interesat de a defini două energii suplimentare, raportate la unitatea de masă de agent propulsiv: -

energia cinetică Eg a gazelor formate (a produşilor de detonaţie); 1 Eg = 2

m0

dm 1 2 0 u me  2 V p 2

 u 0  V p 

m0

2

 dm 1 2   Vp A  m 2 e 

(3.5)

unde u este viteza materială a elementului de masă dm (am notat integrala cu A) -

energia cinetică a masei de propulsat: Ec =

1 V p2 2

(3.6)

Dacă se presupune că sistemul propulsiv este izolat, se poate scrie bilanţul global de energie, conform căruia energia chimică a agentului propulsiv va fi distribuită produşilor de detonaţie şi mesei de propulsat astfel: Ech = Ei + Eg + Ec,

(3.7)

unde Ei este energia internă a produşilor de explozie. Ţinând seama de definiţiile acestor energii, se poate ajunge la relaţia: Ech – Ei =

 1 2 A V p ( A   )  E c 1   2  

(3.8)

relaţie care arată că energia cinetică Ec transferată de către exploziv la masa propulsată va fi funcţie nu numai de energie chimică a explozivului şi de raportul , ci şi de două mărimi ce sunt funcţie de configuraţia geometrică a sistemului exploziv: -

energia internă reziduală la care se poate considera propulsia terminată;

-

integrala A.

Sistemele propulsive pot fi: -

sisteme închise – dacă materialul de propulsat formează o suprafaţă închisă ce înconjoară complet explozivul şi separă astfel gazele de mediul înconjurător;

43

-

sisteme deschise – dacă materialul ce trebuie propulsat formează o suprafaţă deschisă, permiţând astfel gazelor propulsive să se deschidă liber în mediul ambiant plecând de la suprafaţa liberă a explozivului.

Rezultă că, în cazul sistemelor deschise, gazele propulsive se pot destinde de-a lungul unor suprafeţe libere cu viteze superioare vitezelor de propulsie, în timp ce în cazul sistemelor închise (fig.3.2) componentele normale ale vitezei gazelor propulsive şi ale masei de propulsat sunt egale în toate punctele de pe interfaţa comună. In interiorul acestor două cazuri mai trebuie făcută o altă distincţie având ca bază gradul de simetrie al sistemului. Dacă notăm cu m numărul elementelor de simetrie, vom avea: m = 0  lipsa unui element de simetrie; m = 1  plan de simetrie; m = 2  axă de simetrie; m = 3  centru de simetrie. Cazul exploziei unei încărcături introduse într-un element de construcţie poate fi asimilat cu cazul proiecţiei unei căptuşeli cilindrice tubulare în urma exploziei unui cilindru exploziv, care de altfel a fost tratat de Gurney încă din 1943 (se consideră că se face amorsarea după axa de simetrie). Dacă se admite că se poate trata problema balistică luând în considerare doar starea iniţială şi starea finală, este posibil să se obţină simplificări, cel puţin pentru valori mari ale lui  (raportul dintre masa materialului propulsat şi masa explozivului), presupunând că masa gazoasă devine rapid uniformă. Cu alte cuvinte, masa volumică a gazelor pg nu depinde decât de timp, dar nu şi de Poziţia spaţială în cadrul curgerii:

p  0. t

Figura 3.2. Schema propulsiei nestaţionare într-un sistem închis simetric Pe baza acestor ipoteze se poate calcula viteza de propulsie cu relaţia lui Gurney;

44

Vp =

2Qe n  n2

(3.9)

Această relaţie are multe deficienţe din motive care ţin pe de o parte de masa gazoasă şi pe de altă parte de masa propulsată. In ceea ce priveşte masa gazoasă, ipoteza de uniformitate a făcut ca relaţia să fie valabilă pentru valori ridicate ale lui  rezultatele integrării directe ale ecuaţiilor fundamentale ale mecanicii fluidelor arată că vitezele Vp sunt subestimate. Pe de altă parte, ipotezele făcute pentru masa gazoasă presupun nu numai că ea este în echilibru termodinamic, dar şi că nu se produce nici o reacţie chimică susceptibilă de a modifica energia chimică E ch. Ori această condiţie nu se realizează atunci când explozivul conţine aditivi cu cinetică chimică lentă aşa cum este aluminiul. In ceea ce priveşte căptuşeala, dacă se poate face ipoteza unui material incompresibil – datorită revenirii sale rapide la starea iniţială de presiune, faptul că am neglijat energia pe care o absoarbe prin deformaţie plastică revine la a asimila materialul cu un fluid perfect. Această ipoteză este făcută adesea în teoria propagării şocurilor în solide, adică pentru presiuni ce depăşesc limitele de rezistenţă ale materialelor. Ipoteza devine însă inexactă atunci când presiunea gazelor aflate în detentă este scăzută. Astfel, energia de deformaţie poate deveni o fracţiune deloc neglijabilă a energiei a masei propulsate, pentru valori ridicate ale lui . Cazul cel mai apropiat de ipotezele considerate îl reprezintă explozia unei încărcături în gaură verticală într-o coloană (Stâlp cu secţiune circulară). Acest caz este puţin probabil a fi întâlnit la demolarea construcţiilor, dar nu şi la distrugerea elementelor constructive individuale (de exemplu distrugerea cu exploziv a betonului „mort” ce rezultă la turnarea coloanelor unui pasaj rutier, la capătul superior al acestora). Să analizăm cazul unei astfel de coloane cu diametrul de 0,6 m, care trebuie distrusă pe o lungime de 1 m (fig.3.3).

Figura 3.3. Impuşcarea de grinzi, stâlpi şi coloane de susţinere din beton armat, cu găuri orizontale sau verticale 45

Folosind relaţiile de calcul se obţine o încărcătură de aproximativ 0,2 kg dinamită. Masa de beton ce va fi dezintegrată (Se consideră numai betonul din dreptul explozivului) este de aproximativ 170 kg. Cu aceste valori şi căldura de explozie pentru dinamită Q c = 4900 Kj/kg, se obţine cu viteză de propulsie de 107,3 m/s. Vp =

2.4900.10 3  170 2  0,2 2  2

11522,6

= 107,3 m/s.

Considerând că aruncarea are loc pe orizontală de la o înălţime de 2 m se obţine o distanţăde aruncare de aproximativ 68,5 m (fără a se lua în calcul forţa de rezistenţă a aerului). Dacă se consideră aruncarea de la o înălţime de 15 m, distanţa de aruncare va fi în aceleaşi condiţii aproximativ 187,5 m. Mai mult, în timpul lucrărilor de distrugere a unor astfel de coloane din beton şi beton armat s-a observat că proiectarea materialului se face sub diverse unghiuri. De aici se poate deduce că modelul matematic adoptat nu este suficient de complex pentru a reflecta cazul real. De altfel este indicat să se considere aruncarea sub un unghi de 45 grade, obţinându-se astfel distanţa maximă de aruncare, care este de circa două ori mai mare decât valorile menţionate anterior. Folosind relaţiile empirice stabilite de SVEDEFO, distanţa de aruncare poate fi estimată la 250-300 m, dar nici în acest caz ipotezele nu reflectă condiţiile de la distrugerea elementelor de construcţie. De exemplu în studiile respective se consideră încărcătura specifică maximă de 0,8 kg/m3, iar în cazul demolării elementelor de construcţie aceste valori sunt mai mari. In concluzie aceste estimări nu pot fi considerate satisfăcătoare la demolarea construcţiilor datorită condiţiilor iniţiale diferite. Mai mult, nu se poate face o comparaţie între rezultatele obţinute prin cele două metode, deoarece datele de intrare sunt diferite. 3.3. EFECTUL DE SUPRAPRESIUNE ATMOSFERICĂ (unda aeriana de şoc) Unde de şoc care se produce la detonaţia unei încărcături de exploziv traversează materialul de distrus şi se propagă în atmosferă sub forma unei unde de compresiune. Această undă poate produce efecte distrugătoare asupra obstacolelor întâlnite în cale. Evaluarea efectului undei aeriene de şoc la diferite distanţe constituie o problă foarte importantă în cazul demolărilor cu explozivi. La demolarea unei construcţii se folosesc sute, uneori chiar mii de încărcături, care de obicei sunt iniţiate cu diferite trepte de întârziere. Este practic imposibil să se evalueze efectul total prin efectul general de fiecare încărcătură în parte. De aceea, se poate considera că a fost iniţiată o singură încărcătură echivalentă (reprezentând suma tuturor încărcăturilor) concentrată în centrul geometric al încărcăturilor sau în centrul de greutate al structurii. Desigur că această aproximaţie nu ţine cont de distribuţia încărcăturilor şi de efectele de atenuare sau de amplificare ale undelor de şoc sau de energia care se foloseşte ca lucru mecanic util 46

pentru sfărâmarea mediului de distrus. Deşi această ipoteză simplifică enorm calculele, introduce în acelaşi timp un coeficient de siguranţă considerabil. Pentru simplificare se consideră că încărcătura de exploziv are forma sferică astfel încât unda aeriană de şoc se propagă în spaţiu sub forma unei unde sferice. Notând cu I impulsul pe unitatea de suprafaţă (densitatea de impuls), la suprafaţa explozivului sferic de rază R, în momentul detonaţiei impulsului total I, va fi : I t = 4  R2 I

(3.10)

La traversarea atmosferei, valoarea impulsului total I, rămâne constantă dacă nu se ţine seama de pierderile de energie cauzate prin radiaţie. La distanţa r pentru care notăm prin i densitatea de suprafaţă a impulsului, această valoare a impulsului total poate fi scrisă sub forma: I t = 4  r2 i

(3.11)

Din ultimele două relaţii şi exprimând raza încărcăturii în funcţie de masa şi densitatea explozivului se obţine formula : I i= 2 r

 3mex   4p

  

2/3

(3.12)

In momentul ce marchează sfârşitul detonaţiei, înainte ca produşii de detonare să se fi destins într-un volum mai mare decât al explozivului, densitatea de impuls la suprafaţa explozivului trebuie să fie egală cu presiunea de detonaţie: I = pDU

(3.13)

Ca urmare, relaţia 3.12 devine : i=

pDU r2

 3mex   4p

  

2/3

(3.14)

O altă metodă de a estima suprapresiunea în frontul undei de şoc la o distanţă r de la locul exploziei se bazează pe legile de similitudine la explozie. In scopul studierii detonaţiei în aer au fost folosite încărcături de 1 kg TNT sau echivalentul a unui kilogram TNT din alte substanţe, de formă sferică, iniţiate central şi s-au măsurat o serie de parametri. Experimentele au fost făcute în aer cu presiunea P0 = 1013,25 mbari şi T0 = 288,15 K. La cantităţi diferite de un kilogram TNT, detonate în aceleaşi condiţii de presiune şi temperatură, valorile parametrilor vor fi proporţionale cu cele standard (măsurate), deoarece alura curbelor este aceeaşi în ambele cazuri. Această undă de şoc se caracterizează printr-o suprapresiune, adică o creştere bruscă a presiunii peste cea atmosferică, determinând vibraţii ale aerului. In procesul de propagare a undei de şoc aeriene se disting 2 faze (fig.3.4)

47

- faza pozitivă caracterizată prin suprapresiuni mai mari decât presiunea atmosferică, dependente de distanţa faţă de locul de explozie şi de timp. Faza pozitivă este determinată de energia explozivului.

Figura 3.4. Variaţia parametrilor P şi Pd ai undei de şoc aeriene în funcţie de distanţa faţă de locul exploziei (a şi b) şi de timp (c şi d) -

faza negativă – când presiunea devine mai mică decât presiunea atmosferică, determinată de creerea unui „vid” prin condensarea vaporilor de apă.

Valoarea suprapresiunii în faza pozitivă (SP) după un timp (t) de la producerea undei dinamice de şoc este dată de relaţia : P(t) = P max

 t 1  TOS 

t

 tos .e 

(Pa)

(3.15)

în care: Pmax – valoarea maximă a suprapresiunii imediat după explozie; tOS – durata fazei pozitive a suprapresiunii; t – timpul de la apariţia undei aeriene de şoc. Valoarea maximă a suprapresiunii este dependentă de cantitatea maximă de exploziv utilizată în echivalent trotil şi de distanţa până la punctul considerat ( R ) conform relaţiei (3.15):  400    r 

Pmax = Q 2/3 

2

(PA)

(3.16)

Q – greutatea încărcăturii explozive în echivalent trotil, kg. Durata fazei pozitive a suprapresiunii undei aeriene de şoc este : tOS = 0,0046 Q 1/3 (Pmax) 0,3

(s)

(3.17)

Viteza frontului undei de şoc aeriene este calculată cu relaţia : Vfu = 340 (1 + 0,0857 . Pmax) 0,3

(m/s)

(3.18)

48

Viteza de propagare a undei aeriene este mai mică decât viteza de propagare a undelor seismice în roci, motiv pentru care unda de şoc aeriană ajunge la construcţie după trecerea undelor seismice. Datorită suprapresiunii – suflul exploziei – masele de aer se mişcă în sensuri contrare, dând naştere la vânturi care însoţesc unda de şoc. Efectul presiunii produs de aceste vânturi se numeşte presiune dinamică, determinată cu relaţia : Pd =

0,1 p a .Vv2 2

Pd max =

(Pa)

(3.19)

0,1 p a .Vv2 . 10-4 2

(Pa)

pa – densitatea aerului (kg/m3); Vv – viteza vântului care însoţeşte unda aeriană de şoc. Pentru Vv = Vfu se obţine valoarea maximă a presiunii dinamice în vecinătatea locului exploziei. Variaţia presiunii dinamice în timp este : Pd (t) = Pd

max

 t 1  t od 

t

  2 tod .e 

(3.20) tod – durata fazei pozitive a presiunii dinamice dependentă de durata fazei pozitive a suprapresiunii: tod = 1,5 . tod

(s)

