Vibraciones Producidas Por Voladura
Vibraciones Producidas Por Voladura
Vibraciones Producidas Por Voladura
POR VOLADURA
VIBRACIONES
Las vibraciones que originan las voladuras de
rocas, es uno de los problemas ms importantes
que enfrentan hoy en da, las operaciones
mineras y las reas pobladas prximas a la
explotaciones.
La energa explosiva liberada al detonar los
explosivos genera efectos: el ms importante
fragmentar, fracturar y deformar el material dentro
del cual el explosivo es detonado; sin embargo
existen efectos secundarios que producen:
proyecciones de roca, formacin de nubes de polvo,
ondas areas, ruido y formacin de vibraciones
ssmicas.
INTRODUCCION
VIBRACIONES
Las vibraciones generadas por las voladuras se
transmiten en el macizo rocoso como ondas ssmicas
cuyo frente se desplaza radialmente a partir del
punto de la detonacin. Las distintas ondas ssmicas
se clasifican en dos grupos: Ondas Internas
(primarias o de compresin) y Ondas Superficiales
(transversales o de cizallamiento)
TIPOS DE ONDAS
Se producen tres tipos de ondas, dependientes de la
direccin en que estas se mueven:
1. ONDA DE COMPRESIN (P): Las partculas oscilan en
la misma direccin de propagacin.
2. ONDA TRANSVERSAL (S): Las partculas oscilan en
forma transversal a la direccin de propagacin .
3. ONDA SUPERFICIAL (R): Son generadas en la
superficie en respuesta a la interaccin de las ondas P y S
en la superficie. Alguna semejanza tienen con las ondas
del ocano en las cuales el movimiento de la partcula es
elptico.
5
TIPOS DE ONDAS
PARTICULA EN MOVIMIENTO
ONDA P
DILATACION
PARTICULA EN MOVIMIENTO
ONDA S
DIRECCION DE PROPAGACION
ONDA R
ONDAS
SUPERFICIALES
ONDAS INTERNAS
COMPRESION
TRAYECTORIA DE LAS
PARTICULAS
DIRECCION DE LA PROPAGACION
DE LAS ONDAS
Cantidad de explosivo:
Es el factor mas importante que afecta a la generacin de
vibraciones, a mayor carga explosiva, mayor magnitud de
vibraciones.
Efecto de la Geologa
La amplitud disminuye, la
frecuencia disminuye.
Roca
Suelo
8
Efecto de la Distancia
Efecto de la Distancia
255
mm/s
87.6
mm/s
23.5
mm/s
EQUIPOS DE MONITOREO
Gefono
triaxial
Sismgrafo
Sismografo
Instantel
12
La importancia de la medicin de
Vibraciones
1.
2.
3.
4.
De un an
anlisis del registro de vibraciones, es posible determinar
entre otros, lo siguiente: tama
tamao de voladuras, cargas
detonando en una secuencia de encendido dada, detonaci
detonacin
deficiente de cargas, detonaciones instant
instantneas.
13
Dentro
Dentrode
dela
lavoladura
voladura
==
Fragmentacin
Fragmentacin
Impacto en el Campo Cercano
Fuera
Fuerade
dela
lavoladura
voladura
==
Dao
Dao
Impacto en el Campo Lejano 14
15
Velocidad de part
partcula
(pulg./s)
<
(mm/s)
<
50,8
Da
Dao
Inexistente
2a4
50,8 a 101,6
Rajaduras en yeso
4a7
101,6 a 177,8
Da
Daos menores
>
>
177,8
Da
Daos mayores
16
Grupo I: Edificios y naves industriales ligeras con estructuras de hormign armado o metlicas.
Grupo II: Edificios de viviendas,.oficinas, centros comerciales y de recreacion. Edificios y estructuras de valor
arqueolgico , arquitectnico o histrico que por su fortaleza no presenten especial sensibilidad a las vibraciones.
Grupo III: Estructuras de valor arqueolgico, arquitectnico o histrico que presentan una especial sensibilidad a las
vibraciones o por elementos que pudieran contener.
17
18
19
20
21
Dao a la Roca
Se considera dao a la roca la alteracin indeseada de
sus propiedades geomecnicas como producto del
sometimiento a esfuerzos mecnicos generados por la
voladura.
Nmero de Fracturas
Condicin de las Fracturas:
longitud, apertura, rugosidad.
22
23
Para comentar:
ANTES
24
DESPUES
25
Deformacin y Vibracin.
PPV
=
=
Vp
E
t = Resistencia a la Traccin. (Mpa)
E = Mdulo de Young. (Gpa)
Vp = Velocidad de Onda P. (m/s)
PPV = Velocidad Pico Partcula (mm/s)
26
p t
V
PPV max =
E
Propiedades de la Roca
27
Teora de Dao
Dilataci
Dilatacin de fracturas existentes
Aparici
Aparicin de nuevas grietas
Da
Dao notorio u obvio
Sobrequiebre
1/4 * PPVmax
PPVmax
4 * PPVmax
8 * PPVmax
28
Granito
Andesita
Arenisca
Pizarra
Concreto
850 mm/s
600 mm/s
450 mm/s
350 mm/s
250 mm/s
29
MEDICION DE ONDA P
OBJETIVOS
30
MEDICION DE ONDA P
INSTUMENTACION Y MATERIALES
Gefono Uniaxial o Triaxial de Campo Cercano, 02 por tipo de Roca.
