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CONTROL DE VIBRACIONES
nior Technical Support 3 Marzo del 2020
Δt
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
A que llamamos Vibraciones? • Las vibraciones son un movimiento cíclico que ocurre dentro de un medio, debido al paso de fases alternativas de compresión y tensión. • La vibración inducida a través del terreno se conoce, simplemente, como “vibración”. La vibración inducida a través del aire se conoce como “onda aérea”. • Con respecto a las vibraciones por voladuras inducidas en la roca, generalmente se considera que la vibración es producida en el frente de detonación del explosivo.
Vibraciones Inducidas por Voladuras ELEMENTOS DE ENTRADA
Diseño (Carga, Malla, Secuencia, Fc)
Perforación
Carguío y Tapado
PRODUCTOS
Amarre e Iniciación (Control de la Energía)
-Material Fragmentado -Desplazado
• VIBRACIONES • ONDA AEREA • FLYROCK • GASES
Vibraciones Inducidas por Voladuras Una Carga Explosiva actúa como una Fuente Sísmica
Ondas Sísmicas • TIPOS
Ondas Sísmicas • TIPOS
• Ondas P • Ondas S • Ondas R • Ondas L
Naturaleza Cíclica de las Vibraciones • Ciclo de esfuerzo sobre la roca, compresión seguida por tensión. Presión
Fase de Tensión
Estado inicial
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Fase de compresión
Tiempo
Aplicación de presión & compresión de la roca
Alivio de presión & retorno al estado inicial
(Carguío)
(Expansión)
Sobre relajación & tensión de la roca
retorno al estado inicial
0.05
Propiedades Básicas de las Ondas • Las propiedades básicas de propagación de ondas de vibraciones son: Frecuencia –ciclos completos de compresión y tensión se transmiten por segundo. Amplitud – El máximo nivel de esfuerzo a la cual el medio es expuesto (relacionado al movimiento de partículas individuales sujetas a esfuerzos). Duración – El tiempo total que el medio está expuesto a la vibración. Longitud de Onda – distancia que viaja la onda en un ciclo completo de compresión y tensión. Velocidad de propagación – la velocidad con la cual la onda se mueve, distinta a la velocidad individual de movimiento de una partícula.
Frecuencia y Periodo de la Onda •
La frecuencia dominante es considerada generalmente como el inverso del tiempo del ciclo completo – en este caso, 1/0,06 segundos, o 16.7 Hertz.
Presión Fase de Tensión
Estado inicial
•
El tiempo tomado para completar un ciclo completo de carga se llama Período de la Onda (para este caso, 60 milisegundos), usualmente denotado como T.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Fase de compresión
Tiempo
f: Frecuencia en Hz T: Periodo en segundos
0.06
Amplitud de la Vibración La amplitud de la vibración es una medida de su “Fuerza” y la energía de una onda de vibración es proporcional al cuadrado de su amplitud.
60
40
A1
20 Amplitude
•
0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
-20
A2 -40
•
•
Para el caso de la figura, un valor que puede describir la “fuerza” de la vibración o la amplitud, es A1 o A2 (vibración continua). El signo de las amplitudes simplemente indica la dirección del movimiento de las partículas.
-60 Time (s)
Es importante tener en cuenta, que en la medición de vibraciones en macizos rocosos, no se hacen distinciones entre amplitudes positivas o negativa (A1 y A2), siendo éstas reportadas sólo como positivas.
A: Amplitud en mm/s, medida como velocidad de partícula
Velocidad de Propagación y Velocidad de Partícula •
La velocidad de propagación (Vp para las ondas primarias), describe la velocidad con la cual la onda se desplaza a través de la roca. No es igual a la velocidad de partícula de la roca. Analogía de velocidad de particula
•
La velocidad de propagación describe cuan rápido la onda de vibración se desplaza a través de la roca, la velocidad de partícula describe cuan rápido una partícula se mueve en respuesta al paso de la onda.
Comportamiento en los Macizos Rocosos
PPV (mm/s)
Vp = 5000 m/s Vp = 2000 m/s 3 ms
PPV (mm/s) Tiempo (ms)
10 ms
Tiempo (ms)
• Atenuación por fricción y disipación geométrica, constantes K y α.