(3.21)

Suprapresiunea din frontul undei aeriene cât şi presiunea dinamică are efecte negative asupra construcţiilor situate la o anumită distanţă faţă de zona exploziei. Efectul distructiv al suprapresiunii atmosferice este dependent de valoarea acestei suprapresiuni, tabelul 3.1. Tabelul 3.1. Efectul asupra construcţiilor în funcţie de valoarea presiunii critice din frontul undei aeriene Valoarea suprapresiunii critice în frontul undei aeriene, Pcr (kPa) 21 14-21 7-14 5 1,5-5 0,7-1,5  0,5  0,1

Efectul asupra construcţiilor Distrugeri majore ale structurilor, fisuri în zidărie Deteriorări minore la pereţii tencuiţi, toate geamurile sparte Unele geamuri deteriorate (sparte) Pragul de deteriorare a cadrelor de geam bine montate Zguduiri ale ferestrelor mobile, deteriorarea unor geamuri slab montate Spargerea unor geamuri cu suprafeţe mari Nu se produce nici o distrugere materială. Vibrarea geamurilor şi a pieselor de pe rafturi. Siguranţă totală, uşoare vibraţii ale geamurilor

49

Având în vedere efectul de şoc al undei aeriene se impune stabilirea unei distanţe de siguranţă între zona de utilizare a explozivilor şi eventualele construcţii din zonă (staţie de concasare, uzine de preparare, complex administrativ, etc.). Raza de siguranţă în funcţie de suprapresiunea din frontul undei de şoc aeriene se stabileşte cu relaţiile: - pentru n  1, n fiind indicele de acţiune al exploziei 2(1  n 2 )

Rs =

Pcr

. Q

(m)

(3.22)

(m)

(3.23)

- pentru n  1 4n 2

Rs =

Pcr

. Q

O undă de şoc este complet caracterizată dacă sunt cunoscute trei valori independente, (fig.3.4): 1) intensitatea iniţială a şocului sau numărul MACH sau viteza particulei (numărul MACH reprezintă raportul dintre mărimea vitezei undei de şoc şi viteza locală a sunetului, deci două variabile contopite în una singură); 2) durata fazei pozitive; 3) impulsul (produsul forţă – timp) pe o suprafaţă unitară. Suprapresiunea în frontul undei de şoc se calculează cu relaţia :

pf =

  Z  8081      4,5  2

2

 .Pa  2

 Z   Z   Z  1   . 1   . 1    0,048   0,32   1,35 

2

(3.24)

unde: Pa – presiunea atmosferică în momentul detonaţiei [bar]; Z – distanţa scalată [m]; Distanţa scalară este o mărime teoretică ce face concordanţa între cantitatea de exploziv ce detonează, condiţiile atmosferice şi distanţa de la locul exploziei la obiectivul de protejat : Z = fd .

r 3

mTNT

(3.25)

în care: fd – factorul de distanţă, depinde de altitudine, presiune atmosferice şi temperatură (este tabelat); r – distanţa de la locul exploziei la obiectivul de protejat; mTNT – echivalentul în TNT pentru cantitatea de exploziv folosit. 50

De asemenea, pentru stabilirea distanţelor minime de siguranţă dintre zona exploziei şi obiectivele învecinate se ia în considerare suprapresiunea în frontul undei de şoc (pf) admisă în raport cu natura obiectivului de protejat şi efectul de distrugere permis pentru obiectul respectiv, utilizând relaţia : R=

mTNT

(3.26)



 - fiind rădăcina reală , cea mai mică a ecuaţiei pf = 0,84  + 2,7 2 + 7 3

(3.27)

ecuaţie ce are întotdeauna cel puţin o rădăcină reală. Suprapresiunea din frontul undei aeriene de şoc este dată în tabelul 3.2 în funcţie de natura obiectivului de protejat şi de nivelul de distrugere admis (Legea 126/1995) 3.4. EFECTUL SEISMIC ASUPRA CONSTRUCŢIILOR Evaluarea acţiunii seismice a exploziilor este obiectul de studiu al seismologiei exploziilor de derocare, care, prin studiul caracteristicilor dinamice ale vibraţiilor solului generate de explozii, urmăreşte a stabili legătura între nivelurile de vibraţie a solului şi parametrii exploziilor, respectiv caracteristicile mediului geologic ambiant. Mărirea continuă a cantităţilor de exploziv ce se detonează instantaneu, precum şi continua expansiune a zonelor populate care încep să se situeze tot mai aproape de exploatările minieră ridică probleme practice deosebit de importante şi acute privind evaluarea acţiunii seismice a exploziilor de derocare asupra construcţiilor, mediului ambiant şi nu în ultimă măsură asupra omului. Tabelul 3.2. Valoarea suprapresiunii (pf ) din frontul undei aeriene de şoc funcţie de natura obiectivelor anterioare şi de efectul de distrugere admis Nr. crt.

Felul obiectelor exterioare

Valoarea suprapresiunii în frontul undei de şoc pf (105N/m2) Distrugeri totale

Distrugeri puternice

Distrugeri medii

Distrugeri uşoare

Avarii neânsemnate

1. 2. 3. 4. 5.

Clădiri din beton armat Clădiri din cărămidă cu multe etaje Clădiri din cărămidă cu puţine etaje Case din lemn Construcţii industriale cu schelet metalic Reţele de gospodărire locală (după adâncimea la care se află)

0,80-1,00 0,20-0,40 0,35-0,45 0,20-0,30 0,50-0,80

0,50-0,80 0,20-0,30 0,25-0,35 0,12-0,20 0,30-0,50

0,30-0,80 0,10-0,20 0,15-0,25 0,09-0,12 0,20-0,30

0,10-0,30 0,05-0,10 0,07-0,15 0,06-0,08 0,05-0,20

0,03-0,04 0,03-0,05 0,03-0,05 0,03-0,05 0,03-0,05

10,0-15,0

6,0-10,0

2,0-6,0

2,0-6,0

 0,2

1,50-2,00 3,0-5,0 1,0-2,0

1,50-2,00 3,05-5,0 1,0-2,0 0,7 0,30

1,00-1,50 1,50-3,0 0,40-0,80

0,50-1,00 1,00-1,50 0,30-0,40

 0,5 1  0,3

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13.

Cale ferată Garnituri de cale ferată Linii aeriene de înaltă tensiune Linii de transmisii aeriene pe stâlpi de lemn Cabluri subterane Fidere şi staţii de transformatori

3,80 0,50

51

14. 15. 16. 17. 18.

Ziduri de sprijin Baraje şi diguri Geamuri sparte complet Geamuri sparte parţial Vătămarea omului : a. moarte sigură b. traumatisme foarte grave (practic incompatibile cu viaţa) c. traumatisme grave (fracturi, hemoragii interne) d. traumatisme mijlocii (contuzii, surditate) e. traumatisme uşoare (contuzii, ţiuitul urechilor)

1,50 4,50 0,02-0,07 0,01-0,02 4,6-6,0 1,0 0,50-1,00 0,30-0,50 0,2-0,3

Deşi preocuparea specialiştilor (seismologi, ingineri minieri, ingineri constructori) din ţara noastră în studierea acestei probleme durează de peste 50 ani, încă nu a fost elaborat un normativ de proiectare a construcţiilor în zone solicitate de acţiunea exploziilor industriale. De altfel la începutul anilor 80, a fost elaborat un „Studiu de fundamentare pentru un normativ de calcul a construcţiilor solicitate de acţiunea seismică a exploziilor masive din exploatările miniere”, dar iniţiativa nu a fost finalizată. Spre deosebire de cazul cutremurelor care reprezintă o acţiune unică pentru construcţii, caz în care sunt permise incursiunile în domeniul postelastic, exploziile sunt pentru construcţiile din apropiere acţiuni permanente. Deci construcţiile solicitate la acest tip de acţiuni trebuie să se comporte elastic pe toată durata vieţii lor, incursiunile în domeniul postelastic (fisuri, crăpături etc.) neputând fi admise. In cazul demolărilor cu explozivi, putem considera unda seismică generală de explozia încărcăturilor din elementele constructive subterane o acţiune singulară ca şi în cazul cutremurelor. Diferenţa constă în faptul că vibraţiile induse de explozii au o frecvenţă mult mai mare (ceea ce le face mai puţin periculoase) şi o durată mult mai scurtă. 3.4.1. MAGNITUDINEA APARENTA A SEISMULUI Magnitudinea reprezintă o măsură obiectivă a energiei eliberate în focar în momentul declanşării cutremurului. Scara magnitudinilor a fost introdusă de către Richter. Caracterul obiectiv al acestei scări rezultă din faptul că magnitudinea se determină pe baza înregistrărilor instrumentale a mişcărilor seismice şi este independentă de efectele produse la suprafaţa liberă a terenului. Prin definiţie, magnitudinea seismică reprezintă logaritmul zecimal al deplasării maxime (exprimată în microni) înregistrată pe un seismograf standard, amplasat la distanţa de 100 Km faţă de epicentru, în teren tare. Pe baza analizării unui număr de înregistrări s-a putut stabili o relaţie între magnitudine şi energia radială în focar, în timpul unui cutremur : 52

log E = 11,8 + 1,5 M

(3.28)

unde : E – energia radială în focar, [erg]; 1 erg = 10-7 J M – magnitudinea pe scara Richter. Cele mai frecvente cutremure sunt cele de origine tectonică. Şocul seismic se produce ca urmare a unei fracturări a rocilor care vin în contact într-un punct mai slab în care s-au acumulat în decursul timpului deformaţii elastice extrem de mari. Punctul teoretic în care se produce ruptura iniţială (în realitate există o zonă de fracturare) se numeşte focar sau hipocentru. Punctul situat la suprafaţa pământului, pe verticala focarului, poartă denumirea de epicentrul cutremurului. In 1956 Gutemberg şi Richter au stabilit pentru cutremure şi explozii o relaţie energie – magnitudine de forma : log E = 9,4 M – 0,054 m2

(3.29)

unde E şi M au aceleaşi semnificaţii ca la formula precedentă. Se observă că cele două formule dau valori comparabile astfel încât pot fi aplicate orientativ. Conform acestor formule într-o exploatare minieră, la care cantitatea de exploziv nu poate depăşi 50.000 kg, nu se vor înregistra decât explozii de magnitudine M  3, care în principiu nu ar trebui să provoace avarii structurale. Dar, în funcţie de viteza de propagare a undelor seismice în sol, intensitatea şocului provocat de explozie poate ajunge şi până la gradul 8 pe scara Mercalli modificată MM sau pe scara Medvedev – Sponheuer – Karnik MSK – 64. In vederea determinării cantităţii de exploziv sau a distanţei (razei admisibile) la care o explozie va produce un sistem de intensitate acceptată pentru structurile de rezistenţă, Enerscu a definit noţiunea de magnitudine aparentă : M*Q = 0,67 [log v2max T + 3 log r + log 4 C – 11,8]

(3.30)

unde : vmax – viteza maximă de oscilaţie a particulelor solului; T – perioada acestor oscilaţii; Q – densitatea rocii prin care se propagă undele seismice; C – viteza de propagare a acestor unde; r – distanţa de la explozie la obiectivul considerat.

3.4.2. INTENSITATEA SEISMULUI

53

Scările de intensitate seismică au un pronunţat caracter subiectiv şi convenţional, deşi în ultimele decenii s-a remarcat un proces de perfecţionare a acestora bazat pe asocierea înregistrărilor instrumentale ale mişcărilor terenului cu valori ale scărilor. Cu ajutorul scărilor seismice se poate determina gradul de intensitate al cutremurelor în funcţie de descrierea efectelor produse la suprafaţă, iar prin intermediul unor criterii de corelare cantitativă, se poate evalua, în mod aproximativ, acceleraţia atribuită mişcării efective a terenului dintr-o anumită zonă. Cele mai utilizate scări de intensitate seismică sunt Mercalli modificată MM şi Medvedev – Sponheuer – Karnik MSK – 64. Aceasta exprimă gradul de severitate al unui cutremur prin efectele produse asupra oamenilor, obiectivelor, clădirilor şi terenului. Intensitatea seismică, corespunzătoare aceluiaşi cutremur, este o caracteristică variabilă care depinde de distanţa epicentrală, mecanismul de focar (adâncime şi conţinut de frecvenţe), condiţiile geologice locale, precum şi de comportarea construcţiilor şi terenului din amplasamentul respectiv. Medvedev a propus o scară a intensităţilor seismice, valabilă pentru explozii şi bazată pe corelarea dintre efectele macroseismice (efecte asupra construcţiilor şi asupra oamenilor) şi caracteristicile determinate instrumental. La întocmirea acestei scări s-a ţinut seama ca efectul macroseismic, potrivit indicaţiilor ei, să corespundă la un efect potrivit gradului de intensitate pentru cutremure naturale din scara MSK – 64. Folosirea vitezei particulei, cel mai indicat parametru pentru exprimarea nivelurilor de vibraţie produse de explozii, permite o comparare relativ simplă cu scara intensităţii seismice, după cum se arată în tabelul 3.3. Intensitatea seismică [grade MSK-64] I II III IV V VI VII VIII IX X-XII

Descrierea efectelor Vibraţiile sunt sub limita percepţiei umane şi sunt înregistrate numai de instrumente Vibraţiile sunt uneori simţite de oameni, în condiţii favorabile (în special la etajele superioare) Vibraţiile sunt simţite de unii oameni sau de către oamenii care sunt informaţi despre explozie Vibraţiile sunt observate de mulţi oameni; se produce un zăngănit al geamurilor ferestrelor Se desprind porţiuni ale văruielii; deteriorări la construcţii şubrede Se produc fisuri în tencuială; deteriorări la clădiri prost construite Se produc deteriorări la construcţii care sunt în stare satisfăcătoare ca: fisuri în tencuială, căderea de bucăţi de tencuială, fisuri fine în pereţi, fisuri în sobe şi coşuri de fum Se produc deteriorări considerabile la construcţii: fisuri în pereţi portanţi şi în elementele de rezistenţă, fisuri mari în pereţii despărţitori, căderea coşurilor şi tencuielii Distrugereas clădirii, adică fisuri mari în pereţi, exfolierea zidăriei, căderea de porţiuni din pereţi, etc Distrugeri mari şi prăbuşirea construcţiei

