Control de Vibraciones

PERFORACIÓ NY

PERFORACIÓN Y VOLADURA

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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN: CONTROL DE VIBRACIONES

INDICE Introdu Introducci cción… ón………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… …………… …………… ……………… …………… ……


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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN: CONTROL DE VIBRACIONES

INDICE Introdu Introducci cción… ón………… ……………… ……………… ……………… ……………… ……………… …………… …………… ……………… …………… ……


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Obje Ob jeti tivo vos… s……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……… …

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Capitulo I Introducci cción ón ………………… ………………….…… .……….. …..... ....... ....... ...... ....... ....... ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ...... ....... ....... ..... 1. Introdu

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Fundam amen ento toss de vib vibra raci cion ones es …… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……… … 8 2. Fund natural ralez ezaa cíc cícli lica ca de las las vib vibrac racio iones nes ………… …… ………… ………… ………… ………… ……… … 2.1. La natu 8 2.2. Proiedades b!sicas de las ondas…………………………………………"# $ios de ondas en vibraciones…………………………………………… vibraciones…………………………………………… "% 2.3. $ios 2.4. Primer arribo de ondas……………………………………………………"& vibraciones……………………………………………... "& 2.5. Las unidades de vibraciones……………………………………………... 'ibraciones ( es)uerzo………………………………… es)uerzo…………………………………………………… …………………"* "* 2.6. 'ibraciones +aracterí erísti sticas cas de las las vibr vibraci aciones ones ori,in ori,inadas adas or las voladu voladuras… ras……… …………. ……... "5 3. +aract 3.1. 'ibraciones de un solo taladro……………………………………………"5 3.2. 'ibraciones roducidas or una voladura………………………………..."6 Instrument entació aciónn ara monit monitorea orearr las vibraci vibracione ones…… s………… …………… ……………… ………… … "6 4. Instrum vibraciones……………………………………………. ……………. "6 4.1. $ransductores de vibraciones……………………………… aduisición…………………………………………………… …………………… "/ 4.2. -uio de aduisición……………………………… an!lisis………………………………………………………... …………... "/ 4.3. -uio de an!lisis…………………………………………… locidad dad ico ico de artí artícul cula… a……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …… 5. 'eloci 0n!lisiss de vibracion vibraciones es roducidas roducidas or or voladura…… voladura……………… …………………. ………. 5.1. 0n!lisi la velocidad velocidad ico de artícul artícula………… a…………………… …………………… ………… 5.2. 1odelos de la -stimación de de la velocid velocidad ad ico de artícula artícula crítica……… crítica………………… ………….... .... 5.3. -stimación

%* %* %6 %8

1onito tore reoo de las las vibr vibrac acio ione nes… s……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……… … &# 6. 1oni Objetivo del del monitor monitoreo eo de las vibrac vibracion iones… es……… …………… ……………… ……………. ……... &# 6.1. Objetivo Obtención de datos datos a artir del monito monitoreo reo de las vibracio vibraciones……… nes…………. …. &# 6.2. Obtención 1odela lami mien ento to de vibr vibrac acio ione ness 2 cam camoo lej lejan ano… o……… ………… ………… ………… ………… …….. && 7. 1ode 3atos de 7.1. laboratorio…… laboratorio……………… …………………… …………………… …………………… ………………. ……. && +!lculo de la velocidad ico 7.2. de artícula crítica 4'PP+ de los tajeos …. &5 0n!lis isis is de de los los dao daoss ori, ori,in inad ados os or or la la vola voladu dura ra de de roca rocas… s……… ………… ………… …….. &6 8. 0n!l ormatividad internacional 8.1. en el manejo de las voladuras……………… &6


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ndice de daos ori,inados 8.2. or voladura 493I…………………………. &7 +riterio de 8.3. dao……………… dao…… …………………… …………………… …………………… …………………… ………….... &8 $:cnic icas as usada usadass ara ara la redu reducci cción ón de las las vibr vibraci acione ones… s……… ………… ………… ………… …….. 9. $:cn +!lcul uloo de la car car,a ,a m!;i m!;ima ma or or reta retardo rdo…… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …….... 10. +!lc 0li licac cació iónn de 1ina 1ina 0rc 0rcat ata… a……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …….... 11. 0

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+oncl +o nclusi usione ones… s……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………. …...