Vibración y Esfuerzo •
El macizo rocoso presenta un comportamiento elástico hasta el momento de su ruptura.
•
La velocidad máxima de partícula que la roca puede tolerar antes de su ruptura por tensión es el PPVmax.
•
Se puede calcular utilizando la ecuación:
PPVmax: velocidad de partícula crítica. ἑmax: Esfuerzo máximo que soporta la roca. δt: Resistencia a la tracción. Vp: Velocidad de propagación. E: Modulo de Young. UCS: Resistencia a la compresión simple.
Por qué Medir Vibraciones Sismogramas Cumplir con las normas establecidas
Controlar el daño a estructuras.
Caracterizar el macizo rocoso.
Determinar la eficiencia de las cargas explosivas.
Determinar el tipo de interacción entre cargas.
Evaluar tiempos de retardos (detonadores no eléctricos)
Estimar el efecto de la voladura sobre el macizo.
SENSORES PARA MEDIR VIBRACIONES Geófonos Superficiales y Empotrados
Sensores Para Medir Vibraciones GEOFONOS
ACELEROMETROS
Entrega una medición de aceleración en unidades de g, por lo que se requiere integrar la señal para obtener velocidad.
Posee sensibilidades entre 0.0003 y 0.041 volt/(mm/s).
Posee sensibilidades que varían entre 1 y 1000 mV/g
–
Posee respuestas en frecuencia entre 1 y 1000 Hz.
Posee respuestas en frecuencia entre 1 y 15000 Hz.
–
Son sensores direccionales con un ángulo de barrido menor a 40º.
Son sensores omnidireccionales.
Son de relativo alto costo (1500-3000 USD, triaxial)
–
Entrega una medición directa de la velocidad de partícula en unidades de mm/s.
–
–
Son de relativo bajo costo ( triaxial)
Acelerómetro piezoeléctrico
Acelerómetro electrónico
Geófonos GEOFONO SUPERFICIAL
GEOFONO PARA EMPOTRAR DENTRO DEL TALADRO
Instalación Geófono Empotrado GEOFONO EMPOTRADO
9 .5
TUBO PVC
CONCRETO
ARREGLO TRIAXIAL
GEOFONO
Equipos Para Medir Vibraciones TIPOS DE EQUIPOS Principales Distribuidores INSTANTEL MREL TEXCEL WHITE INDUSTRIAL SEISMOLOGY
20
Registro de Vibraciones
• •
Los equipos para medir vibraciones, registran la información y la guardan en su memoria. Por lo general esta información es procesada por una PC, mediante un software especializado que se utiliza como herramienta para la interpretación y análisis de resultados registrados.
Registro de Vibraciones
Interpretación de Señales Cara Libre
(b)
(a)
[mm/s] +500
Geófono
Señal Tiro (a)
Señal Tiro (b) (+)
0
(-) ±500
0.0
0.2
0.4
0.6 TIEMPO [ms]
0.8
1.0
1.2
Interpretación de Señales
Componente Transversal
Componente Vertical
Señales de tiros registradas
Componente Longitudinal
Sismograma software «Blastware» - Instantel
24
PRUEBAS PARA MEDIR VIBRACIONES EN TERRENO Campo Cercano y Campo Lejano
Caso Práctico 1
GEOFONO 1 X: 762377.281 Y: 9252654.228 BANCO 3870
E = 3.7
E = 2.4
GEOFONO 2 X: 762377.684 Y: 9252666.183 BANCO 3870
5200 ms 4000 ms 4800 ms
3600 ms 3200 ms
4400 ms
PRUEBA VIBRACIONES
3000 ms
G2
3400 ms
G1
3800 ms
5000 ms
4600 ms
4200 ms
Caso Práctico 1
Registro Caso Práctico 1
Componente Transversal
Componente Vertical
Señal Tiro más Cercano al Geófono
Componente Longitudinal
28
Consideraciones de registro de datos – Verificación del desplazamiento máximo. • El nivel de vibraciones que se identifique, se debe verificar que el desplazamiento del geófono no haya superado el nivel máximo permitido (ejemplo 2 mm) lo cual se puede verificar mediante la integración de la onda