Tabelul 3.3 Viteza particulei,v [mm/S] 2 2…4 4…8 8 … 15 15 … 30 30 … 60 60 … 120 120 … 240 240 … 480  480

54

3.4.3. TIPURI DE DETERIORĂRI CE POT FI PRODUSE DE EXPLOZII ASUPRA CONSTRUCŢIILOR Studiul teoretic arată că detonaţia unei încărcături sferice (fig.3.5) (sau unei încărcături cilindrice de lungime nelimitată) dă naştere într-un mediu ideal unor unde de compresiune (de rarefiere) – undele P. Într-un mediu neideal (Sau dacă încărcăturile au lungime limitată), detonaţia dă naştere şi unor unde transversale S. Atât undele de compresiune – rarefiere, cât şi cele transversale se propagă prin scoarţa terestră şi de aceea se numesc unde de volum. Viteza lor este foarte mare: undele P pot depăşi 5000 m/s; în acelaşi mediu undele S pot atinge 2/3 din viteza undelor P. Abrevieri: P – undă de compresiune SH – undă de forfecare orizontală SV – undă de forfecare verticală R – undă Rayleigh

Figura 3.5. Unde seismice generate de o explozie în sol Undele P mai sunt numite şi unde primare pentru că datorită vitezei mai mari sunt primele care apar pe înregistrări. Particulele solului aflate sub incidenţa acţiunii acestui tip de unde se mişcă pe direcţia de propagare a undei, iar densitatea terenului se schimbă în momentul trecerii undei. Undele S mai sunt numite şi unde secundare sau transversale (de forfecare), deoarece se dezvoltă perpendicular pe direcţia de propagare, fiind rezultatul unor solicitări de forfecare provocate de comprimarea materialului în frontul de avansare al undelor primare. Când undele de volum întâlnesc o suprafaţă de discontinuitate (cum ar fi suprafaţa terenului) ia naştere un alt tip de unde, care se propagă de-a lungul suprafeţei (unde de suprafaţă). Pe măsură ce distanţa de la locul exploziei creşte, aceste unde de suprafaţă se atenuează mult mai lent decât cele de volum, iar la distanţe de peste 100 m, influenţa lor este preponderentă. In timp ce procesul detonaţiei durează câteva milisecunde, vibraţia indusă de detonaţie la o anumită distanţă de locul exploziei poate persista câteva zecimi de secundă sau chiar câteva secunde. In vecinătatea locului exploziei, particulele terenului sunt la un anumit moment şi pentru o anumită perioadă de timp, supuse unei mişcări complexe de vibraţie, care are un efect profund şi asupra construcţiilor din zonă. De aceea aceste efecte trebuie să fie evaluate cu atenţie. Pentru evaluarea efectului seismic al exploziilor asupra construcţiilor este necesar: -

să existe posibilitatea înregistrării undelor generate de explozii;

-

să se cunoască tipurile de deteriorări ce pot apărea ca urmare a acţiunii undelor induse; 55

-

să se cunoască legăturile dintre aceste tipuri de deteriorări şi parametrii dinamici ai vibraţiilor generate de explozii.

Scopul acestei evaluări a efectului seismic este : -

stabilirea unor criterii sigure de deteriorare;

-

stabilirea unor metode eficiente de evaluare a efectului seismic;

-

stabilirea unor formule empirice pentru estimarea orientativă a nivelului vibraţiilor induse în urma exploziilor (demolărilor controlate) la distanţe diferite ţi în medii cu proprietăţi diferite (estimare utilă, mai ales, în cazurile în care nu se dispune de înregistrări).

Parametrii ce caracterizează unda seismică sunt: -

amplitudinea deplasării, A;

-

viteza oscilaţiilor solului, V;

-

acceleraţia oscilaţiilor, a;

-

frecvenţa oscilaţiilor, f;

-

durata oscilaţiilor, t;

Proiectarea parametrilor unei împuşcări trebuie să ţină seama de pericolul determinat de vibraţiile induse în teren, principalul parametru ce caracterizează efectul seismic îl reprezintă viteza oscilaţiei particulelor. Pentru aprecierea efectului seismic se utilizează următoarele metode: a). Metoda energiei relative (ER) ER =

a2 f2

(3.31)

în care: a – acceleraţia maximă a particulei; a = 877,95 Q 3/4 r2 . g

(m/s2)

(3.32)

r – distanţa faţă de zona de explozie Q – cantitatea de exploziv în t; In funcţie de valoarea acceleraţiei se determină nivelurile de vibraţii exprimate în valori de acceleraţie concretizate prin grade de deteriorare.  0,002 g – prag de sensibilitate a construcţiei la vibraţii sub care nu există pricol pentru clădire; 0,005 g – siguranţă totală a clădirii, vibraţii ale geamurilor; 0,01 g – prag de rigiditate sub care nu apar deteriorări importante în construcţie; 0,05 g – limita de rupere a unor elemente individuale ale construcţiei, limită deasupra căreia există riscul unor deteriorări grave; 56

0,23 g – limita de stabilitate a construcţiilor peste care clădirile sunt distruse. f - frecvenţa vibraţiei, f = l/T; T – perioada vibraţiei calculată cu relaţia: -

pentru roci dure: T

=

0,0065

6

(s)

Q

(3.33) unde : Q – cantitatea de exploziv în echivalent trotil, kg; -

pentru roci slabe (pământoase, argiloase): T = 0,06 Q 0,21

(s)

(3.34)

In funcţie de valoarea lui ER sunt propuse 3 clase de siguranţă. ER  0,27 domeniu de siguranţă total. 0,27  ER  0,54 domeniu de precauţie pentru clădiri rău construite. ER  0,54 domeniu de pericol pentru toate clădirile. b). Criteriul Zeller, definit ca raportul Z=

a2 f

(3.35)

Pe baza relaţiei Z s-a întocmit scara Zeller (tab. 3.4 care diferenţiază 12 clase de influenţă în funcţie de valoarea lui Z. Tabel 3.4. Scara Zeller Factorul de intensitate, Z (cm2/s3)  2 10 50 250 1000 5000 20000 100000 500000 2500000 10000000

Descrierea sumar a seismului Imperceptibil Foarte uşor Uşor Măsurabil (fisuri mici) Destul de tare Tare – sub zona periculoasă Foarte tare ( fisuri grave) Distructiv Devastator Nimicitor Catastrofal Foarte catastrofal

c). Metoda intensităţii vibraţiilor S = 10 log (10 Z) = 10 ( 1 + log Z)

(3.36)

În funcţie de care s-a întocmit scara pericolelor tabel 3.5 cu 5 clase de influenţă.

57

Tabel 3.5. Scara pericolelor (vibrar) Intensitatea vibraţiilor, S (vibrar) 10 – 20 20 – 30 30 – 40

Clasificarea vibraţiilor Uşoare Medii Puternice

40 – 50

Severe

50 - 60

Foarte severe

Efectul asupra construcţiilor Nu există pericol Nu există pericol Deteriorări uşoare (fisurarea pereţilor) Fisurarea zidurilor de susţinere Distrugerea clădirilor

d). Metoda vitezei particulei: V = 4080

3 Q   r 

   

3/ 2

(mm/s)

(3.37)

Q – echivalentul în trotil al încărcăturii explozive, kg; R – distanţa faţă de zona exploziei, m. In funcţie de viteza de deplasare a particulelor sunt evaluate deteriorările ce pot să apară în construcţii (tab.3.5) deosebindu-se 10 clase de raport cu efectul asupra construcţiilor. Dacă se ţine seama şi de adâncimea de amplasare a încărcăturilor explozive (h), viteza de mişcare a particulei este: V=

k 0, 55 4, 62  h  Q e   r r

0 ,1

(mm/s)

(3.38) K – coeficient în funcţie de tipul rocilor din amplasamentul clădirii şi a rocilor din zona exploziei (tab.3,7). In aprecierea stabilităţii obiectivelor din zonă se ia în considerare viteza cea mai mare determinată după relaţiile (3.37)(3.38). In afară de influenţa directă a efectului seismic generat de exploziile masive din carieră asupra stabilităţii obiectivelor de la suprafaţă, pot să apară şi influenţe negative asupra terenului exprimate prin : -

reactivarea unor mişcări de teren;

-

generări de alunecări de teren;

-

scufundări produse de fenomenul de lichefiere a terenurilor constituite din roci puţin consolidate;

-

produceri de surpări ale treptelor din cariere.

Proiectarea metodei de împuşcare trebuie să ia în considerare toate criteriile prezentate.Dacă după un criteriu nu se respectă condiţiile de siguranţă se determină cantitatea maximă de exploziv admisă la împuşcarea în funcţie de gradul de protecţie dorit pentru un obiectiv. 58

Tabel 3.6. Scara de intensităţi seismice ale vibraţiilor produse de explozii Clasa de influenţă I II

Descrierea efectelor Vibraţiile Sunt sub limita percepţiei umane şi sunt înregistrate numai de instrumente Vibraţiile sunt simţite uneori de oameni, în condiţii favorabile (în special la etajele superioare) Vibraţiile sunt simţite de unii oameni sau de către oameni care sunt informaţi despre explozie Vibraţiile sunt observate de mulţi oameni; se produce un zângănit al geamurilor ferestrelor Se desprind porţiuni ale văruielii; deteriorări la construcţii şubrede Se produc fisuri în tencuială; deteriorări la clădiri prost tencuite Se produc deteriorări la construcţii care sunt în stare satisfăcătoare ca; fisuri în tencuială, căderea de bucăţi de tencuială, fisuri fine în pereţi, fisuri în sobe şi în coşuri de fum Se produc deteriorări considerabile la construcţii; fisuri în pereţii portanţi şi în elementele de rezistenţă, fisuri mari în pereţii despărţitori, căderea coşurilor şi tencuielii Distrugerea clădirii, adică fisuri mari în pereţi, exfolierea zidăriei, căderea de porţiuni din pereţi Distrugere mare şi prăbuşirea construcţiilor

III IV V VI VII VIII IX X

Viteza particulei v (mm/s) 2 2–4 4–8 8 – 15 15 – 30 30 – 60 60 – 120 120- 240 240 – 480  480

Tabel 3.7. Valorile coeficientului de amplasament, k Tipul rocilor în care are loc explozia Roci stâncoase Roci stâncoase Argile Argile

Rocile din amplasamentul clădirii Roci stâncoase Argile Roci stâncoase Argile

k 0,57 – 1,15 1,15 – 2,30 1,15 – 2,30 2,30 – 3,40

Diminuarea efectului seismic se poate realiza prin : -

stabilirea unei distanţe corecte de siguranţă;

-

limitarea încărcăturii explozive;

-

orientarea frontului de împuşcare perpendicular faţă de obiectiv;

-

efectuarea de împuşcări secvenţiale, cu intervale de întârziere corect stabilite.

După pericolul pe care-l pot genera, deteriorările pot fi împărţite în două grupe: -

deteriorări arhitecturale (superficiale), nu afectează structura de rezistenţă a construcţiei;

-

deteriorări structurale, se manifestă în elementele esenţiale ale construcţiei.

Deteriorările arhitecturale sunt superficiale şi nu afectează structura de rezistenţă a construcţiei. Cele structurale se manifestă în elemente esenţiale ale construcţiei, elemente de care depinde stabilitatea ei. Evident, nivelul vibraţiilor care pot conduce la deteriorări arhitecturale este mult mai jos decât cel ce provoacă deteriorări structurale. Fenomenul de rezonanţă poate cauza grave deteriorări chiar şi la niveluri joase ale vibraţiei.

