Explosivos



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EXPLOSIVOS:                                          

Histórico dos explosivos

China : pólvora usada como pirotécnico. Mais tarde como propelente de projéteis (primeiros canhões).

1354 DC: monge Shwartz: mistura explosiva semelhante à pólvora, usada para fins bélicos: morteiros, bombardas, etc. ...

1847: Nitroglicerina (Ascanio Sobreno). Explosão muitas vezes maior que o da pólvora, mas perigosa com movimentos bruscos ou atrito.

1863: Alfred Nobel misturou Kieselguhr (Diatomacea) à Nitroglicerina, criando a Dinamite: explosivo com boas condições de segurança.

1923, Oppau(Alemanha): ao dinamitar uma partida de Nitrato de Amônio empedrada por da umidade provocou-se enorme explosão.

De outro acidente nasceu o ANFO (Ammonium Nitrate and Fuel Oil) mistura de Nitrato de Amônio e Óleo Diesel, quando o choque entre dois navios, carregando os dois produtos, resultou em incêndio seguido de violenta explosão que arrasou o Porto de Texas.



1958: Surgem as Lamas Explosivas: misturas em proporção adequada de Nitrato de Amônio, Óleo Diesel, Água e outros produtos tais como pó de Alumínio, Goma, Bórax... Pela enorme quantidade de energia útil desenvolvida, apresentam grande capacidade de trabalho na ruptura de rocha e materiais duros em geral.

Explosivos industriais são substancias ou misturas de substancias que, quando excitadas por algum agente externo, são capazes de decompor-se quimicamente gerando considerável volume de gases a altas temperaturas. Estas reações de decomposições podem ser iniciadas por agentes mecânicos (pressão, atrito, impacto, vibração, etc.) pela ação do calor (aquecimento, faísca, chama, etc.) ou ainda pela ação de outro explosivo (espoletas, boosters, ou outros iniciadores). A tendência atual sugere que na sua fabricação sejam utilizados componentes que isoladamente não sejam substancias explosivas, de forma a garantir completa segurança dentro das fabricas

Combustão, Deflagração e Detonação

A reação química de decomposição do explosivo pode dar-se sob a forma de combustão, deflagração e detonação em função das características químicas da substancia explosiva, bem como das condições de iniciação e confinamento desta.



Combustão- E uma reação química de oxidação e geralmente ocorre por conta do oxigênio do ar. O fenômeno ocorre em baixas velocidades e tem como exemplo a queima de um pedaço de carvão.

Deflagração- Quando a velocidade da reação de decomposição da substancia explosiva é maior que o caso anterior, chegando em alguns casos a 1.000 m/s, ocorre a deflagração. Nesta reação há a participação não só do oxigênio do ar mas também daquele intrínseco a substancia. E o caso da decomposição das pólvoras, ou ainda de explosivos mais potentes (se submetidos a condições desfavoráveis de iniciação e confinamento).

Detonação- É uma reação de decomposição com a participação exclusiva do oxigênio intrínseco da substancia explosiva, ocorrem com velocidades que variam de 1.500 m/s a 9.000 m/s. Em função da quantidade de energia envolvida no processo, far-se-á sempre acompanhada de uma onda de choque, também chamada onda de detonação. E esta onda de choque que com sua frente de elevada pressão dinâmica, confere a detonação um enorme poder de ruptura.
CLASSIFICAÇÃO DOS EXPLOSIVOS:
Quanto à potência:
Explosivos Primários ou Iniciadores: São materiais utilizados nos processos de iniciação dos explosivos propriamente ditos: Espoletas, Cordel Detonante, Boosters, etc. .. Os mais usados industrialmente são: Azida de Chumbo, Estifinato de Chumbo, Fulminato de Mercúrio, Nitropenta, etc. Não tem força para detonar a rocha, apenas iniciar a explosão. Muito sensíveis.
Explosivos secundários ou Altos explosivos: São os explosivos propriamente ditos ou explosivos de ruptura. São tão potentes quanto os explosivos primários, porem por serem mais estáveis necessitam de uma maior quantidade de energia para iniciar o processo de detonação, energia esta geralmente fornecida pela ação direta da detonação de um explosivo primário. E o caso das Dinamites, Gelatinas, ANFOS, Lamas, Etc. ..

Alguns materiais podem atuar tanto como primários como secundários em um processo de detonação. E o caso da Nitropenta que no Cordel Detonante atua como explosivo primário ou iniciador e em cargas especiais atua como secundários em cargas de demolição. Detonam com velocidades* de 2500 a 7500 m/s, com pressões de até 100 000 atmosferas.



