Control De Vibraciones Ppt

CONTROL DE VIBRACIONES POR EFECTO DE LA VOLADURA Por: GRADOS RAMOS, Ciro

INTRODUCCION Para la fragmentación de las de las rocas se hace necesaria la utilización de explosivos los cuales pueden generar alteraciones como vibraciones, onda aérea y proyecciones de la roca que en algunas circunstancias pueden originar daños en las estructuras próximas a los sitios de explotación, los cuales pueden causar algún tipo de molestias en las viviendas más cercanas al punto de la voladura y ser causa de conflictos permanentes con los habitantes próximos a las explotaciones.

VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERISTICAS DE LAS VIBRACIONES o Geología Local y Características

de las Rocas

o Distancia al punto de la voladura

oPeso de la Carga Operante

o Consumo específico de explosivo

oTipos de explosivos o Tiempos de Retardo

VARIABLES GEOMÉTRICAS DE LAS VOLADURAS o Diámetro de perforación. o Altura de banco. o Piedra y espaciamiento. o Sobre perforación. o Retacado. o Desacoplamiento. o Tamaño de las voladuras.

CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES  Tipos de ondas sísmicas:

TIPOS DE ONDAS SISMICAS GENERADAS

ONDAS INTERNAS

PRIMARIAS O DE COMPRESION

TRANSVERSALES O DE CIZALLAMIENTO

ONDAS SUPERFICIALES

ONDAS RAYLEIGH Y LOVE

Las velocidades de “P” y “S” Pueden estimarse a partir de las características elásticas de los materiales con las siguientes expresiones.

Donde: • ρr •μ •E • VCp y VCs

: Densidad de la roca. : Coeficiente de Poisson. : Módulo de Young. : Velocidad de propagación de las ondas longitudinales y transversales respectivamente.

 Parámetros de las ondas: Una simplificación para el estudio de las vibraciones generadas por las voladuras consiste en considerar éstas como ondas de tipo sinusoidal. Amplitud (A). Desplazamiento máximo de un punto desde su posición de reposo. Velocidad de Partícula (v). Velocidad a la que se desplaza el punto.

Aceleración (a). Ritmo de cambio de la velocidad. Frecuencia (f). Número completo de oscilaciones o ciclos por segundo. La frecuencia es inversa del período «T». El Desplazamiento (Y). En cualquier instante vale: y= A x sen(wt)

Atenuación Geométrica: La densidad de energía en la propagación de los pulsos disminuye conforme las ondas encuentran o afectan a mayores volúmenes de rocas. Parece lógico considerar ciertos factores de atenuación geométrica para cada uno de los distintos tipos. Ejemplo en un medio homogéneo, elástico o isótropo la amplitud cae debido a la amortiguación geométrica, siendo su caída proporcional para los distintos tipos de ondas dominantes. • “1/s” para ondas internas en un medio (semi) infinito. • “1/s0.5” para ondas Rayleigh. • “1/s2” para ondas internas propagándose a lo largo de una superficie libre. Donde “s” es la distancia desde la fuente sísmica.

Amortiguación inelástica: En la naturaleza, los macizos rocosos no constituyen para la propagación de las vibraciones por el contrario presentan efectos inelásticos que provocan una pérdida de energía durante la propagación de ondas. • Disipación en matriz inelástica debido al movimiento relativo en las superficies ínter cristalina y plano de discontinuidad. • Atenuación en rocas saturadas debido al movimiento del fluido con respecto a la matriz. • Flujo en el interior de las grietas. • Difusión defensores inducidas por volátiles absorbidos. • Reflexión en rocas porosas o con grandes huecos. • Absorción de energía en sistemas que experimentan cambios de fase, etc.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS AEREA

La onda aérea es la onda de presión que va asociada a la detonación, mientras que el ruido es la parte audible e infrasónica del espectro. Las fuentes de estas perturbaciones son las siguientes de acuerdo a Wiss y Linehan (1778): 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Escape de los gases por el barreno al proyectarse el retacado. Escape de los gases a través de las grietas creados en el frente del macizo rocosa. Movimiento del terreno probado por la explosión Detonación del cordón iniciador a aire libre. Desplazamiento del frente del banco al progresar la voladura. Colisión entre los fragmentos proyectos.

INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANÁLISIS DE VIBRACIONES Y ONDA AEREA Equipos de registro y análisis: 1. Control de vibraciones con el uso de sismógrafo. 2. Usando diseños de voladuras para controlar vibraciones. 3. Tipos de sismógrafos, monitoreo sísmicos. 4. Unidades que imprimen resultados en papel. 5. Unidades de grabación de datos. 6. Desarrollando un programa de control y monitoreo de vibración. 7. Inspecciones un programa de control y monitoreo de Monitoreo Sísmico. 8. Colocación de sismográficos. 9. Análisis de datos.