59

Figura 3.6. Răspunsul unei structuri la vibraţia solului Deteriorările structurale sunt strâns legate de răspunsul structurii la vibraţia solului (fig.3.6) răspuns care este determinat de funcţia ei de transfer (FTstr) şi de cea a sistemului reprezentat de cuplajul structură – teren (FTcupl). Factorii care contribuie la apariţia deformaţiilor (deteriorărilor sunt:  acţiunea de întindere – compresiune;  acţiunea de forfecare; acţiunea de încovoiere;  acţiunea efectelor locale (tensiuni locale staţionare deja existente în elementele de construcţie sau în ansamblul structurii, fisuri deformaţii locale datorate contactului neuniform între fundaţie şi roca de bază, deschideri în construcţii). In general, parametrii luaţi în considerare la definirea pericolului sau criterii de deteriorare sunt cei care caracterizează vibraţia: -

deplasarea particulei (m);

-

viteza vibraţiei v = 2 Afv (m/s);

-

acceleraţia vibraţiei (m/s2);

-

frecvenţa vibraţiei (Hz);

Vibraţiile nu constituie un fenomen armonic simplu, ele fiind rezultatul mai multor componente cu frecvenţe diferite. In mod normal se ia în considerare frecvenţa dominantă, aceea a unei care are cea mai mare amplitudine. Frecvenţa depinde în principal de caracteristicile rocii, atât de la locul detonaţiei cât şi de la locul înregistrării. Depinde de asemenea şi de distanţa de la locul exploziei. In terenuri neconsolidate (în special dacă sunt saturate cu apă) se produc vibraţii cu frecvenţă scăzută. In rocile compacte se produc vibraţii cu frecvenţe ridicate. Pe măsură ce distanţa 60

de la locul detonaţiei creşte, frecvenţa vibraţiei se micşorează progresiv în principal datorită faptului că terenul absoarbe frecvenţe ridicate şi, de aceea, undele cu frecvenţe mai mari sunt atenuate mai repede. A fost observată o variaţie logaritmică a frecvenţei în funcţie de distanţă, variaţie ce poate fi exprimată astfel: 1

fv = K . log r f (3.39) unde: Kf – coeficient ce reprezintă influenţa caracteristicilor terenului asupra reducerii frecvenţei, tabel 3.8. Tabelul 3.8. Tipul pământului Nisip saturat cu apă sau pietriş Aluviuni compactate Roci tari sau compacte

Kf 0,11 … 0,13 0,06 … 0,09 0,01 … 0,03

Dacă roca este compactă şi are o comportare elastică, vibraţia nu are efecte ireversibile. Dacă, dimpotrivă, terenul este afânat şi neconsolidat eforturile de forfecare cresc depăşind forţele de coeziune. Ca urmare rocile izolate care sunt aşezate în pantă, în poziţii instabile se pot desprinde dând naştere la căderi de pietre. In aceste condiţii tăria terenului care suportă fundaţia unei construcţii poate fi afectată. Pot apărea deplasări care duc la fisuri sau alte deformaţii ale straturilor superioare cu posibile avarieri ale structurilor. O metodă de determinare a valorilor limită de rupere din cauza dezintegrării terenurilor neconsolidate constă în evaluarea raportului dintre energia cinetică absorbită din vibraţie de particulele terenului şi forţa de legătură a particulelor. In acest mod este posibil să se calculeze viteza limită de vibraţie peste care poate apare dislocarea terenului în funcţie de tipul pământului şi de dimensiunile particulelor componente. Aceste valori corespund destul de bine cu valorile observate în practică. S-a constatat că valorile frecvenţei variază de la câteva cicluri pe secundă până la câteva sute, de obicei de la 5 la 80 Hz. In funcţie de tipul terenului, U.S. Bureau of Mines indică următoarele valori : - f = 4 … 10 Hz

pentru stratul superficial foarte gros, necompactat (afânat);

- f = 10 … 20 Hz

pentru stratul superficial de grosime medie, necompactat (afânat);

- f = 20 … 80 Hz

pentru teren stâncos.

In clădiri, vibraţiile tind să aibă o frecvenţă puţin mai mică decât în teren (în medie cam cu 10 Hz). Durata vibraţiei depinde de durata fiecărui grup de unde elastice, de succesiunea sosirii lor şi de viteza sunetului în mediu. In general, aceasta poate varia de la 0,1 s la câteva secunde. Valorile 61

mai scăzute au fost înregistrate în apropierea locului exploziei şi în roci compacte şi omogene, iar valorile mai ridicate la distanţe mai mari şi în formaţiuni eterogene şi sedimentare. Totodată, pe măsură ce distanţa creşte, creşte şi durata vibraţiei. La o singură vibraţie, numai câteva unde (aproximativ 5) au o intensitate considerabilă. De aceea, în scopul estimării posibilelor efecte asupra structurilor, durata luată în considerare poate fi durata a 5 cicluri. Teoretic, cunoscând parametrii vibraţiei este posibil să se prevadă şi să se rezolve problemele structurale individuale. Oricum în practică este mai uşor, dar mai puţin precis, să se evalueze pericolul undelor generate de explozii pe baza predeterminării valorilor vitezei şi frecvenţei induse la diferite distanţe în teren şi în structuri. Acest criteriu este folosit în normele utilizate în multe ţări dezvoltate.

62

CAPITOLUL IV METODE DE PROTECŢIE A OBIECTIVELOR ÎNVECINATE LOCULUI DE DEMOLARE După cum s-a arătat, detonarea încărcăturilor explozive pentru a efectuarea lucrărilor de demolare pot afecta obiectivele învecinate prin aruncări de material, undă aeriană de şoc şi undă seismică, inpunând măsuri speciale de protejare pentru fiecare dintre aceste afecte nedorite. 4.1. PROTECTIA OBIECTIVELOR INVECINATE FATA DE ARUNCAREA DE MATERIAL La demolarea cu explozivi încărcăturile sunt de obicei dimensionate pentru a se obţine afânarea sau chiar sfărâmarea betonului dintre armături. De aceea împrăstierea materialului dezintegrat este mare, ceea ce reprezintă un impediment în zone locuite sau cu instalaţii industriale. Deoarece este posibil ca bucăţile de material să fie proiectate la distanţe foarte mari, ce pot ajunge chiar până la 300 m se impune luarea unor măsuri pentru protecţia obiectivelor învecinate. Deci nu poate fi vorba de un criteriu de securitate, ci de aplicarea unor metode de protecţie faţă de alunecarea de material. In zonele cu densitate mare de construcţii este indicat să se aplice metoda de protecţie activă (se acoperă dispozitivul de împuşcare împiedicând împrăştierea materialului dezintegrat). Atunci când numărul clădirilor ce pot fi afectate este redus şi suprafaţa expusă a acestora este mică se recomandă metoda de protecţie pasivă (nu se previne împrăştierea, ci se protejează clădirile ce pot fi periclitate de materialul aruncat). Uneori se urmăreşte obţinerea unui grad sporit de protecţie prin combinarea acestor metode. Meterialele de protecţie folosite trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: -

să fie relativ compacte;

-

să acopere o suprafaţă cât mai mare;

-

să aibă o rezistenţă considerabilă la acţiunea fragmentelor;

-

să poată fi manevrate cu uşurinţă.

Pentru sporirea gradului de securitate faţă de acţiunea bucăţilor de material proiectate se folosesc combinat două tipuri de material de protecţie: -

materialul greu, sub forma ecranelor de cauciuc, ecranelor din inele de fier sau reţelelor de lanţuri grele, pentru evitarea proiectării bucăţilor cu masă mare;

-

material uşor, sub forma ecranelor din pâslă industrială, ecranelor de pânză sau reţelelor din sârmă împletită, pentru evitarea proiectării fragmentelor cu masă mică şi viteză mare.

La lucrările de demolare se utilizează frecvent pentru protecţia faţă de aruncarea de material covoare uzate de cauciuc de la benzile transportoare şi mai rar plase de sârmă. 63

4.2. PROTECŢIA OBIECTIVELOR ÎNVECINATE FAŢĂ DE ACŢIUNEA UNDEI AERIENE DE ŞOC In mod normal este puţin probabil ca suprapresiunea din frontul undei de şoc să cauzeze avarierea structurii de rezistenţă a clădirilor din apropiere. In majoritatea cazurilor pagubele sunt reprezentate de spargerea ferestrelor sau căderi de tencuielii. Suprapresiunea din frontul undei de şoc duce la apariţia vibraţiilor structurale şi a unui zgomot foarte puternic, care este de fapt cauza principală a distrugerilor. Suprapresiunea atmosferică apare ca rezultat al transmiterii unei părţi din energia exploziei (după Berta 38 – 39% din energia exploziei) prin aer, cu un spectru de frecvenţe cu viteză de la 0,1 la 200 Hz. Din moment ce urechea umană percepe vibraţii cu frecvenţa între 16 şi 20000 Hz, rezultă că energia transmisă sub formă de suprapresiune aeriană cu frecvenţa sub 16 Hz poate induce vibraţii în structuri fără ca oamenii să sesizeze vreun zgomot. In figura 4.1. se prezintă o diagramă din care pot fi obţinute valorile suprapresiunii din frontul undei de şoc în funcţie de distanţa scalată.

64

Figura 4.1. Suprapresiunea în frontul undei de şoc pentru încărcături în funcţie de distanţa scalată. In practică, deoarece câmpul de valori al presiunilor legate de efectele acustice este foarte larg, se utilizează o scară logaritmică pentru a corela valoarea unei astfel de presiuni cu pragul ce poate fi perceput: P(dB) = 20 . log

p po

(4.1)

unde: P(dB) – valoarea presiunii pe scara decibelică p – presiunea măsurată (Pa) po – valoarea convenţională acceptată ca presiune de referinţă (pragul sonor perceptibil) po = 2 . 1o-5 Pa In Legea nr. 126/1995 privind regimul materiilor explozive, anexa 3b este prevăzut gradul de distrugeri provocat de suprapresiunea din frontul de şoc asupra diferitelor obiective (tabelul 4.1). Tabelul 4.1. Valorile suprapresiunii în frontul undei de şoc ce produc diferite distrugeri. TIPURI DE DISTRUGERI Distrugeri minime la geamuri Spargerea geamurilor obişnuite Smulgerea geamurilor, căderea tencuielii, pagube neânsemnate la unele clădiri Distrugerea pereţilor din lemn sau B.C.A. Distrugerea pereţilor realizaţi din blocuri din beton cu zgură de termocentrală Distrugerea clădirilor cu pereţi din beton Dobândirea stâlpilor de telegraf şi înaltă tensiune Pagube importante asupra clădirilor cu structură de rezistenţă metalică Distrugerea parţială a structurilor de rezistenţă realizate din beton armat

Suprapresiunea în frontul undei de şoc (mbari)* 1-3 10 – 15 35 – 75 75 – 150 125 – 200 200 – 300 300 – 500 300 – 500 400 - 600

*1 bar = 105 Pa La proiectarea unei scheme de împuşcare pentru demolarea unei clădiri, atunci când se evaluează efectele undei aeriene de şoc asupra obiectivelor învecinate, în prima fază se stabileşte gradul de distrugeri acceptat pentru aceste obiective (distrugeri minime la geamuri, spargerea geamurilor, căderea tencuielii etc). Pe baza valorii suprapresiunii corespunzătoare, în funcţie de distanţa până la locul exploziei se obţine cantitatea de exploziv ce poate fi detonată instantaneu. De exemplu, în situaţia în care se demolează cu explozivi o construcţie, iar cel mai apropiat obiectiv ce trebuie protejat se află la o distanţă de 20 m, dacă se pune condiţia de protecţie a geamurilor, se va considera valoare suprapresiunii în frontul undei de şoc de 10 mbari (1000 Pa). Din diagrama prezentată în figura 4.1. se obţine o distanţă scalară cu valoarea 40, care pentru o distanţă de 20 m corespunde unei încărcături de aproximativ 0,125 kg echivalent TNT. Dacă se folosesc relaţiile obţinute din legile de similitudine la explozie, algoritmul de calcul este următorul: 65

p f

-

se calculează raportul

-

din tabelul cu valorile exploziei de referinţă (19), se obţine Z;

-

din relaţia 3.16, se obţine cantitatea de exploziv, respectiv

Pa

;

3

mTNT  f d .

r . Z

Trebuie precizat faptul că valorile ce se obţin sunt foarte mici, deoarece aceste calcule consideră explozia unei încărcături de exploziv în aer, situaţie în care întreaga energie a exploziei se disipă în mediu sub forma undei aeriene de şoc. După cum am arătat, la exploziile de derocare aproximativ 40% din energia exploziei se pierde ca energie acustică. In cazul demolărilor, se poate estima că aproximativ 75% din energia exploziei încărcăturilor introduse se disipă în mediu sub forma undei aeriene de şoc. Pe de altă parte, prin utilizarea metodelor de protecţie activă pe pasivă faţă de aruncarea de material, suprapresiunea din frontul undei de şoc este atenuată semnificativ. Cele mai importante cauze care duc la apariţia unor valori ridicate ale suprapresiunii în frontul undei de şoc sunt: -

utilizarea încărcăturilor exterioare şi a reţelelor de fitil detonant neacoperite;

-

acoperirea încărcăturilor introduse, cu un strat prea scurt de buraj sau cu material necorespunzător pentru buraj;

-

supraâncărcarea unor găuri.

Efectele generate de undele de şoc aeriene pot fi controlate prin: -

evitarea folosirii încărcăturilor la distanţă mică de fisuri sau crăpături prin care pot ieşi gazele cauzând suprapresiune;

-

respectarea cu stricteţe a parametrilor de perforare (anticipanta, distanţa între găuri, distanţa între rânduri, lungimea găurilor);

-

utilizarea unui buraj corespunzător; s-a constatat că piatra spartă cu dimensiunea de 4 … 9 mm este mai indicată decât materialul mărunt;

-

evitarea utilizării încărcăturilor exterioare sau a reţelelor de fitil detonant pentru iniţierea încărcăturilor introduse; dacă nu este permis sau nu este posibil să se folosească iniţierea electrică, trebuie să se folosească sistemul de iniţiere NONEL;

-

evitarea executării puşcării dacă vîntul suflă către zonele critice, deoarece viteza şi direcţia vântului influenţează foarte mult valoarea suprapresiunii aerului;

Chiar dacă se iau cele mai stricte măsuri împotriva creşterii suprapresiunii aerului, este indicat să se informeze populaţia din vecinătate despre lucrările de demolare, programarea exploziilor şi efectele secundare nedorite care pot apărea.

66

Este indicat ca exploziile să se programeze în perioadele de timp în care nivelul zgomotului de la sursele din zonă are valorile cele mai mari. De asemenea este util ca, înainte de declanşarea exploziei să se folosească un sistem de avertizare sonoră. 4.3. PROTECTIA OBIECTIVELOR INVECINATE FATA DE ACTIUNEA UNDEI SEISMICE Când se proiectează o puşcare, este foarte important să se ia în calcul, chiar şi aproximativ, gradul de pericol care poate apare din cauza vibraţiilor. Acest lucru este esenţial când urmează să se folosească explozivi în apropierea structurilor slăbite. In aceste condiţii, este obligatoriu să se definească valoarea încărcăturii limită, care reprezintă cantitatea maximă de exploziv care poate fi folosită fără a supune structurile la eforturi peste limitele lor de siguranţă. După cum s-a arătat deja, la evaluarea efectului seismic indus de explozii, este foarte important să se cunoască tipurile de deteriorări ce pot apărea şi corelaţia acestora cu parametrii dinamicii ai oscilaţiilor generate de explozii (demolări controlate). 4.3.1. CRITERII DE DETERIORARE Langefors şi Kihlstrom (1973) au arătat că toate criteriile de deteriorare pot fi exprimate sub forma generală: D(,,) = KD . A. f . c- . fo -

(4.2)

unde: KD – constantă; A – amplitudinea deplasării orizontale sau verticale a terenului, (m); f – frecvenţa oscilaţiei, asociată deplasării A, (Hz); c – factor care depinde de lungimea pe care este distribuită deformarea. Poate fi reprezentat de viteza de propagare a undelor seismice prin teren sau prin structura în cauză; fo – frecvenţa proprie a structurii, (Hz); ,, - coeficienţi care variază în funcţie de acţiunea asupra structurii. Pentru determinarea practică a nivelurilor de deteriorare a unei structuri trebuie să se afle valoarea mărimilor , şi  şi în plus să se determine prin experienţe mărimea lui D corespunzătoare unui risc de deteriorare dat. Valorile pentru coeficienţii , şi  sunt redate în tabelul 4.2 pentru diferite criterii de deteriorare. Tabelul 4.2. Acţiunea

Criteriul de deteriorare D Expresia de calcul

Unda seismică 





67

Întindere – compresiune

2

1

1

Verticală cu f  fo

dz f  2 . A. c.dt c. dz f  2 . A. D== dr c.