Equipo Instantell, 04 Canales u 8 Canales.
Software de Configuracin Blastware.
Caja de Conexin.
Tubo de PVC 3 pulg. y pegamento.
Concreto.
Carga Explosiva (Fuente Ssmica).
31
MEDICION DE ONDA P
INSTALACION DE GEOFONO
GEOFONO UNIAXIAL
Geofono
Uniaxial
Resistencia : 78 Ohm
Frecuencia : 14 Hz
Resistividad : 0.0016113
V/mm/s
32
TALUD
Prueba 2
Prueba 1
10 m
Gefono 1
Prueba 4
Gefono 2
10 m
10 m
Prueba 3
10 m
10 m
9m
9m
Precorte
Prueba 2
Prueba 1
Prueba 4
8m
Prueba 3
8m
10 m
10 m
10 m
10 m
Gefono 1
10 m
Gefono 2
33
34
Distancia
10 m
Tranv.
0.00378 seg.
Vp (m/s)
2645.5
Vert.
0.00305 seg.
Vp (m/s)
2857.1
Long.
0.00367 seg.
Vp (m/s)
2724.8
35
Distancia
10 m
Tranv.
0.00420 seg.
Vp (m/s)
2380.9
Vert.
0.00428 seg.
Vp (m/s)
2336.4
Long.
0.00390 seg.
Vp (m/s)
2564.1
36
Distancia
10 m
Tranv.
0.00342 seg.
Vp (m/s)
2923.9
Vert.
0.00366 seg.
Vp (m/s)
2732.2
Long.
0.00403 seg.
Vp (m/s)
2481.4
37
Distancia
10 m
Tranv.
0.00378 seg.
Vp (m/s)
2645.5
Vert.
0.00220 seg
Vp (m/s)
4545.4
Long.
0.00354 seg.
Vp (m/s)
2824.9
38
TIEMPO
DISTANCI
A
ONDA P
(m/s)
Long.
Tranv.
Vert. 111
0.00367 seg.
0.00378
0.00305
10 m
2724.8
2645.5
2857.1
Long.
Tranv.
Vert. 222
0.00390 seg.
0.00420
0.00428
10 m
2564.1
2380.9
2336.4
Long.
Tranv.
Vert. 333
0.00403 seg.
0.00342
0.00366
10 m
2581.4
2923.9
2732.2
Long.
Tranv.
Vert. 444
0.00220
0.00378 seg.
0.00354
seg.
10
10 m
m
4545.4
2645.5
2824.9
GEOFONO
2673.8
2648.9
2641.9
ONDA P (m/s)
2658.7
39
Teora de Dao
Dilataci
Dilatacin de fracturas existentes
Aparici
Aparicin de nuevas grietas
Da
Dao notorio u obvio
Sobrequiebre
1/4 * PPVmax
PPVmax
4 * PPVmax
8 * PPVmax
40
PPVCritico
Vp t
=
E
Modelamiento de Vibraciones
PPV = K . Wt . dist
PPV : Velocidad Pico Partcula (mm/s).
d: Distancia de la Carga explosiva al punto de monitoreo (m).
W: Peso del explosivo (Kg.).
K: Factor de Velocidad.
: Factor de Decaimiento
42
Modelamiento de Vibraciones
Ecuacin de Comportamiento de Vibraciones
Modelo DEVINE y DUVALL
PPV
=K
d ]
W
Peso de la Carga Explosiva
Velocidad Pico Partcula
Constantes de propiedad
de la Roca
43
Modelamiento de Vibraciones
Ecuacin de Comportamiento de Vibraciones
Modelo DEVINE y DUVALL
PPV
=K
d ]
W
Tomando logaritmo a la ecuacin para hacerlo lineal:
W
La ecuacin se convierte en una ecuacin del tipo:
= a +mX
44
45
Modelo Promedio
PPV
K 90%
= 55 *
[ d ]
-1,83
46
Modelo Ajustado
La lnea en azul es el modelo promedio, describe la condicin media de la poblacin de datos, es decir, el 50
% de los datos se ubicarn por debajo de la curva que representa el modelo y los 50% restantes se encontrarn
sobre la curva. Matemticamente esto es correcto, sin embargo, significa que existe una probabilidad de 50%
que una carga explosiva producir un nivel de vibracin que supera a lo predicho por el modelo, situacin que
deja intil el modelo. La solucin se encuentra en desplazar el modelo (lnea en celeste) hasta que sus
predicciones cubran una mayor cantidad de datos de campo, en rangos que oscilan entre 80% y 95%, haciendo
mas confiable y segura la estimacin de vibraciones.
Modelo Ajustado
PPV
K 90%
= 116 *
[ d ]
W
47
-1,83
Teniendo como restriccin un PPV max = 13 mm/s, a una distancia de 200 m., podemos disparar como mximo 3675 Kg. de
explosivo para no generar vibraciones mayores a 13 mm/s.