Desplazamiento del geófono
Desplazamiento del Geófono
Caso Práctico 02 VOLADURA ESPECIAL VOLADURA PRE-CORTE
G1
G2
GEOFONOS
GEO
5600 ms
5200 ms
4800 ms
4400 ms
4000 ms
1600 ms
1200 ms
800 ms
400 ms
000 ms
Caso Práctico 02
G1
SECUENCIA DE INICIACIÓN
G2
Registro de Vibraciones Caso 2
Caso Práctico 03
GEOFONO 1
GEOFONO 2 TALADROS DE PRUEBA
Registro Caso Práctico 3
ALGUNAS APLICACIONES Campo cercano Y Campo Lejano
Filtro de Pre-corte VOLADURA ESPECIAL VOLADURA PRE-CORTE
G1
G2
GEOFONOS
GEO
Filtro de Pre-corte
GEO 01: MODELO ANTES PRE-CORTE GEO 02: MODELO DESPUES PRE-CORTE
Optimización de Voladura de Control
Sobre-tamaño
No se llega al TOE
Δt
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
Condiciones de talud – Sector de Prueba
0.8
0.9
1.0
1.1
Optimización de Voladura de Control Modelo Campo Cercano - Holmberg Persson (H&P) Geófono 01 - Prueba Especial - Banco 4590 Roca Granodiorita Potásico Velocidad de Partícula Peak (mm/s)
1000
100
y = 157.32x1.6152 R² = 0.9502
Δt
10 0.1
0.3
0.4
0.5
0.6
1.0 0.7
0.8
Factor H&P
0.9
1.0
1.1
10.0
DISEÑO ESTANDAR 1 1° Buffer, 15 m, SD=0, sin carga 2° Buffer, 15 m, SD=0
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
DISEÑO ESTANDAR 2 1° Buffer, 15 m, SD=0, con carga en fondo 2° Buffer, 15 m, SD=0
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
EVALUACIÓN DEL DISEÑO 1° Buffer, 15 m, SD=0, taco intermedio 5 m 2° Buffer, 14 m, SD= -1
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
EVALUACIÓN DEL DISEÑO 1° Buffer, 15 m, SD=0, taco intermedio 5 m, aire en fondo 1m 2° Buffer, 14 m, SD= -1, taco intermedio 4 m, aire en fondo 1m
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.4
0.5
<< influencia Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
EVALUACIÓN DEL DISEÑO 1° Buffer, 15 m, SD=0, taco intermedio 5 m, aire en fondo 1m 2° Buffer, 14 m, SD= -1, taco intermedio 4 m, aire en fondo 1m 1° Producción, 17m, SD=2, reducción del FC en 30%
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
ALTERNATIVA DE DISEÑO 1 1° Buffer, 15 m, SD=0, taco intermedio 5 m, aire en fondo 1m 2° Buffer, 14 m, SD= -1, taco intermedio 4 m, aire en fondo 1m 1° Producción, 15 m, SD=0, reducción del FC en 30%
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
ALTERNATIVA DE DISEÑO 2 1° Buffer, 14 m, SD= -1, taco intermedio 5 m, aire en fondo 1m 2° Buffer, 14 m, SD= -1, taco intermedio 4 m, aire en fondo 1m 1° Producción, 15 m, SD=0, reducción del FC en 30%
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
COMPARACIÓN DIÁMETRO BUFFER 6" 1° Buffer, 14 m, SD= -1, carga en fondo, se mantiene carga 2° Buffer, 14 m, SD= -1, carga en fondo, se reduce carga 1° Producción, 15 m, SD=0, reducción del FC en 30%
Δt
PPV (mm/s) PPV < 217 217 < PPV < 867 867 < PPV < 3468 3468 < PPV < 6936 PPV > 6936
Condición 0.3
0.5 << influencia 0.4 Extensión de fracturas existentes Creación de nuevas fracturas Intenso fracturamiento >> fracturamiento
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
Optimización de secuencia de iniciación 2. ONDA ELEMENTAL REGISTRO DE ONDA ELEMENTAL - BENEFICIOS Onda elemental 1 Onda elemental 2
Registro del proyecto de voladura
Modelamiento por onda elemental
GRACIAS Δt
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1