1

1

0

1

1

0

d 2z f2 2 D==H== H  4 .H . A. 2 dr 2 c

2

2

0

Verticală cu f  fo Transversală, de suprafaţă Verticală

1 1

1 0

0 0

D==

p.H .a f2   2 . A. E c. f o

D== Forfecare Încovoiere Efecte locale

Problema care se pune este, deci, să se determine, în primul rând, valorile mărimilor , şi  care se aplică în diferite condiţii, adică să se demonstreze legăturile care există în mod calitativ. Pentru aplicaţiile practice, este necesar, în plus, să se determine prin experienţe mărimea lui D corespunzătoare unui risc de deteriorare dat. Sunt cazuri când frecvenţa fo nu intervine sau intervine foarte puţin ca factor şi atunci   0, iar criteriul de deteriorare are forma : D = (,, 0) = KD . A . f . c -

(4.3)

Ţinând seama de dificultăţile care există la determinarea vitezelor de propagare c în fiecare caz individual, la examinarea rezultatelor practice se face adesea o comparaţie numai între influenţele lui A şi f. Dacă nici frecvenţa f0 nu este inclusă, criteriul de deteriorare devine: D = (,0, 0) = KD . A . f 

(4.4)

De exemplu un zid (un perete) al unei construcţii poate fi deformat în diferite feluri când fundaţiile sunt expuse la vibraţii. Relaţia dintre frecvenţa proprie f o a zidului şi frecvenţa f a vibraţiilor este unul din factorii decisivi în ceea ce priveşte deformarea zidului. Deteriorarea poate fi cauzată de acţiunea de întindere sau compresiune, de forfecare şi de încovoiere. Legătura dintre aceste mărimi şi acelea ale vibraţiilor terenului este determinată în primul rând de proprietăţile elastice care caracterizează zidul. In paralel cu aceasta, trebuie să se şină seama de faptul că neregularităţile locale şi starea de tensiune statice ale zidului pot să determine deteriorarea acestuia la vibraţii de niveluri mai mici, adică pot să coboare limita de deteriorare. La o vibraţie verticală a cărei frecvenţă este mai mică decât frecvenţa f o, zidul se mişcă de-a lungul întregii lui înălţimi cu o acceleraţie constantă a. Întinderea maximă produsă în zid este : D==

pHa E

(4.5)

unde : p – este densitatea zidului; E – modulul său de elasticitate (modulul lui Zoung); H – înălţimea zidului; 68

a – acceleraţia vibraţiei ; a = 4 2f2A Dacă ţinem seama că c 

E p

, iar frecvenţa proprie a zidului este fo =

 = 2. A .

c , rezultă 4H

f 2 c. f o

(4.6)

Deci, în acest caz criteriul de deteriorare este de forma D(2,1,1). Când frecvenţa vibraţiilor este mult mai mare decât frecvenţa naturală a zidului, terenul are timp să facă una sau mai multe vibraţii complete înainte ca unda de compresiune să ajungă la partea superioară a zidului. Când terenul se mişcă vertical cu mărimea dz în timpul dt, mărimea dz este distribuita sub formă de întindere sau compresiune pe lungimea cdt a zidului (c fiind în acest caz viteza undei în zid). Întinderea sau compresiunea relativă va fi : D= =

dz v f   2 . A. c.dt c c

(4.7) In acest caz, criteriul de deteriorare devine D(1,1,0). Criteriul de deteriorare îşi schimbă deci caracterul în funcţie de raportul f/fo. Criteriile de evaluare a nivelului vibraţiilor au fost raportate la unul din parametrii dinamici principali (deplasarea particulei, viteza şi acceleraţia mişcării particulei, frecvenţa oscilaţiei). Uneori se folosesc alţi parametri dinamici semnificativi ai mişcării seismice, cum ar fi : energia, energia relativă, intensitatea (factorul) Zeller, intensitatea (gradul) de pericol. 4.3.2. EVALUAREA EFECTULUI SEISMIC PRIN MARIMEA VITEZEI PARTICULEI In urma analizei datelor măsurătorilor efectuate de-a lungul multor ani, s-a ajuns la concluzia că cel mai adecvat criteriu de apreciere a riscului seismic indus de explozii este treteriul vitezei maxime de oscilaţie a particulei solului, criteriul de deteriorare având forma D(1,0,0). Următoarele justificări de natură teoretică şi experimentală vin să sprijine alegerea criteriului vitezelor ca cel mai sigur criteriu pentru aprecierea efectului seismic al vibraţiilor transmise, prin fundaţii, clădirilor: -

viteza particulei, ţinând seama atât de frecvanţă cât şi de deplasare, dă o indicaţie asupra valorilor limită admisibile, valabilă pentru orice frecvenţă a vibraţiilor;

-

corelarea statistică a datelor este mult mai bună, în cazul considerării vitezei particulei, în dependenţa dintre gradul de deteriorare şi nivelul de vibraţie;

-

viteza de oscilaţie a particulei depinde în cea mai mică măsură de proprietăţile rocilor (în afară de cele saturate cu apă), în comparaţie cu deplasarea sau acceleraţia.

Totuşi, cercetările au arătat că trebuie luaţi în calcul şi alţi factori, cum ar fi : -

viteza de propagare a undelor, adică proprietăţile elastice ale terenului pe care se află construcţiile, criteriul de deteriorare devenind D(1,1,0); 69

-

frecvenţa proprie a construcţiilor, criteriul de deteriorare devenind D (1,1,1);

-

categoria construcţiilor;

-

starea şi destinaţia lor.

Niveluri de vibraţie care ţin seama de mai mulţi factori au fost propuse de Rowe (1973) şi de Kuzneţov (1971). In tabelul 4.3, sunt prezentate efectele vibraţiilor seismice induse de explozii asupra construcţiilor, după Rowe. Kuzneţov a împărţit construcţiile după starea şi după destinaţia lor, stabilind pentru fiecare grupă în parte viteze admisibile ale mişcării terenului (tabelul 4.4). Tabelul 4.3. Efectele vibraţiilor seismice induse de explozii asupra construcţiilor, după Rowe Viteza maximă a particulei (mm/s) 0,2 2 5 15 50

Deteriorări ale construcţiilor Nici una Limita superioară pentru monumente istoric, structuri foarte fragile etc. Limita inferioară pentru deteriorări arhitecturale la clădiri obişnuite cu finişaj „sensibil”, de exemplu tencuială. Deteriorări arhitecturale, posibile deteriorări structurale. Deteriorări structurale la clădiri care răspund la frecvenţa perturbaţiei (adică intră în rezonanţă).

Tabelul 4.4. Vitezele admisibile ale mişcării terenului, după Kuzneţov Categoria construcţiilor după starea lor A B C D E F

Clădiri şi construcţii. Starea lor înainte de explozii Cu destinaţie industrială sau civilă având carcase metalice sau din beton armat; cu umpluturi din zidărie de cărămidă-piatră şi cu consolidare antiseismică. Cu carcase din beton armat sau metal şi umplutură de cărămidă; fără consolidare antiseismică; clădiri noi din cărămidă cu pereţi portanţi şi consolidare antiseismică. Idem, având fisuri în umplutură; din cărămidă, piatră, blocuri mari; fără consolidare antiseismică. Cu carcase cu fisuri în umplutură şi carcasă; din cărămidă, blocuri mari; cu fisuri în pereţii de bază şi cei despărţitori. Cu carcase, cu fisuri în carcasă şi deteriorări ale legăturilor diferitelor elemente; din cărămidă sau blocuri mari, cu deteriorări mari ale pereţilor (fisuri înclinate, fisuri în colţuri) etc. Cu carcase din beton armat; cu corodări ale armăturii carcasei şi cu alte deteriorări; fisuri mari în umplutură etc. Clădiri cu fisuri numeroase în pereţi, deteriorări ale legăturilor dintre pereţii experiori şi interiori etc; din panouri mari, fără întărituri antiseismice.

Viteza admisibilă a particulei, pe clase* (mm/s) I II III 50 70 100 20

50

70

15

30

50

10

20

30

5

10

20

3

5

10

*Clasa I – construcţii cu destinaţie industrială şi de importanţă mare : conducte magistrale, ateliere mari, tuburi de extracţie, castele de apă etc. a căror durată de serviciu depăşeşte 20 – 30 ani; 70

clădiri administrative în care lucrează mulţi oameni, clădiri de locuit cu 3 – 5 etaje, cinematografie, case de cultură etc. Clasa II – idem, dar cu suprafaţă nu prea mare şi având până la 3 etaje: ateliere mecanice, staţii de compresoare, combinate de bunuri de larg consum şi altele, cu o durată de serviciu până la 20 – 30 ani; clădiri administrative cu aglomeraţii nu prea mari de oameni; case de locuit, magazine, birouri s.a. Clasa III – clădiri şi construcţii cu destinaţie industrială şi administrativă a căror deteriorare nu ameninţă locuitorii şi nici instalaţiile importante: magazii, puncte echipate pentru transport etc. Unele cercetări au arătat că pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz efectele seismice ale exploziilor asupra construcţiilor sunt mai strâns legate de deplasarea particulei. Corelarea mai bună dintre deteriorări şi deplasarea particulei pentru frecvenţe mai mici de 10 Hz nu prezintă o prea mare importanţă, întrucât gama de frecvenţe obişnuită a vibraţiilor, care interesează în studiul efectului seismic al exploziilor industriale asupra construcţiilor, este de 6 – 60 Hz. Acceleraţia particulei este un parametru dimanic foarte des utilizat în aprecierea efectului seismic al cutremurelor de pământ naturale asupra construcţiilor, dar au fost stabilite şi criterii pentru evaluarea efectului vibraţiilor seismice induse de explozii asupra acestora. 4.3.2. DETERMINAREA VITEZEI PARTICULEI Întrucât viteza particulei reprezintă parametrul dinamic cel mai important în studiul efectului seismic al exploziilor asupra construcţiilor, au fost propuse mai multe formule empirice pentru calculul ei. Astfel, Medvedev şi Liamzina (1962) au propus o relaţie pentru calculul componentei radiale a vitezei particulei : vr = 2,68 .

 3 mTNT   r 

3

2   

(4.8)

Bazându-se pe rezultatele obţinute de aceştia, Mârza şi Pântea (1978) au modificat relaţia precedentă pentru a obţine vectorul rezultat al mişcării: vr = 4,08 .

 3 mTNT   r 

3

2   

(4.9)

Awojobi a obţinut o formulă în care a introdus ca variabilă şi adâncimea h de îngropare a încărcăturii de exploziv: v=

k h 0 , 55 .mTNT .e 4, 62 .  r r

0 ,1

(4.10)

unde: 71

k – coeficient dependent de condiţiile din teren. O relaţie care ţine seama de o gamă largă de condiţii de explozie, condiţii de amplasament al construcţiilor, mediu de propagare etc., a fost propusă de Kuzneţov (1971): v = k1. k2 . k3 . k4 . k5 . k6 .

 3 mTNT   r 

3

2   

(4.11)

unde: k1 – coeficient ce ia în considerare tipul rocilor în care are loc explozia, tipul rocilor din fundaţia clădirii, precum şi anotimpul; k2 – coeficient ce ia în considerare modul în care este direcţionată explozia faţă de poziţia obiectivului de protejat; k3 - coeficient ce ţine seama de condiţiile de împuşcare; k4 - coeficient ce ţine seama de metoda de împuşcare. Pentru explozii instantanee k 4 = 1, iar pentru explozii cu microântârziere k4 =

1,08 (n – numărul treptelor de întârziere); n

k5 - coeficient în funcţie de raportul dintre distanţa r şi lungimea l a blocului împuşcat; k6 - coeficient ce ţine seama de creşterea relativă a vitezei particulei la amplasarea găurilor în mai multe rânduri. Berta (1990) a analizat modul în care energia explozivului este transmisă masivului de rocă. De asemenea a evaluat energia seismică transmisă rocii şi a obţinut următoarea formulă pentru viteza mişcării de oscilaţie :

 s .1 . 2 .mex .Qe K f . p r .C.R 2 . log r

V = 7,98 .