Quanto ao desempenho:
Explosivos Deflagrantes: São aqueles que se decompõe através de uma reação de deflagração. São também denominados baixos explosivos. produzem queima rápida, sem grande onda de choque. Usados na produção de mármores, paralelepípedos de calçamento, etc. O único ainda usado é a pólvora negra.

Explosivos Detonantes: Decompõe-se pela reação de detonação e apresentam grande capacidade de trabalho pelo que são também conhecidos como explosivos de ruptura. São os explosivos industriais propriamente ditos.
Do ponto de vista químico, podem ser classificados em:

Simples (uma só substância química) – nitroglicerina, nitroglicol, nitrocelulose, trotil e ciclonite.

Mistos: formados por substâncias que isoladamente não são explosivas – nitratos inorgânicos, cloratos e percloratos. O principal é o nitrato de amônio, que se torna explosivo quando misturado com óleo diesel

Compostos: mistura de explosivos simples com substâncias também capazes de consumir e produzir oxigênio. São a maioria, por permitirem dosagens que os tornam mais – ou menos – destruidores.
Quanto à consistência, são chamados:
Plásticos e semiplásticos: moldam-se ao furo, podendo preencher maior volume.

Sólidos: cartuchos contendo o explosivo em pó (dinamite);

Líquidos: os mais fáceis de fazer o carregamento (ex. nitroglicerina)

PROPRIEDADES DOS EXPLOSIVOS:

Força: traduz a quantidade de energia liberada. Medido pela prova de Trauzi, que compara com a de uma gelatina composta de 92% de nitroglicerina com 8% de nitrocelulose, e expressa como percentagem em relação a este padrão. Outro padrão utilizado é o nitrato de amônio.

Velocidade: a explosão é uma reação química rápida que inicia em um ponto da massa do explosivo, e se propaga por essa massa produzindo luz, calor e gases. Supondo cilíndrica a forma do explosivo, é medida ao longo da altura do cilindro, e pode variar de 1500 a 7500 m/s. Os mais velozes tem nitroglicerina como base (4000 a 7500 m/s), e os de amônia 1500 a 3000 m/s. Denomina-se velocidade estabilizada à atingida após a fase de aceleração. Varia com o diâmetro da carga explosiva.

Podemos considerar como explosivo de baixa velocidade todo aquele que detonar com até 3.000 m/s e de alta velocidade todo aquele que superar isto.

Densidade (d) : quanto maior, maior a concentração em um furo, e maior a fragmentação. Na prática, a densidade de dinamites e gelatinas é medida pela quantidade de cartuchos em uma caixa de 25 kg , mas como os diâmetros variam, isto é discutível. A unidade de medida teórica é expressa em kg/dm3 .

Segurança no Manuseio: Capacidade de resistir à explosão ou projétil (tiro), onda de choque, descarga elétrica, etc. Define forma e tipo de transporte, armazenagem, etc.

Resistência à água: Alguns explosivos, como os de nitrato de amônio, não detonam quando molhados. Por isso é necessário saber se há água nos furos, para a escolha do explosivo. A dinamite tem grande resistência à água. É medida pelo número de horas que pode ficar submerso e ainda assim iniciar com eficiência e detonar completamente com a espoleta n.º 6.

Quanto a resistência a água os explosivos industriais podem ser classificados:



Nenhuma resistência à água.

Boa- Não perdem sua sensibilidade mesmo quando submersos por um período de ate 24 horas em condições de pressão hidrostática de ate 3 atmosferas.
Ótima-
Desenvolvem seu trabalho normal dentro de um intervalo de 72 horas de submersão em condições de pressão hidrostática de ate 3 atmosferas.

Quanto à resistência a água, os explosivos também são divididos em classes:



Classe

Resistência à água (horas)

Exemplos da marca Explo

1

Indefinida

 

2

32 a 71

Dinamon, SL 400, Bragel

3

16 a 31

 

4

8 a 15

 

5

4 a 7

 

6

1 a 3

Carbonita RX

7

Não resiste

Explon I e IV

Sensibilidade: quanto a sensibilidade à iniciação, diz-se que um explosivo é sensível ao cordel detonante, à espoleta simples n.º 6, n.º 8 , etc.

Quanto à indução pela explosão de um cartucho próximo (air-gap), pela distância máxima entre cartuchos, que a provoca. É chamada sensibilidade à propagação e expressa em centímetros.