Estimadores de vibraciones terrestres A través del tiempo las formulas para calcular la ecuación de propagación de las vibraciones fueron cambiando conforme se tomaban nuevos parámetros. Recientemente Ghosh y Daemen (1983) tienen en cuenta la amortiguación inelástica para considerar la caída exponencial de “v”, haciéndola proporcional a “e^(-aDS)”. Las fórmulas general es que engloban a las anteriores son, pues:

Donde: K = Constante característica del lugar que varía desde 0,57, para rocas duras competentes, hasta 3,40 para suelos no consolidados.

Predicción teórica de las vibraciones terrestres: Cuando no se dispone de instrumentación y equipos para realizar una campaña vibrográfica, la intensidad de las perturbaciones originadas por las voladuras puede predecirse con un modelo teórico, G. Serta (1985), teniendo en cuenta que la energía sísmica transmitida a la roca por el explosivo puede evaluarse con las siguientes dos expresiones:

Donde: A f Ds ρr VC Tv

= Amplitud de la oscilación (m). = Frecuencia de la vibración (Hz). = Distancia de la carga al punto de registro (m). = Densidad de la roca (kg/m3). = Velocidad de propagación en el macizo rocoso (m/s). = Duración de la vibración (s).

nt = Rendimiento de transmisión de energía. • Carga apoyada nt < 0,4. • Carga en barreno con frente libre nt > 0,4. n1 = Característica de impedancias de explosivo/roca.

n2 = Característica de desacoplamiento de la carga.

ET Q Ze Zr D d

= Energía específica del explosivo (MJ/kg). = Cantidad de explosivo (kg). = Impedancia del explosivo (kg. m-2.s-1). = Impedancia de la roca (kg. m-2.s-1). = Diámetro del barreno (mm). = Diámetro de la carga (mm).

Estimadores de onda aérea: La componente audible de la onda aérea, que es la parte del espectro comprendida entre 20 Hz y 20 kHz y que también es conocida como «ruido», se mide comúnmente en dB. El decibelio se define en términos de sobrepresión con la ecuación:

Donde: NR = Nivel de ruido. SP = Sobrepresión (N/m2). SPo = Presión del menor sonido que puede ser escuchado (20 * 10-6 N/m 2).

EFECTO DE LAS VIBRACIONES Y ONDA AEREA SOBRE LAS PERSONAS Uno de los factores con el que es preciso contar en la ejecución de voladuras es el efecto fisiológico de las mismas, ya que con niveles inferiores a los máximos admisibles para no producir daños en las estructuras se puede obtener un índice de percepción que puede hacer pensar a las personas en probables daños potenciales.

EFECTO DE LAS VIBRACIONES SOBRE LOS MACIZOS ROCOSOS Las vibraciones tienen un doble ámbito de actuación, por un lado afectar a la integridad de las rocas, y por otro, pueden llegar a provocar colapsos en los taludes al introducir acciones desestabilizadoras. Al primer aspecto, la velocidad crítica de vibración puede determinarse conociendo la velocidad de propagación de las ondas longitudinales en el macizo, la densidad y la resistencia a tracción de la roca.

Donde: RT = Resistencia a tracción. Ρr = Densidad del medio. VC = Velocidad de propagación de las ondas longitudinales

.

RECOMENDACIONES PARA REDUCIR LOS NIVELES DE VIBRACION DEL TERRENO Y ONDA AEREA • Minimizar la carga de explosivo por unidad de microrretardo. • Elegir un tiempo de retardo entre barrenos y filas efectivas que evite una fuerte superposición de ondas y permita un buen desplazamiento de la roca. • Utilizar el consumo específico adecuado, ya que una disminución de éste puede aumentar el confinamiento de las cargas y, por consiguiente, la intensidad de las vibraciones. Obviamente, un consumo excesivo da lugar a una sobrecarga innecesaria acompañada de grandes efectos perturbadores.

• Controlar la perforación para que las mallas coincidan con las nominales. •Seleccionar esquemas y secuencias que eviten el reforzamiento de ondas.