(4.12)

în care: 1 – factorul de impedanţă; depinde de impedanţa acustică a explozivului (Ic = qC . D) şi a mediului în care are loc explozia (Ir = qr . C) şi se calculează cu relaţia: 1 = 1 -

 Ie  Ir  2  Ie  Ir  2

(4.13)

2 – factorul de cuplare; depinde de raportul dintre diametrul găurii şi diametrul încărcăturii şi se calculează cu relaţia : 1 2 =

dg

e d c  1,72

(4-14)

g – factor de transformare a energiei exploziei în energie seismică; are valoarea 0,4 atunci când puşcarea are loc spre o suprafaţă liberă; qr – densitatea rocii, (kg/m3); 72

C – viteza sunetului în rocă, (m/s); Kf – coeficient ce reprezintă influenţa caracteristicilor terenului asupra reducerii frecvenţei; mex – masa încărcăturii de explozie, (Kg); Qc – cărdura de explozie a explozivului, (kJ/kg); r – distanţa faţă de locul exploziei, (m); O altă metodă de evaluare a vitezei mişcării de oscilaţie se bazează pe determinările instrumentale şi poate fi folosită atunci când se fac explozii de derocare. Pe baza a numeroase măsurători s-a tras concluzia că nivelurile de vibraţie de la diferite explozii pot fi comparate pe baza cantităţii de exploziv pe treapta de întârziere (Sau pe baza masei încărcăturii totale, în cazul exploziilor instantanee). După Nicholls (1971), legea de propagare pentru viteza particulei are următoarea formă: v= H

   

r mex

   



(4.15)

unde: v – este viteza maximă a particulei în cm/s; H,  - constante pentru un anumit amplasament şi un anumit tip de ămpuşcare. Măsurarea vibraţiilor se face într-un punct, pentru o analiză totală măsurându-se parametrii pe trei direcţii: verticală, longitudinală şi transversală. In mod normal la distanţe mici, componenta verticală este dominantă, de aceea de obicei este suficient să se măsoare pe verticală. Coeficienţii H şi  se pot obţine pe baza datelor experimentale pentru fiecare direcţie utilizând metoda celor mai mici pătrate. 4.3.3. NORMATIVE PENTRU PROTECTIA CONSTRUCTIILOR FATA DE EFECTUL VIBRATIILOR INDUSE DE EXPLOZII In ţara noastră, Ministerul Muncii şi Protecţiei Sociale „Norme specifice de protecţie a muncii pentru depozitarea, transportul şi folosirea materiilor explozive” (1997), care au ca anexă şi „Prescripţii tehnice privind măsurarea vitezei de oscilaţie a solului şi determinarea cantităţii de exploziv nepericuloase din punct de vedere seismic”. Aceste prescripţii se referă la măsurarea vitezei oscilaţiilor particulelor solului în domeniul de frecvenţă al oscilaţiilor generate de explozii (lucrări de împuşcare) şi la stabilirea încărcăturilor de exploziv care pot fi utilizate la efectuarea lucrărilor de împuşcare în zone în care există construcţii civile şi industriale. Gradul de deteriorare al construcţiilor în funcţie de viteza de oscilaţie este redat în tabelul 4.5.

73

Tabelul 4.5. Corelaţia dintre viteza oscilaţiilor particulelor solului şi efectele asupra structurilor INTENSITATE SEISMICA (grade) STAS 3684-71

IV V VI

VII

VIII IX

X

Efectul asupra structurilor

Posibile deteriorări la construcţiile de tip rural, conducte sub presiune, sonde de petrol şi gaze, puţuri miniere, structuri foarte fragile. Se exfoliază stratul de zugrăveală. Apar fisuri mici şi înguste în tencuială la construcţiile de tip rural şi urban. Posibile deteriorări minore la construcţiile de tip industrial. Se produc fisuri în tencuială în pereţii despărţitori şi desprinderea unor bucăţi de tencuială la construcţiile de tip rural şi urban. Deteriorări minore la construcţiile de tip industrial. Se produc fracturi în elementele de rezistenţă la construcţiile de tip rural, fracturi în zidărie cu desprinderea unor bucăţi mari de tencuială la construcţiile de tip urban şi fisuri în tencuială cu desprinderea unor bucăţi la construcţiile de tip industrial. Surpare în puţine cazuri a părţilor carosabile pe pante abrupte. Avarierea posibilă a îmbinărilor conductelor. Avarierea maşinilor montate. Se produc fracturi majore în elementele de rezistenţă la construcţiile de tip rural lu urban. Se produc fisuri în elementele de rezistenţă ale construcţiilor de tip industrial. Se porduc dislocări şi prăbuşiri a unor elemente de legătură ale construcţiilor rurale şi urbane. Se produc fracturi în elementele de rezistenţă ale construcţiilor de tip industrial. Avarii ale barajelor, conducte subterane, posibile deformări şi avarii importante ale părţilor carosabile. Se produce distrugerea construcţiilor de tip rural, prăbuşirea unor elemente de legătură la construcţiile de tip urban şi fracturarea cu dislocarea unor elemente de rezistenţă la construcţiile de tip industrial.

Viteza de oscilaţie v* (cm/s)

Admisă

Limită

0,5

1,0

1,1

2,0

2,1

4,0

4,1

8,0

8,1

16,0

16,1

32,0

32,1

64,0

v* - reprezintă valoarea maximă a vitezei orizontale măsurată pe una din cele două principale radiale – longitudinale (vr) sau tangenţială (vt). De asemenea este necesar să se adauge următoarele observaţii: 1. Viteza de oscilaţie admisă este acea viteză la care se garantează că nu sunt depăşite efectele dinainte acceptate asupra structurilor construcţiilor. 2. La efectuarea lucrărilor de împuşcare repetate, viteza de oscilaţie a particulelor solului trebuie să se înscrie în valorile vitezei admisibile. Viteze de oscilaţie cuprinse între cea admisă şi limită pot fi acceptate numai de către specialişti, în situaţii deosebite. 74

3. Viteza de oscilaţie limită va fi acceptată numai în situaţii deosebite, la o sigură împuşcare atunci când condiţiile tehnologie impun efectuarea unor împuşcări cu cantităţi mai mari de explozivi. 4. In cazul construcţiilor de importanţă deosebită sau în care se află instalaţii şi utilaje sensibile la vibraţii, valorile admisibile ale vitezei oscilaţiilor particulelor solului se vor stabili de specialişti în domeniul respectiv. 5. In cazul în care nu s-a putut măsura decât valoarea componentei radiale şi este necesară introducerea în calcul a valorilor rezultantei orizontale (v0) sau toate (vT), acestea se pot determina cu relaţiile: v0 = 1,4 . vr

vT = 1,4 . vr

(4.16)

Se poate observa că această scară de intensitate seismică nu face referire la frecvenţa vibraţiilor, ceea ce poate fi considerat un neajuns. Normativul din Statele Unite – RI 8507/1980, elaborat de U.S.Bureau of Mines recomandă următoarele valori limită ale vitezei vibraţiilor (1); - pentru frecvenţe  40 Hz

v = 50 mm/s;

- pentru frecvenţe de 5 – 10 Hz

v = 19 mm/s (perete netencuit); v = 12,7 mm/s (perete tencuit)

-

pentru frecvenţe de 10 – 40 Hz şi  5 Hz, valorile sunt funcţie de frecvenţă şi sunt prezentate în figura 4.2.

Figura 4.2. Viteza vibraţiei funcţie de frecvenţă, conform U.S.Bureau of Mines In UE, cele mai cunoscute normative care reglementează protecţia construcţiilor faţă de acţiunea seismică a exploziilor sunt cele din Germania şi cel din Franţa. De altfel, acesta sunt 75

utilizate uneori şi de către geofizicienii şi seismologii români când evaluează efectul exploziilor asupra construcţiilor. In figura 4.3. se reprezintă normativul DIN 4150/86 din Germania şi reglementarea impusă în Franţa de Departamentul de Prevenire a Poluării (DPP) din Ministerul Mediului.

1  construcţii rezistente 2 ….construcţii sensibile 3 - - construcţii foarte sensibile

Figura 4.3. Normative de protecţie seismică a construcţiilor Din analiza acestor grafice, se poate trage concluzia că normativele americane şi germane impun la limită pentru o anumită frecvenţă cam aceleaşi valori ale vitezei de oscilaţie, pe când cel francez este mai restrictiv. In ţara noastră, normativul privind protecţia construcţiilor faţă de efectul vibraţiilor induse este în curs de elaborare. Deocamdată, pentru a recomanda niveluri admisibile realiste ale vibraţiei terenului pentru protejarea clădirilor, trebuie să fie consultaţi ingineri cu experienţă în evaluarea stării de rezistenţă a structurilor. Orice restricţie sub forma nivelurilor reduse de vibraţie va creşte considerabil costurile totale ale puşcării. Din acest motiv este important, ca înainte de întocmirea proiectului de demolare cu explozivi, să se execute o inspecţie a clădirilor din jur. Aceasta va fi urmată de o analiză a posibilelor riscuri pentru a aprecia sensibilitatea clădirilor în special a fundaţiilor la vibraţiile terenului. 76

Pentru estimarea riscului de avariere din cauza vibraţiei terenului se utilizează cele mai mici valori, dintre cele recomandate, ale vitezei de vibraţie a particulelor solului (de exemplu pentru clădiri de locuit, în funcţie de fundaţia clădirii, corespunzătoare „neapariţiei fisurilor”). Pentru creşterea performanţelor lucrări de demolare controlată în ansamblu şi rentabilizarea unei (unor) puşcări este necesară determinarea cu precizie a valorilor limită superioare, corespunzătoare pragului de apariţie a avariilor admise pentru obiectivele învecinate. Asigurarea protecţiei construcţiilor şi a oamenilor care locuiesc sau lucrează în acestea împotriva deteriorărilor ce pot fi induse de explozii poate fi realizată prin aplicarea unei metode sigure şi eficiente de control seismic al vibraţiilor. Sunt cunoscute trei metode diferite pentru controlul seismic al vibraţiilor produse de explozii: metoda elaborată în ţara noastră (Sau metoda „magnitudinii aparente”), metoda şcolii americane şi cea a şcolii sovietice (ultimele două folosind noţiunea de „distanţă redusă”). Atunci când în urma evaluării riscului seismic se constată că posibilele avarii nu pot fi acceptate, este necesar să se aplice tehnici de reducere a efectului seismic al exploziilor. Cea mai utilizată metodă atât în împuşcările din lucrările miniere cât şi în împuşcările de demolare a construcţiilor constă în împărţirea încărcăturii totale de exploziv în trepte de întârziere.

77

CAPITOLUL V LUCRARI SPECIALE DE IMPUSCARE In afară de efectuarea lucrărilor de demolare a construcţiilor, tehnica împuşcării este utilizată şi în alte domenii, mediul de utilizare fiind caracterizată de particularităţi specifice. Particularităţile mediului (umiditate excesivă, presiune hidrostaticã, temperaturi scăzute) impune anumite restricţii în ceea ce priveşte tipul explozivului utilizat, mijloacele de iniţiere, tehnologia de lucru, controlul împuşcării etc. Fiecare dintre aceste medii impun calculul unor parametrii de împuşcare specifici (anticipanţă, consum specific de exploziv, cantitate totală de exploziv mod de amplasare a încărcăturilor, ordinea detonării încărcăturilor etc), deosebindu-se trei domenii de efectuare a lucrărilor speciale de împuşcare, respectiv împuşcarea subacvatică, distrugerea gheţii, împuşcări în silvicultură. 5.1. IMPUSCĂRI SUBACVATICE Împuşcările sub apă acoperă o gamă foarte largă de proiecte necesare de realizat în condiţii variate. Aici sunt incluse derocările pentru adâncirea porturilor şi canalelor, construcţii de canale, tăieri de construcţii şi alte lucrări care se execută sub apă. La împuşcările sub apă rezultatul trebuie obţinut din prima împuşcare, întrucât forarea şi împuşcarea secundară sunt foarte costisitoare. Există riscul unor şocuri subacvatice mari, deoarece vibraţiile sunt mai puternice şi transmise mult mai repede decât la împuşcările de suprafaţă. Pe scurt, se impune un calcul atent şi alegerea celei mai bune metode ce urmează a se aplica. Sunt cunoscute în general trei metode de împuşcare sub apă: -

Se forează pe fundul apei cu perforatoare normale susţinute manual de scufundării şi tot cu scafandrii se execută încărcarea găurilor cu exploziv;

-

Forajul şi operaţiile de încărcare cu exploziv se execută de la suprafaţă, de pe platforme plutitoare sau suspendate pe piloni;

-

Împuşcarea cu încărcături aplicate prin aşezarea explozivului în tipare practicate pe suprafaţa rocii aflată pe fundul apei. Concentrarea încărcăturii poate avea forme specifice, dar se utilizează un contact perfect cu roca. Această metodă se foloseşte când nu este posibilă forarea. Încărcătura este iniţială instantaneu cu fitil detonant.

5.1.1. ALEGEREA METODEI DE FORARE ŞI ÎMPUŞCARE Alegerea metodei de excavare pentru lucrările subacvatice este influenţată de o serie de factori dintre care menţionăm: -

echipamentul disponibil; 78

-

fluxul de curenţii marini;

-

adâncimea apei;

-

mărimea lucrării şi programul de lucru impus;

-

alte condiţii locale.

Fezabilitatea acestui tip de lucrări este determinată în mare parte de adâncimea apei, de curenţi şi de spaţiu ce va fi excavat. Factorii cei mai importanţi care influenţează rezultatul împuşcărilor sub apă sunt: -

disponibilitatea echipamentului;

-

precizia forajului;

-

încărcarea explozivului în vederea împuşcării;

-

fragmentarea rocilor;

-

umflarea şi sfărâmarea rocilor după împuşcare.

Precizia forajului La o împuşcare normală a unui banc, precizia forajului are un mare efect în succesul operaţiilor de împuşcare. Factorii care influenţează precizia forajului la împuşcările sub apă sunt: -

structura şi proprietăţile rocilor;

-

stabilitatea echipamentului de foraj folosit;

-

erorile de aliniament.