Volume de Gases: (na temperatura e pressão da explosão):

De baixa expansão gasosa (até 800 l/kg) e

De alta expansão gasosa (acima de 800 l/kg)

Emissão de Gases Tóxicos: sem grandes problemas nas explosões a céu aberto, alguns explosivos podem causar intoxicações nas explosões subterrâneas, provocando náuseas , dores de cabeça. Os gases são chamados classe 1, 2 e 3, e os explosivos pelas categorias A, B, C, respectivamente, conforme produzam –

. Categoria A : até 22,6 l/kg de gases classe 1;

. Categoria B: de 22,5 a 46,7 l/kg de gases classe 2; (qtde. elevada)

. Categoria C: de 46,7 a 94,8 l/kg de gases classe 3 (qtde. elevada)



Pressão de Detonação (gerada pela onda de frente) :

Aproximadamente calculada por

 PD = 4,499 . 106 . d .  / (1 + 0,8 d ) ,

onde


 = velocidade de detonação

d = densidade do explosivo



Pressão De Explosão : parâmetro para comparação entre explosivos de mesma categoria ( categoria quanto à superfície específica e características físicas – sólido, pasta, emulsão, lama, etc.)

PE = PD / 2

Energia Absoluta: quantidade de energia liberada por kg de explosivo.

p. exemplo, a do explosivo ANFO, onde

NH3NO2 + CH2  N2+CO2+H2O + 912 kcal/kg

(912 kcal/kg é a energia absoluta do ANFO, no padrão AWS).

Pode ser expressa no padrão AWS – absolute weight strength(kcal/kg)

ou no padrão ABS – absolute bottle strength (kcal/litro).

Sendo d a densidade,           ABS= d X AWS

No caso do ANFO, de densidade 0,81, a energia AWS = 912 x 0,81 = 739 kcal/litro

Energia Relativa: Expressa em percentagem a energia absoluta de um explosivo, dividida pela energia do padrão (ANFO).

Energia relativa RWS = 0,10965 x energia absoluta AWS do explosivo ( % )

Energia relativa RBS = 0,1353 x energia absoluta AWS do explosivo ( % )

Exemplo de cálculo da energia relativa: (e exercício: completar a tabela)



Explosivo

Energia absoluta WG

Densidade

Energia relativa

AWS

ABS

RWS

RBS

Dinamon D40

634

925,6

1,46

69,5

125,3

Dinamon D60

706

1030,8

1,46

77,4

139,5

Dinamon D75

750

 

1,46

 

 

Dinamon DC

 

806

1,3

 

 

Razão Linear De Energia: Expressa a energia absoluta por metro linear de furo :

RLE = 0,5067.D2.d.AWS (kcal/m)

onde: D = diâmetro da carga explosiva em polegadas

d = densidade do explosivo (derramado, não adensado) em g/cm3 ;

Potência Disponível (W) : razão de energia liberada por metro linear de carga explosiva no furo, à uma determinada velocidade. Sendo  a velocidade estabilizada do explosivo, e T = 1/

W = RLE/T = RLE . = 0,5067 . d . D2 . AWX .

TIPOS DE EXPLOSIVOS:

Pólvora Negra: Baixa velocidade, baixo explosivo, higroscópica.

Tipo A : nitrato de potássio, enxofre, carvão vegetal. Uso à céu aberto, em corte de rocha. Não utilizada no desmonte intensivo.

Tipo B: nitrato de sódio, enxofre, carvão vegetal. Mais lenta que a do tipo A , detonação de argilas e folhelhos.

Ambas: cartuchos cilíndricos,  1 ¼ a 2" . Também chamada pólvora tubular. Não usadas no desmonte de rocha.



Semigelatinosos : consistência plástica, densidade 1 a 1,3 g/cm3 .

Gelatinosos : consistência plástica , caixas com 25 kg com 96 a 220 cartuchos,  7/8" a 1 ½ " .

Anfos (Ammonium Nitrate + Fuel Oil) : basicamente nitrato de amônio . Precisam de escorva para detonar, geralmente semigelatinoso ou gelatinoso, explosão inicial. Sem resistência à água, baixa densidade, baixo custo. Devido à baixa densidade, usados em carga de coluna.

Granulados : geralmente carbonitratos em forma de grãos, precisam explosão iniciante(booster). Baixa densidade, sem resistência à água. Facilmente manuseáveis á granel, e no carregamento pneumático ou por derrame nos furos. Principal uso em carga de coluna.