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5#

9ibl 9iblio io,ra ,ra)í )ía… a……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ……

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INTRODUCCION +onsiderando ue la ma(or arte de los costos radica en las oeraciones unitarias de er)oración ( voladura de rocas= se reuiere mejorar cada vez m!s utilizando las t:cnicas modernas de voladura de rocas. -l resente in)orme est! orientada b!sicamente a dos asectos mu( imortantes> el rimero= la elecc elecció iónn del del e;l e;losi osivo vo adecu adecuado ado ara ara la reali realizac zació iónn de un trab trabaj ajoo determ determin inad adoo minimizando el dao al macizo rocoso remanente ( el se,undo= determinar la cantidad m!;ima de e;losivo ermitido or retardo. 0mbos trabajos se realizaron usando el monitoreo= modelamiento ( an!lisis de vibraciones. 1ediante el monitoreo de vibraciones se uede obtener diversos datos= entre los cuales se tiene las velocidades ico artícula en las tres direcciones ara oder realizar una base de datos= modelar= modelar= analizar ( evaluar evaluar el dao otencial otencial ue una voladura uede roducir. roducir. Los untos m!s imortantes ue se deben considerar cons iderar cuando se ?acen voladuras son> PERFORACIÓN Y VOLADURA 4

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Lo,rar un adecuado ,rado de )ra,mentación de la roca= de tal modo ue se obten,a un costo mínimo combinado de las oeraciones de car,uío= transorte= c?ancado (

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molienda de la roca. 1inimizar el dao al macizo rocoso en su entorno ermitiendo una oeración sin ries,os.

Para oder lo,rar satis)acer esos dos reuisitos contradictorios necesitamos de una correcta elección elección del e;losivo= e;losivo= cuanto e;losivo e;losivo car,ar or taladro taladro o en su de)ecto= de)ecto= la cantidad cantidad de e;losivo deber! causar el menor dao osible al entorno de la voladura ero cumliendo con los objetivos antes mencionados.

OBJETIVO! 1. OBJE OBJETI TIV VO "ENE "ENER# R#$. $.  3eterminar las vibraciones ue son causadas or los trabajos de e;lotación mine minera ra ( a la mism mismaa ves ves ?acer ?acer una eval evaluac uació iónn ara ara cont contro rola larr dic? dic?as as vibraciones mediante un monitoreo= modelamiento= an!lisis e interretación de datos reales en condiciones de trabajo normales. 2. OBJE OBJETIV TIVO O E% E%EC ECI& I&ICO ICO. .  3eterminar cómo se ,enerar las vibraciones en la voladura.  @aber con u: euios se uede determinar dic?as vibraciones.  @eleccionar el e;losivo adecuado ue sea caaz de realizar un trabajo determinado usando el monitoreo de vibraciones.


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 3eterminación de la cantidad m!;ima de e;losivo or retardo en los taladros minimizando de esta manera el dao al macizo rocoso= creando ambientes de trabajo m!s se,uros.

C#%ITU$O I 1. INTRODUCCION An elemento imortante en el roceso de evaluación ( otimización de la oeración de voladura= es oder redecir a trav:s de un modelo= las consecuencias ( bene)icios al introducir cambios en los ar!metros m!s relevantes de una voladura= sin ue ello deba necesariamente tener ue realizarse a escala real. @e ueden distin,uir di)erentes en)oues asociados al modelamiento de vibraciones= los cuales tienen como objetivo )inal redecir los niveles de vibración 4velocidad de artículas= en un unto esecí)ico de acuerdo a un diseo de voladura dado. @e utilizan )recuentemente los modelos emíricos tradicionales= ue ermiten con datos obtenidos en terreno establecer modelos o ecuaciones ,enerales de comortamiento= ue reresentan la velocidad de artículas en )unción del e;losivo detonado= ( la distancia de la voladura al lu,ar de inter:s. 0dem!s de la acción de reducir el tamao ( mover la roca= la ener,ía de una voladura ,enera ondas sísmicas ue ueden causar un dao si,ni)icativo a la roca a PERFORACIÓN Y VOLADURA 6