Întrucât lucrările se fac la adâncime este important de luat în calcul toţi aceşti factori pentru determinarea cât mai exactă a reţelei de foraj. Când forajul se execută cu scafandrii sau cu echipament montat pe platforme de foraj, erorile de aliniament sunt: la folosirea scafandrilor 5 cm/m şi la folosirea platformelor 3 cm/m. Precizia forajului trebuie considerată totdeauna pentru condiţiile fiecărei situaţii. Efectul împuşcării sub apă depinde foarte mult şi de diametrul de foraj ales în funcţie de adâncimea de excavare astfel: Adâncimea de tărie Diametrul găurii

m mm

0-3 32

3-6 41

6-9 51

9 – 15 70

15 - 25 102

Relaţia între anticipantă, diametrul găurilor şi adâncimea de tăiere este redată în figura 5.1. Când este folosită dinamita pentru împuşcare la adâncimi ale apei mai mari de 15 m, literatura de specialitate indică micşorarea distanţelor între găuri cu 25 % faţă de împuşcarea în condiţii normale, deci anticipanta şi distanţa între rânduri va fi egală cu distanţa între găuri. Burajul găurilor nu este necesar, întrucât apa este un foarte bun buraj. Subadâncirea la împuşcarea sub apă trebuie să fie întotdeauna mai mare de 60 % din mărimea anticipantei, ea putând fi calculată cu relaţia: 79

U=W

(5.1)

unde: U – subadâncirea , (m); W – anticipanta = distanţa între găuri, (M); Lungimea găurilor H se poate calcula cu relaţia: H = K + U + Hi (m)

(5.2)

unde: H – lungimea găurilor (m); K – înălţimea bancului necesar de extras (m);

Figura 5.1. Variaţia anticipantei în funcţie de

U – subadâncimea, (m);

diametrul de foraj şi adâncimea de tăiere

Hi – creşterea lungimii găurii datorită înclinării acesteia, (m); In tabelul 5.1 sunt redate elementele principale la împuşcarea subacvatică cu găuri verticale. Tabelul 5.1. Elementele principale la împuşcările subacvatice Diametrul găurii (m) 32

41

51

70

102

Adâncimea apei (m) 2…5 2…5 5 … 10 5 … 10 2…5 2…5 5 … 10 5 … 10 2 … 10 2 … 10 2 … 10 2 … 10 2 … 10 2 … 10 2 … 10 20 20 5 … 10 2 … 10 2 … 10 20 50

Înălţimea bancului (m) 2,0 5,0 2,0 5,0 2,0 5,0 7,0 7,0 2,0 3,0 5,0 10,0 3,0 5,0 10,0 10,0 15,0 5,0 10,0 15,0 15,0 20,0

Subadâncimea (m) 0,9 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,1 1,1 1,2 1,5 1,5 1,5 1,5 2,0 19 1,8 1,7 2,3 2,1 2,0 2,0 1,9

Lungimea găurii (m) 2,9 5,8 2,8 5,8 3,2 6,2 8,1 8,1 3,2 4,5 6,5 11,5 4,5 7,0 11,9 11,8 16,7 7,3 12,1 17,0 17,0 21,9

Anticipanta (m) 0,9 0,85 0,85 0,85 1,20 1,15 1,10 1,10 1,20 1,50 1,45 1,35 1,50 1,95 1,85 1,80 1,70 2,25 2,10 2,00 1,95 1,85

Spaţiul dintre găurii (m) 0,9 0,85 0,85 0,85 1,20 1,15 1,10 1,10 1,20 1,50 1,45 1,35 1,50 1,95 1,85 1,80 1,70 2,25 2,10 2,00 1,95 1,85

80

5.1.2. ÎMPUSCARI DE AFÂNARE SI ÎMPUSCARE În multe cazuri, împuşcările sub apă trebuie să fie pornite din punctele unde înălţimea bancului este cea mai mare sau „zero”, trebuind a fi executate mai multe împuşcări pentru detaşarea întregului banc de depuneri. În aceste circumstanţe împuşcările trebuie să afâneze şi împrăştie materialul pentru a putea trece la un nou ciclu al operaţiilor de forare şi împuşcare. La folosirea găurilor verticale reţeaua de foraj se poate calcula după relaţiile: W = 20 d a = 20 d U = 30 d unde; W – anticipanta (m); a – distanţa dintre găurile aceluiaşi rând (m); U – subadâncimea (m); d – diametrul găurii (m); 5.1.3. CALCULUL ÎNCĂRCĂTURILOR PENTRU ÎMPUŞCĂRILE EFECTUATE SUB APA Cantitatea de exploziv necesară împuşcărilor sub apă depinde de mai mulţi factori, incluzând: -

tăria rocii;

-

adâncimea apei;

-

grosimea stratului acoperitor (nisip, mâl);

-

adâncimea găurii;

-

adâncimea găurilor de împuşcare.

La împuşcarea bancurilor normale încărcătura specifică de exploziv utilizată pentru roci tari şi care asigură o bună fragmentare a rocilor este de 0,4 … 0,5 kg/m3. Pentru ca greşelile de împuşcare nu sunt acceptate sub apă încărcătura specifică de exploziv este dublată între 0,9 … 1,0 kg/m3. Dacă se forează găuri înclinate se pot folosi încărcături cu 10 % mai mici, pentru realizarea de economii. Relaţia de calcul pentru consumul specific de exploziv este: q = Hi + (HW + 2 H0 + 3K)/100

(kg/m3)

(5.3)

unde: q – este încărcătura specifică de exploziv (kg/m3); Hi – este o constantă care reflectă înclinarea găurii (m); pentru găuri verticale:

Hi = 1,0

pentru găuri înclinate: 5:1

Hi = 0,95 81

3:1

Hi = 0,90

HW – adâncimea apei (m); Ho – grosimea stratului acoperitor (m); K – adâncimea de împuşcare (m); Parametrii încărcăturii de exploziv se calculează cu relaţiile: Încărcătura pe metru (kg/m) lc = 0,79  d2/1000

(5.4)

Lungimea încărcăturii (m) Hc = H – H s

(5.5)

Greutatea încărcăturii (kg) Qc = lc . hc

(5.6)

unde:  - densitatea încărcăturii (kg/dm3); d – diametrul găurii (mm); H – lungimea găurii (m); Hs – lungimea burajului (m); Întrucât aruncarea fragmentelor de rocă este redusă datorită acoperii cu apă, burajul se consideră întotdeauna 30 % din anticipantă. HS = 0,3 W

(5.7)

şi HS  0,5 m unde: Hs – lungimea burajului (m); W – anticipanta (m); Când încărcătura pe metru (kg/m) şi consumul specific (kg/m3) sunt cunoscute, se poate calcula valoarea anticipantei cu ajutorul relaţiei: W=

(lC/q)0,5

(5.8)

unde: W – anticipanta (m); lC – încărcătura pe metru (m); q – încărcătura specifică (kg/m3); In tabelul 5.2 sunt redaţi parametrii de împuşcare în cazul folosirii găurilor verticale. Aceste valori pot fi utilizate acolo unde nu sunt probleme deosebite legate de vibraţiile şi şocurile de apă. Utilizarea încărcăturilor aplicate 82

Utilizarea acestei metode este recomandată atunci când din diverse motive frecarea rocilor nu este posibilă. Încărcătura de exploziv în greutate totală de 15 – 20 kg, constă din calupuri aşezate într-o reţea de 2 x 2 m, figura 5.2 şi este plasată pe fundul mării într-o zonă unde adâncimea apei este mai mare de 6 m. Încărcătura este aprinsă simultan de la suprafaţă cu fitil detonant. Tabelul 5.2. Parametrii la împuşcarea subacvatică în cazul folosirii găurilor verticale Diametrul găurii, mm 32

41

51

70

Adâncimea apei, m 2–5 2–5 5 – 10 5 – 10 2-5 2–5 2–5 5 – 10

2 – 10 2 – 10 2 – 10 2 – 10

2 – 10 2 – 10 2 – 10 20 20

Lungimea găuri, m 2,9 5,8 2,8 5,8 3,2 6,8 8,1 8,1

3,2 4,5 6,5 11,5

4,5 7,0 11,9 11,8 16,7

100 5 – 10 2 – 10 2 – 20 20 25

7,3 12,1 17,0 17,0 21,9

m 2,00 4,95 1,95 4,95 2,00 3,30 5,65 9,30 7,00 11,55 7,00 11,55 2,00 5,10 3,00 7,65 5,05 12,90 10,15 25,90 3,00 14,5 5,05 24,50 10,05 48,75 10,05 48,50 15,00 72,75 5,05 39,90 10,00 79,00 15,00 118,50 15,05 118,90 15,05 20,05 158,40

Încărcătura kg/m 1,00 1,00 1,00 1,00

kg 2,00 4,95 1,95 4,95 1,65 1,65

Buraj, m 0,90 0,85 0,85 0,85 1,20 1,55 1,10 1,00

Încărcătura specifică, kg/m3 1,23 1,37 1,35 1,37 1,15 1,41 1,36 1,36

1,65 1,65 2,25 2,25

1,20 1,50 1,45 1,35

1,77þ1,13 1,23 1,42

1,50 1,95 1,85 1,80 1,70

2,16 1,29 1,42 1,50 1,68

7,90

2,25 2,10 2,00 1,95 1,85

2,25 2,25 4,85 4,85 4,85 4,85 4,85

7,90 7,90 7,90 7,90

83

Explozivul întrebuinţat trebuie sã fie rezistent la apã pe o perioadã lungã de timp, sã aibă o vitezã de detonare mare şi să fie în bun contact cu roca. Încărcătura foloseşte cilindrii de metal şi plastic împărţiţi în două părţi, deasupra există încărcături iar jos gol. Energia explozivă astfel creată, are puterea de a sparge roca până la o adâncime de 5 m. Împuşcarea cu astfel de metode provoacă vibraţii puternice ale terenului şi şocuri de apă în zonele din împrejurimi şi sunt în general restrictive din acest punct de vedere. 5.1.4. CONTROLUL ÎMPUŞCĂRILOR În situaţia în care bancul de împuşcare este mai mult sau mai puţin fisurat, trebuie

Figura 5.2. Principiul folosirii

ţinut cont de acest lucru întrucât gazele de

încărcăturilor aplicate la împuşcările

explozie se propagă prin fisuri şi pot fi surse de

sub apă

vibraţii suplimentare şi diferite de cele calculate iniţial. In toate cazurile, trebuie cu grijă observate şi stăpânite, mai ales din punct de vedere al aruncării materialului, şocurilor şi vibraţiilor, fig.5.3. Reducerea presiunilor în „limite normale” se Obţine prin vibraţii de frecvenţe mai mari de 100 Hz. Pentru reducerea riscurilor proiecţiilor de

Figura 5.3. Relaţia dintre încărcătură şi

material sub apă, se poate modifica reţeaua de

efectele de aruncare

forare şi împuşcare după cum urmează: -

folosirea lungimilor de buraj de 15 d (d – diametrul găurii);

-

reţeaua de găuri să aibă o distanţă între găurile aceluiaşi rând de 0,6 … 1 m pentru d cuprins între 41 şi 70 mm;

-

folosirea explozivilor cu viteză scăzută de detonare;

O încărcătură de exploziv lăsată liber în apă şi detonată produce o presiune dată de relaţia: P = rQ 0,33

(5.9)

unde: P – presiunea maximă (kg/cm2); r - distanţa de la locul exploziei (m); Q – cantitatea de exploziv detonată (kg); 84

Şocurile de apă sunt periculoase în special pentru scafandri. Raza de pericol datorită detonării încărcăturii se calculează cu relaţia: R = 258 Q 0,33

(5.10)

în care: R – raza de pericol (m); Q – greutatea încărcăturii (kg); 5.1.5. TIPURI DE EXPLOZIV UTILIZAT LA ÎMPUSCARILE SUB APA Explozivii care pot folosiţi la împuşcările sub apă trebuie să fie rezistenţi la apă. Cei mai folosiţi explozivi la împuşcările sub apă sunt gelatina şi dinamita rezistentă la apă, amândouă ambalate în cartuşe sau cilindrii de carton. Rezistenţa la apă a explozivilor utilizaţi la împuşcările sub apă variază în limite mari, depinzând de conţinuturile în substanţe a fiecărui tip de exploziv şi de modul de amplasare a acestuia. Dezvoltarea explozivilor tip slurry arată că, folosirea acestui tip de exploziv oferă câteva avantaje în comparaţie cu dinamita. Aceşti explozivi asigură reducerea vibraţiilor şi o maximă fragmentare a rocilor împuşcate. 5.1.6. SISTEME DE INITIERE A INCARCATURILOR DE EXPOZIVI Sisteme de iniţiere sub apă sunt apropape similare cu cele de la substanţă. Capsele milisecundă trebuie să fie capabile să asigure detonaţia chiar şi după o lungă perioadă de stat în apă. Se folosesc detonatori speciali pentru împuşcări sub apă, cu bune protecţie la apă. Aceşti detonatori trebuie să reziste la: -

presiunea apei de 20 m col. H2O un timp de 14 zile;

-

tensiuni egale cu 120 N;

-

flame mai mari de 20KV.

Detonatorii non-electrici pentru împuşcări sub apă cum ar fi NONEL UNIDET propuşi de NITRO-NOBEL asigură o foarte bună funcţionare în condiţii subacvatice. Procedura de încărcare foloseşte în general 2 detonatori de acelaşi număr-unul la bază şi unul pe coloană. În găuri mai adânci sunt necesari 3 sau 4 detonatori pentru a asigura întârzieri între încărcături şi a realiza reducerea vibraţiilor şi îmbunătăţirea rezultatelor. Detonatorii sunt în general conectaţi la diferite serii. Când se pregăteşte împuşcarea sub apă trebuie respectate următoarele: -

nu se fac conectări sub apă;

-

se vor folosi conectori impermeabili;

-

se folosesc minim 2 capse detonante pe gaură;

-

fiecare detonator va fi verificat să nu prezinte defecţiuni; 85

-

detonatorii din aceeaşi gaură să fie conectaţi cu serii diferite;

-

să fie verificat sistemul de dare a focului.