Lamas explosivas: pasta fluida, com nitroglicerina e água. Alta densidade e – pela plasticidade – alta razão linear de carregamento. Uso: carga de fundo ou – alternando com Anfo – em carga de coluna. Qualquer tipo de rocha. Cartuchos de polietileno,  2 a 5 ".

Pastas: (Aquagel) : semelhantes à lamas explosivas, mas sem nitroglicerina. Tem partículas metálicas finas que aumentam a quantidade de energia liberada. 32 a 96 cartuchos  7/8 a 1 ½" por caixa de 25 kg . Fogachos, túneis, aplicação geral.

Emulsões: Líquidos, fácil carregamento por bombeamento. Densidade maior que a da água, conseguem expulsá-la. Excelentes resistência à água e densidade de carregamento. Exigem "booster" reforçador com diâmetro próximo do furo. Muito estável ao atrito e choque. Iniciação com cordel detonante ou espoleta n.º 8 . alta velocidade, cartuchos de polietileno em caixas de 25 kg .

Bombeados : pastas explosivas, emulsões ou granulados, bombeados diretamente de caminhões para os furos. Seguros no transporte, porque só se tornam explosivos após mistura (nos furos). Exigem reforçador (booster) na explosão iniciante. Inconveniente: vazam, quando a rocha é fraturada.

ESCOLHA DO EXPLOSIVO: Levar em conta:

Condições de entorno: Dureza da rocha(dura, média ou branda), tipo de rocha (ígnea, metamórfica, sedimentar), natureza da rocha (homogênea, fraturada), presença de água, região de aplicação (coluna, fundo), diâmetro dos furos, custo .

Características do explosivo: Pressão de explosão, velocidade de detonação (para cada diâmetro), volume de gases, energia absoluta e relativa, razão linear de energia (para cada diâmetro), potência disponível (p/ cada diâmetro) .

Não fazer grande demolição sem testar antes a eficiência. É impossível escolha definitiva sem testes locais . Consultar assistência técnica do fabricante, folhetos não informam tudo. Canja de galinha e prudência não fazem mal a ninguém.



ACESSÓRIOS DE DETONAÇÃO:

Acendedores: para iniciar a detonação de espoletas ou dos reforçadores (boosters) Podem ser: estopim de segurança, estopim ultra-rápido, conectores para estopim, cordão ignitor, reforçadores.

Estopim de segurança: aspecto de cordão. Núcleo de pólvora negra de nitrato de potássio, revestido com tecido impermeabilizante. Queima com velocidade uniforme, conhecida(145 m/s,  10%) . Para detonar pólvora negra, precisa espoleta, o mesmo ocorrendo para gelatinas e dinamites. Usado para iniciar cargas a distancias curtas e cordéis detonantes.

Estopim ultra-rápido: para iniciar dinamites e nitrocarbonitratos. Alta segurança contra impacto, correntes parasitas, eletricidade estática. Velocidade na ordem de 2000 m/s. Conector numa ponta, e na outra espoleta instantânea ou retardo.

Conectores para estopim: mesmo princípio do estopim, providenciam a ligação destes com o cordão ignitor. Núcleo é um misto pirotécnico.

Cordão ignitor: cordão fino e flexível , revestido com polietileno, que queima com chama firme. Usado para acender linhas de estopins em qualquer quantidade.

Reforçadores (boosters): cargas explosivas de alta potência usadas para iniciar a explosão de explosivos de baixa sensibilidade, como anfos, pastas detonantes, e para assegurar a continuidade da onda explosiva ao longo da coluna. Combinam alta velocidade de detonação (VOD) com alta energia (AWS). Geralmente são iniciados com cordel detonante, espoleta simples ou elétrica. Aumentam a segurança contra detonações falhas.

Espoletas simples : cápsulas de alumínio com tetranitrato de penta-eritritrol (ou nitropenta) e carga iniciadora de azida de chumbo. Ligam o explosivo ao estopim comum por pressão de alicate especial. Usadas quando se quer ou pode haver seqüência de explosão, não quando o fogo é simultâneo. Acoplamento perigoso, porque a carga explosiva está aberta ao ligar.

Espoleta elétrica: Permitem detonações simultâneas. Podem ser instantâneas ou "de tempo" :



Instantâneas                                               "de tempo".