APLICACIÓN ESTUDIO Y EVALUACIÓN DE LAS VOLADURAS EN LA ZONA ESTEDIAMANTE DEL TAJO ABIERTO RAÚL ROJAS MEDIANTE LA CAPTACIÓN DE IMÁGENES Y SU TRATAMIENTO INFORMÁTICO

Geología General: El yacimiento de Cerro de Pasco se localiza al lado Este de la chimenea volcánica y la falla longitudinal que separa las calizas Jurásicas de las filitas devonianas. La chimenea volcánica (aglomerado volcánico) compuesta por fragmentos de filitas, cuarcitas, calizas y pórfidos monolíticos, dentro de una matriz fina conformadas por los mismos elementos, vidrio volcánico y cristales de rocas intrusivas.

Estudio de las imágenes: Datos cualitativos: •Secuencia de encendido de los taladros de la voladura. •Confinamiento y/o expulsión del taco. •Primeros desplazamientos de la roca. •Trayectoria de los fragmentos de roca. •Comprobación del correcto funcionamiento de los accesorios de iniciación de las voladuras. Datos cuantitativos: •Tiempos de retardo de los detonadores y/o conectores de superficie. •Duración de la retención de los gases y escape de los mismos. •Aceleración y velocidad de los fragmentos de roca incontrolados. •Velocidad de elevación del terreno en la superficie del banco. •Velocidad de expulsión del taco. •Tiempos de respuesta del terreno desde el instante de detonación de las cargas. •Tiempo total de lanzamiento de las proyecciones. •Intervalo de desplazamiento de la roca fragmentada.

Sistemas de grabación y tratamiento de imágenes: Para el caso de estudio de una voladura en el que se quiere efectuar su análisis y evaluación, y exponer a continuación los resultados, los componentes básicos serían. Computador multimedia de características:

Equipo básico para la evaluación digital de las voladuras, e imagen del monitor de alta resolución con las imágenes para el análisis mediante el software.

APLICACIÓN AL ESTUDIO DE VOLADURA DE UN BANCO Las pruebas se llevaron a cabo en el Tajo Raúl Rojas, zona este, Plan Diamante, en bancos de 10 m, roca caliza y pacos. Los taladros son de 7 7/8” de diámetro perforados verticalmente, en malla cuadrada de 5 m x 5 m, y se iniciaron con el sistema no eléctrico fanel dual N°16, a lo largo del taladro con detonador de retardo en el fondo de 600 ms y en superficie de 42 ms; para el cebado en el fondo se utilizó booster HDP-1 de 0,45 kg. La secuencia de encendido, y los tiempos de retardo de la voladura se muestra en la figura.

Análisis de las imágenes: En las imágenes extraídas del análisis de las voladuras, se ha seleccionado cuatro fotogramas de la voladura identificándose lo siguiente:

• El primer fotograma muestra dos caras libres del banco con uno de los frentes irregular, así como la detonación del conector de 0 ms e iluminación del tubo fanel (1).

1

• La segunda imagen refleja la energetización final (fanel iluminado, 2) a los 1224 ms, habiéndose iniciado el movimiento del pie de talud de las primeras filas, iniciándose con los primeros taladros del lado oeste de acuerdo a los tiempos secuenciales, además del levantamiento del piso en ese sector.

2

•La tercera imagen presenta el inicio del colapso del banco (3), 1380 ms, como consecuencia de un mayor desplazamiento de la roca del tercio inferior, aproximadamente, del talud, y levantamiento del piso en todo el sector del banco, se debe apreciar que no se observa fumarolas de expulsión del material de los tacos de los taladros y gases, denotando un adecuado funcionamiento de ellos en la retención de los gases generados por el explosivo.

3

•

En la última imagen se observa la generación de algunos bancos (4), principalmente en el talud con geometría irregular, donde el burden por partes ha sido mayor para algunos taladros.

4

•

• • • •

CONCLUSIONES La afección dinámica a las estructuras por las vibraciones causadas por las voladuras de obras civiles, canteras o minas puede controlarse mediante su medición y cálculo, empleando para ello instrumentación de tipo sismográfico. Debido a las habituales heterogeneidades del terreno, los cálculos basados en la medición se han demostrado más fiables que los analíticos puros. Existen normas nacionales e internacionales que las limitan, definiendo en algunos casos las pautas actuación frente al diseño de una voladura que, eventualmente, pudiera afectar a una estructura. Por otro lado, existen técnicas de estimación de vibraciones, basadas en la obtención de la ley de amortiguación del terreno mediante ensayos de disparo y medición. Por último, el desarrollo de los explosivos y los sistemas de iniciación (detonadores secuenciadores) así como de las técnicas de diseño de voladuras permite aminorar las vibraciones a los valores definidos por la normativa, eliminando las molestias a personas o los daños a las estructuras.