5.1.7. IMPUSCAREA SUBACVATICA DE PROTEJARE La împuşcările subacvatice o problemă deosebită o constituie protejarea lucrărilor de artă şi a instalaţiilor portuare faţă de unda de şoc. Datorită compresibilităţii reduse a apei, de la o detonaţie unda se propagă neamortizată. Întrucât apa este omogenă şi nu are suprafeţe de discontinuitate, ca roca (sub formă de plane de separare, fisuri, crăpături sau alte asemănătoare), nu are loc nici diminuarea undei de şoc datorită refracţiei sau dispersiei. Datorită acestui fapt o undă declanşată de detonaţia subacvatică a unei încărcături explozive poate să influenţeze cu o intensitate puţin diminuată, pe distanţe mari, cu efecte periculoase, instalaţiile sensibile la şocuri. De aceea, la împuşcări subacvatice este necesar să se reducă transmiterea directă a impulsului detonaţiei asupra apei, fapt ce poate fi realizat prin burarea încărcăturilor. Împuşcarea încărcăturilor în găuri burate, conduce la reducerea mărimii presiunii în frontul undei de şoc în apă de 7 – 10 ori faţă de încărcături neburate de aceeaşi masă. Deoarece şi la încărcături corespunzător burate apar unde de şoc periculoase, este necesar ca intensitatea lor să fie diminuată, respectiv redusă prin măsuri eficiente. Deosebit de eficace în acest sens s-au evidenţiat perdelele din bule de aer. Procedeul constă în plasarea pe fundul apei, între locul împuşcării şi obiectivul de protejat, a unei conducte cu orificii mici în perete, legată la o reţea de aer comprimat. La un raport corespunzător între distanţa şi diametrul orificiilor şi la o reglare corespunzătoare a presiunii şi debitului de aer, deasupra conductei situată în apă, se produce o perdea de multiple bule mici de aer fin dispersate. Când o undă de şoc. De o anumită intensitate se loveşte de o asemenea perdea, o parte din energia ei este absorbită de bule. Unda de soc care traversează perdeaua este diminuată, iar presiunea în frontul undei este redusă în funcţie de presiunea şi debitul aerului. In figura 5.4, se prezintă în ce măsură poate fi diminuată intensitatea unei unde de şoc în apă prin intermediul unei perdele din bule de aer.

Figura 5.4. Amortizarea undei de şoc în apă, funcţie de distanţe de la locul Împuşcării şi debitul de aer al perdelei de protejare. Pentru realizarea bulelor de aer se pot utiliza tuburi cu diametrul de 50 – 75 mm, cu orificii de  1,2 – 1,5 mm pe 2 – 3 rânduri la distanţă de 20 – 40 mm unul de celălalt. Presiunea aerului comprimat introdus în ţevi este de regulă de 7 . 105 N/m2. Practica a arătat că este indicat ca 86

perdeaua să fie pusă în funcţiune cu 5 min înainte de împuşcare şi distanţa dintre locul împuşcării şi perdea să fie cuprinsă între 15 şi 18 m. Această tehnologie este folosită şi pentru protejarea platformelor plutitoare de foraj. Printrun sistem de ţevi fixat pe partea cea mai de jos a platformei, se realizează învăluirea ei într-o perdea de bule de aer pe timpul împuşcării. In situaţia în care unda de detonaţie se transmite cu preponderenţă prin sol, pentru protejarea obiectivelor a fost elaborată pe plan mondial tehnologia cu perne de aer. Tehnologia constă în perforarea în faţa obiectivului de protejat a unui rând de găuri cu  100 – 150 mm, la distanţa de 0,5 m între găuri, având lungimea corespunzătoare găurilor folosite la împuşcarea de derocare şi împuşcarea acestora pe întreaga lungime cu containere etanşe din tablă. Unda de şoc declanşată la împuşcare şi transmisă prin sol distruge containerele şi roca se desprinde de-a lungul rândului de găuri, protejând obiectivul în cauză. 5.2. DISTRUGEREA GHETII Distrugerea gheţii prin lucrări de împuşcare se execută pentru: -

menţinerea navigaţiei pe fluvii, râuri şi canale navigabile în timp de îngheţ;

-

înlăturarea îngrămădirilor

şi blocărilor cu sloiuri de gheaţă; -

protejarea construcţiilor

hidrotehnice şi podurilor de gheţurile plutitoare. Pentru crearea unui culoar

Figura 5.5. Amplasarea copcilor pentru

navigabil, în funcţie de lăţimea

introducerea încărcăturilor explozive în

râului sau canalului se execută pe

vederea creări unui culoar navigabil.

două sau trei rânduri copci cu diametrul de 0,30 – 0,40 m la distanţa de 8 – 15 m una de alta (fig. 5.5). La gheţuri cu grosime mai mare de 0,3 m copcile se execută prin împuşcarea unor cantităţi de 0,100 – 0,200 kg exploziv, amplasate în găuri scurte, executate manual şi burate cu zăpadă. In apropierea lucrărilor de artă, operaţiile de împuşcare se pot executa numai după ce în prealabil în jurul lor s-a executat un spaţiu (canal) de 0,5 m liber de gheaţă, iar copcile pentru împuşcare se amplasează la cel puţin 5 m distanţă de lucrările de artă. Explozivul trebuie să fie rezistent la apă şi se foloseşte sub formă de încărcături alungite din cartuşe, sau ca încărcături concentrate legate în pungi de plastic sau introduse în containere. Încărcăturile astfel pregătite se fixează de vârful unei prăjini sau de o sfoară şi se aşează prin copcă sub gheaţă la o adâncime de 1 – 2 m (fig.5.6). 87

Figura 5.6. Introducerea şi fixarea încărcăturilor explozive sub gheaţă Pentru ca sloiurile de gheaţă să fie antrenate de cursul apei, lucrările de împuşcare se execută din aval spre amonte. Funcţie de grosimea gheţii mărimea încărcăturii explozive introduse într-o copcă este de 0,5 – 1,5 kg. La înlăturarea îngrămădirilor şi blocurilor cu sloiuri de gheaţă, în realabil se eliberează albia din aval pentru a se putea scurge gheţurile eliberate. Încărcăturile explozive de 0,5 – 5,0 kg se introduc între bucăţile de gheaţă adunate. In asemenea situaţii iniţierea se face de regulă pe cale pirotehnică folosindu-se fitil de amorsare rezistent la apă. Gheţurile plutitoare pot da naştere la îngrămădiri şi chiar baraje de gheaţă. Pentru prevenirea unor astfel de situaţii gheţurile mari plutitoare se distrug din timp. Pentru distrugere se folosesc încărcături explozive tip grenadă de 0,5 – 2,0 kg care se aruncă pe gheaţă. Încărcătura explozivă concentrată introdusă în pungi de material plastic sau în containere se iniţiază cu câte două capse pirotehnice şi fitile de amorsare de 0,6 m lungime, care se aprinde înainte de a fi aruncată încărcătura. 5.3. IMPUŞCĂRI ÎN SILVICULTURĂ Împuşcarea buturugilor cu rădăcini Prin lucrări de împuşcare se pot smulge, tăia şi scoate buturugile cu rădăcini din sol. Asemenea lucrări se pot executa la construcţii de drumuri şi obiective industriale în zone împădurite şi defrişate precum şi pentru obţinerea de lemn de foc. La buturugi cu rădăcini întinse la adâncime mică şi cu diametrul mai mare de 0,5 m, precum şi la buturugi cu o împletire densă de rădăcini, încărcătura explozivă se introduce printr-o gaură

Figura 5.7. Amplasarea încărcăturii explozive la

practicată până sub centrul buturugii

scoaterea buturugilor cu rădăcini întinse la

(fig.5.7).

adâncime mică.

88

La buturugi cu rădăcini pivotante, încărcătura explozivă se introduce prin găuri practicate de-a lungul pivotului având lungimea de 1,5 – 2 ori diametrul buturugii şi terminate cu un cuptor pentru a se plasa o încărcătură concentrată (fig.5.8). La buturugi putrede încărcătura explozivă se poate introduce printr-o gaură scobită în centrul putred al buturugii şi apoi se burează. Mărimea încărcăturii explozive pentru smulgerea buturugilor din sol

Figura 5.8. Amplasarea încărcăturii explozive

se stabileşte în funcţie de diametrul

la scoaterea buturugilor cu rădăcini pivotante

buturugii: Q=q.d

(kg)

(5.11)

unde: d – este diametrul buturugii, dm; q – consumul specific de exploziv, kg. In cazul buturugilor cu diametrul peste 0,6 m şi cu rădăcini întinse se pot folosi 2 – 3 încărcături. Tabelul 5.3. Consumul specific de exploziv în funcţie de esenţa lemnului, felul rădăcinii şi felul solului Esenţa lemnului

Lemn de esenţă tare Lemn de esenţă moale

Felul rădăcinii

- plată şi întinsă - pivotantă - plată - pivotantă

Felul solului tare, pietros şi stâncos nisipos şi argilă nisipoasă Consum specific de exploziv (kg) 0,22 0,300 – 0,400 0,250 0,350 – 0,450 0,100 0,22 0,150 0,250 – 0,350

Despicarea buturugilor cu rădăcini, după ce au fost scoase din sol se poate face de asemenea prin împuşcare cu încărcături explozive aplicate sau plasate în găuri. Găurile se perforează fie de pe suprafaţă tăiată până la ¾ din înălţimea buturugii, fie lateral între două ramificaţii până la ¾ din diametrul buturugii. Mărimea încărcăturii explozive pentru despicarea buturugilor cu găuri verticale pe suprafaţa de tăiere şi apoi burate este : Q = 0,0001 d2 (kg)

(5.12)

Q = 0,00003 d2 (kg)

(5.13)

iar cu găuri laterale unde: 89

d – diametrul buturugii, cm. 5.4. MASURI DE SIGURANTA LA EFECTUAREA LUCRARILOR DE IMPUSCARE SUBACVATICE La efectuarea lucrărilor de împuşcare subacvatice pe lângă măsurile de siguranţă la lucrul cu materiale explozive în exploatările la zi, se iau măsuri suplimentare de siguranţă ce constau în: -

transportul materialelor explozive pe apă se face cu ambarcaţiuni semnalizate şi amenajate special în acest scop;

-

pe timp de ceaţă, furtună sau vizibilitate sub 200 m, transporturile de exploziv pe apă sunt interzise;

-

în cazul în care, la iniţierea cu fitil detonant, în timpul încărcării găurilor nu sunt recuperate toate fitilele, căutarea lor se face cu scafandrii; până la recuperarea tuturor fitilelor se interzice lucrul cu instalaţiile de foraj;

-

la iniţierea electrică, dacă nu se dispune de cutii sau manşoane stanşe, toate îmbinările se vor suspenda la suprafaţa apei pe plute, flotoare sau cabluri;

-

la încărcarea mecanizată a găurilor, presiunea aerului comprimat va fi mai mică decât rezistenţa opusă de apă;

-

în timpul declanşării exploziei, prezenţa în apă a scafandrilor şi a altor persoane este interzisă pe o rază de cel puţin 2000 m;

-

dacă se impune protejarea unor obiective din punct de vedere seismic se vor efectua măsurători pentru stabilirea încărcăturii totale şi pe treaptă de întârziere.

90

BIBLIOGRAFIE

1. BERTA G,.

- Explosives an engineering tool. Ed. Italesplosivi, Milano 1990;

2. BLANCHIR A.,

- Theorie du travail a l’explosif. Mines et carrieres – les techniques -

THIARD R.,

Numero Special 4 – 5/1991;

WEBER PH., 3. ENESCU D.,

- Seismologia explozivilor controlate în industrie. Ed. Tehnicã, 1987;

ALMAJAN B., 4. FOSOR D.,

- Explozivi industriali. Ed. Infomin Deva, 2000;

5. FODOR D.,

- Impactul împuşcărilor masive în cariere asupra mediului şi posibilităţi de diminuare a efectelor negative. Revista minelor nr. 3,4,5/2003;

6. FODOR D.,

- Folosirea explozivilor în industrie. Ed. Infomin Deva, 1998;

7. LETU N.,

- Explozivi minieri. Litografia Universităţii din Petroşani, 1995;

SEMEN C., 8. LUPOAE M.,

- Analiza comportării elementelor din beton şi beton armat la încărcări dinamice produse de exploziile controlate. Vol. Universitaria Ropet 2001, Inginerie minieră;

9. ONICA I.,

- Impactul exploatării zăcămintelor de substanţe minerale utile asupra mediului. Ed. Universitas 2001;

10. PUNTOS R.,

- Amorsage et systemes d’amoreage Mines et carrieres 4-5/1991;

THIARD R., 11. SEMEN C.,

- Bilanţul energiei potenţiale a explozivilor şi posibilităţi de evaluare pe forme de consum. Revista minelor nr.8/2002;

12. STIG O., OLAFSSON S., 13. TAT S.,

- Applied explosives technology for construction and minimg ARLA Svukden 1995; - Explozivi şi tehnica împuşcării în industrie. Ed. Tehnică, 1985;

ZAPOROJAN M., FISSGUS K., 14. THIARD R., LOT J., 15. TRUSCA T.,

- Approche economique et appreciation des tirs, Mines et carrieres nr. 4-5/1991; - Pirotehnie şi explozivi. Ed. Tehnică, 1984; 91

16. ZAPOROJAN M., LASZLO R.,

- Evaluarea influenţei lucrărilor de împuşcare executate în vecinătatea construcţiilor civile şi industriale. Vol. ROMMIN Deva, 1997;

HANA C., 17.

x x x

- Legea 126/1995 privind regimul materiilor explozive.

18.

x x x

- Norme tehnice privind deţinerea, transportul, depozitarea, mânuirea şi folosirea materiilor explozive. Tiparul executat la TI-ES. SRL Bucureşti, 1996;

19.

x x x

- Prospecte EXPLOTEC SERVICII SRL, Baia Mare;

20.

x x x

- STAS 3648/1971 – Scara intensităţiilor seismice.

92