As espoletas de tempo podem ser "regulares", com espera de 500 milisegundos, ou "rápidas", com intervalos de tempo de 25, 50 ou 100 milisegundos, produzidas em 19 tempos de seqüência de detonação (são numeradas). Caixas de 100 unidades.



Recomendações gerais dos fabricantes:

Usar fonte de energia adequada, quanto a capacidade e intensidade da corrente.

Conferir visualmente o circuito e medir as resistências elétricas.

Precauções contra choques. Somente retirar o shunt de proteção na hora da detonação. Evitar rádios transmissores ou outras fontes de correntes parasitas.

Em carregamento pneumático, usar mangueiras anti-eletrostáticas e/ou aterradas.

Manter as emendas isoladas. No mesmo fogo, usar espoletas de mesmo fabricante e modelo, para evitar variações na resistência.

Nas detonações em série, usar corrente maior que as detonações isoladas. Nas detonações em série e paralelo, usar tabelas para determinar a intensidade da corrente.

Sempre verificar as resistências do circuito, com o Ohmímetro. Utilizar "boosters" e cordéis detonantes na iniciação à distância.



Armazenamento: Consultar normas do Ministério do Exército (SFPC)

Detonação: A intensidade da corrente deve ser a indicada para a espoleta, pois se MENOR, pode atrasar o aquecimento e a detonação, se MAIOR, avariar a espoleta sem detoná-la, ou abreviar a detonação.

Circuitos de detonação:

Em série:



Paralelos





Em série, máximo de 50 espoletas, exceto em fogachos. Se usar corrente alternada, a intensidade da corrente deve ser maior que na contínua, devido às variações. No cálculo, levar em consideração a resistência de cada espoleta.

Em circuitos paralelos, a resistência é igual à resistência de cada espoleta, dividida pelo número de espoletas – em geral desprezível. Considerar apenas a resistência dos fios. Quando usadas espoletas comuns, devem ficar nas extremidades, para evitar que sua detonação antecipada corte a corrente, impedindo a detonação das espoletas com espera. Não há limitação teórica quanto à quantidade de espoletas. Os limites são práticos. No insucesso de detonação muito extensa, torna-se muito difícil e perigoso o desarmamento. Também aumenta o tempo, e em conseqüência o risco de detonação antecipada (causada por relâmpagos, eletricidade estática da atmosfera, proximidade de linhas de alta-tensão, eletricidade estática produzida por carregamento pneumático ou equipamentos de rádio, televisão ou radar).

Em série-paralelo :





Cordéis detonantes:

Forma mais segura para a detonação de fogo a céu aberto. São explosivos, e dispensam espoletas, funcionando como escorvas. Tem núcleo de alto explosivo (PETN – tetranitrato de pentaeritritol) e revestimento (fibras de PVC ou náilon) conforme a finalidade. Velocidade de detonação de 7000 m/s, superior à dinamite e gelatinas. Fornecido em rolos, aspecto de cabo elétrico. Circuitos como os elétricos. Ligações por nós padronizados ou fita isolante. Inicialização por espoleta elétrica ou simples(n.º 8) ou por cordel de diâmetro igual ou maior.

Cuidados: Fazer ligações perpendiculares. Evitar cruzamento de pontas. Não permitir cruzamento de linhas nem mesmo aproximações. Proteger entrada de água nos furos com tampa plástica, ou que se umedeçam com óleo do explosivo. Em presença de umidade, isolar extremidades. Evitar atrito e esmagamento do cordel. Antes da iniciação, conferir todas as ligações, tensionamento dos circuitos.

Retardos para cordel detonante: 5, 10, 20, 30 , 50 e 100 milisegundos, diferenciados por cores azul, verde, amarela, laranja, vermelha e branca, respectivamente. Caixas com 50 unidades.

Aspecto dos retardos:



Aspecto das ligações: Mnemônico: (baixo, cima, baixo, cima. . .)





ARMAZENAMENTO E MANUSEIO DE EXPLOSIVOS:

Regulamentados pelo R-105 do Ministério do Exército. Acessórios de detonação devem ficar em paiol diferente dos explosivos, com projeto aprovado pelo prefeito do município e fiscalizados quanto a localização, proximidade de rodovias, ferrovias e habitações, etc. Quantidades de estoque são limitadas pelo projeto aprovado. Irregularidades devem ser imediatamente comunicadas à autoridade policial ou militar mais próxima. Os fabricantes costumam prestar todo o apoio em todas as fases de projeto e execução.


(Fonte: Curso da Universidade Federal de Juiz de Fora-MG)



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