,randes distancias= udiendo a)ectar a )allas o estructuras rinciales como tambi:n a instalaciones industriales ( edi)icaciones. Las ondas de vibraciones ueden ocasionar un dao otencial ma(or cuando se resenta con altos niveles de vibraciones ( )recuencia dominante m!s bajas= lo ue determina ma(ores deslazamientos ( ma(or ries,o de dao al macizo rocoso. Para reducir la robabilidad de ue se ,eneren daos roducto de las vibraciones= se describe a continuación un m:todo de modelamiento ue ermite redecir la seal ( niveles de las vibraciones= las ue ueden ser modi)icadas alterando la car,a e;losiva= el tamao de la voladura o nBmero de taladros ( la secuencia de iniciación de modo de minimizar el ries,o de dao.

Metodología propuesta para la prevención y control de vibraciones de voladuras

Fuente> 3eartamento de 0sistencia $:cnica -C@0 @.0.

2. &UND#'ENTO DE VIBR#CIONE 2.1. $# N#TUR#$E(# C)C$IC# DE $# VIBR#CIONE! Las vibraciones son un movimiento cíclico ue ocurre dentro de un medio= debido al aso de )ases alternativas de comresión ( tensión. +on resecto a las vibraciones or voladuras inducidas en la roca= ,eneralmente se considera ue las vibraciones son roducidas or la detonación del e;losivo. +onsideremos un caso simle= de un solo taladro de voladura con una euea car,a de e;losivo 4Lar,o D 6 E di!metro= aro;imando a una car,a es):rica. +uando la car,a es detonada= la masa rocosa alrededor de la car,a es


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inmediatamente sometida a comresión. -sto roduce la comonente de comresión del ciclo de vibraciones. 3esu:s de la )ase de comresión= la roca su)re una )ase de e;ansión en un intento a volver a su estado ori,inal. a ue todos los materiales se comortan= en ma(or o menor medida= como un resorte= una vez ue la )uerza de comresión es removida= la roca se relaja ( vuelve a su estado ori,inal asando m!s all! de :sta. +omo la roca se mueve m!s all! de su osición ori,inal= esto crea una )ase de tensión del ciclo de vibraciones. -l ciclo comleto es mostrado en la Fi,ura ".

Figura 1: Ciclo de Esfuerzo sobre la roca, compresión seguida por tensión. a ue la roca resonde como un resorte al aso de las ondas de vibraciones= 4el módulo de oun, reresenta la ri,idez del resorte= el ritmo al cual la roca se relaja uede ser di)erente al ritmo a la cual es sometida la roca or un ulso de corta duración= ue ,enera la detonación de una car,a e;losiva. -n este caso= no es inusual ver= en rocas d:biles con módulo de oun, relativamente bajos= ue las )ases de comresión ( tensión tienen di)erentes amlitudes ( di)erentes duraciones como se ilustra en la Fi,ura %.


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Figura 2: Presión y relajación no simtrica a un elemento de roca. La ecuación ue e;lica las características del movimiento de una artícula or el aso de una onda suele ser de la si,uiente )orma> A ( t ) = A 0 sen ( 2 Π ft )

3onde 04t reresenta la amlitud de la onda en un tiemo t= 0# es el eaG de amlitud sobre la onda comleta ( ) es la )recuencia de la onda.

2.2. %RO%IED#DE B*IC# DE $# OND#! Las roiedades b!sicas de roa,ación de ondas de vibraciones son> 2.2.1. &+,-u,-ia /, la i+a-io,! La )recuencia de las vibraciones indica el nBmero de veces or se,undo ue la onda de roa,ación asa or un ciclo comleto de comresión ( tensión. -l )actor ue tiene una ,ran in)luencia en esto son las dimensiones de las car,as= columnas ,randes de car,a tienden a roducir bajas )recuencias. @in embar,o otros imortantes )actores inclu(en los módulos de la roca ( la razón de car,a roducida or la detonación 4es decir la velocidad de detonación. La )recuencia dominante es considerada ,eneralmente como el inverso del tiemo del ciclo comleto. @e observar! ,eneralmente ue las ondas de vibraciones re,istradas a ,randes distancias tienden a tener bajas )recuencias en comaración a auellas re,istradas a cortas distancias. @i la )recuencia es baja= el deslazamiento es ma(or= or lo ue se roduce un ma(or dao en el medio en ue se trasmite las vibraciones.