Teniendo como restriccin un PPV max = 13 mm/s, a una distancia de 400 m., podemos disparar como mximo 14701 Kg. de
explosivo para no generar vibraciones mayores a 13 mm/s.
48
X0
X
R0
H
X-X0
dx
PPV = K Wt R -
Geofono
(X0;R0)
d PPV = K ( * d x )
R
d PPV = K
(*dx)
[R02 + (X- X0 )2 ] /2
XS + H
PPV= K
XS
dx
[R02 + (X- X0
)2] /2
49
) + arctan (X0 Xs ) ] ]
R0
R0
Log (PPV) = Log (K) + Log [ (/R0) [arctan (H + Xs- X0) + arctan (X0 Xs ) ]
R0
R0
50
Modelo de Campo
Cercano sin Pre- Corte
Modelo de Campo
Cercano con Pre- Corte
51
) + arctan (X0-Xs) ] ]
R0
1,016
52
) + arctan (X0-Xs) ] ]
R0
1,244
53
1,016
PPV = 99 mm/s
PPV= 315* X
1,244
PPV = 37 mm/s
54
5.5 m
6.0 m
7.0 m
8.7 m
Tericamente el
dao no debera
sobrepasar esta
lnea de diseo.
70
Precorte
Buffer
Distancia
Precorte
5,5 m
Buffer
11,5 m
Produccion 1
Produccion 2
Carga Actual
/ Retardo
Produccion 1
Produccion 2
Mxima Carga
Calculada /
Retardo
50 Kg.
PPV: seg
segn
Modelos de CC
Conclusiones
1110 mm/s
120 Kg.
180 Kg.
178 mm/s
18,5 m
448 Kg.
352 Kg.
400 mm/s
Reducir la carga en 01 m.
27,2 m
448 Kg.
731 Kg.
161 mm/s
4 * 46 Kg.
55
Determinaci
Determinacin de la ubicaci
ubicacin del Ge
Gefono; como primera prioridad deben
ser ubicados cercanos a la pared del talud, para controlar el da
dao a estos,
tambi
tambin pueden colocarse en la direcci
direccin de la patada para medir el
mximo VPP del disparo; siempre teniendo en cuenta la seguridad del
del
Sism
Sismgrafo.
Se debe tener en cuenta los siguientes criterios para su ubicaci
ubicacin:
La distancia medida debe ser perpendicular al lado m
ms pr
prximo del
proyecto de voladura.
Los sism
sismgrafos deben ser ubicados a un m
mnimo de 50m. para el control de
taludes.
Se colocara el sism
sismgrafo a 50m, para el modelamiento de los PPV.
La instalaci
instalacin del Ge
Gefono en terreno compacto se cava unos 15cm. a
20cm.se coloca el Ge
Gefono asent
asentndolo bien en la roca.
56
Colocar el Ge
Gefono con la flecha en direcci
direccin perpendicular al lado
ms pr
prximo al proyecto de voladura, excepto cuando esta ubicado
en la direcci
direccin diagonal de la malla, en este caso la flecha debe
coincidir con la diagonal; luego compactar y rellenar con material
material
detritus por los costados, y colocar un peso de aproximado de 5Kg.
5Kg.
encima del Ge
Gefono (bolsa con arena).
Configurar el Sism
Sismgrafo, con los par
parmetros adecuados para la
medici
medicin (nivel de trigger,
trigger, m
mximo rango, tiempo de grabaci
grabacin,
fecha y hora); teniendo en cuenta el nivel de bater
batera y la capacidad
de la memoria.
Conectar el Ge
Gefono al Sism
Sismgrafo, en el puerto adecuado llamado
GEO.
Encender el sism
sismgrafo e iniciar el monitoreo, de preferencia
minutos antes del disparo; para que ste no sea activado por el
paso de camionetas u otros equipos.
57
Cubrir el Ge
Gefono y sism
sismgrafo con una caja de acero, para evitar
que estos sean da
daados por la proyecci
proyeccin de rocas del disparo, y
se
sealizar el lugar con conos, letreros y/o pintura.
Despu
Despus de realizar el monitoreo, apagar el Sism
Sismgrafo, y descubrir
el Ge
Gefono teniendo cuidado de que ste sea da
daado.
58
269.6 mm/s
TALUD
La vibracin obtenida en direccin del talud es 24.7% menor con respecto a la vibracin
obtenida en direccin de la patada del disparo.
129 mm/s
Amarre
con
troncal
paralelo
al talud, a
una fila
del
contorno.
271 mm/s
2.
1.
2.
61
FACTORES INVOLUCRADOS EN
LOS MODELOS DE VIBRACIONES
Factores Considerados:
Factores No Considerados:
Tamao de la voladura.
Retardos y Secuencia de la Iniciacin.
Grado de Confinamiento.
Tiempo Crtico de Acoplamiento.
Intervalo ptimo de retardo especfico para cada
lugar.
62
VIBRACIONES Y EVALUACIN
DEL DAO (Cont...)
Fila de Precorte
Fila Amortiguada
Fila de Produccin
63
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
65