Control De Vibraciones

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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

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