2.2.2. #plitu/ /, la Vi+a-io,! La amlitud de las vibraciones es una medida de su HFuerza ( la ener,ía de una onda de vibraciones es roorcional al cuadrado de su amlitud. PERFORACIÓN Y VOLADURA 9

-l aso de las ondas de vibraciones resulta en un deslazamiento real de la artícula= ( es osible medir ese deslazamiento real= la velocidad de la artícula en movimiento= o su aceleración. a ue la )recuencia del movimiento de la artícula uede ser alta 4cientos de Jertz= en la r!ctica es )!cil encontrar ( usar disositivos ue ten,an una adecuada resuesta a la )recuencia ( sensibilidad ara medir velocidad 4,eó)onos o aceleración 4acelerómetros. 3ebido a ue el deslazamiento= velocidad ( aceleración est!n relacionados= la medida de cualuiera de :stas= teóricamente odría ermitir el c!lculo de las otras dos. Los disositivos m!s baratos ( )!ciles de usar ara medir las vibraciones son los ,eó)onos= ( con estos disositivos las vibraciones son medidas en t:rminos de velocidad de artículas ( tiene la unidad de mmKs 4ul,adasKs en A@0. La amlitud de la vibración= medida como velocidad de artícula= es universalmente considerada como el mejor indicador del es)uerzo inducido en el macizo rocoso= ( or lo tanto considerado como el mejor indicador del otencial dao ( el otencial e)ecto de )ra,mentación en la roca.

2.2.3. Du+a-i /, la Vi+a-io,! La duración de las vibraciones deenden de dos )actores rinciales 2 la duración de la voladura ( la distancia del unto de monitoreo a la voladura. Para ase,urar ue el eaG de velocidad de vibraciones 4,enerado or una voladura sea re,istrado ( ue la cantidad m!;ima de in)ormación ueda ser e;traída de un re,istro de vibración= es imortante ue se re,istre comletamente la duración de las ondas. An buen re,istro de vibración mostrar! un tiemo uieto revio al comienzo del re,istro de vibraciones= un comleto detalle de las ondas de vibraciones= ( un tiemo desu:s del aso de las ondas= cuando el terreno ?a vuelto a su estado de reoso.


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Figura 3: !uración de una vibración. La duración de la vibración ser! un oco ma(or ue la duración de la voladura 4es decir el tiemo entre la detonación del rimer ( Bltimo taladro. ormalmente la duración de la vibración es alrededor de %## a &## ms m!s lar,a ue la duración de la voladura= debido al tiemo reuerido ara ue la vibración lle,ue desde el Bltimo taladro detonado al unto de medición. La duración de la vibración se incrementa con el aumento de la distancia de roa,ación.

2.2.4. $oitu/ /, O/a /, la Vi+a-io,! La lon,itud de onda de una vibración es la distancia recorrida or la onda de vibración durante un ciclo comleto de comresión ( tensión= es decir un Periodo de la Onda. La lon,itud de onda= = se uede calcular a artir de una onda de vibración con una )recuencia Bnica= )= 4es decir una onda armónica simle or la )órmula  D' K ) donde ' es la velocidad de roa,ación de la onda P.

2.2.5. V,lo-i/a/ /, %+opaa-i! La velocidad de roa,ación describe la velocidad con la cual la onda se deslaza a trav:s de la roca. -sta velocidad uede ser medida utilizando dos ,eó)onos ubicados a di)erentes distancias de la voladura= ( mediante la medición de la di)erencia de tiemo de arribo de cada seal. -n la )i,ura mostrada= los ,eó)onos est!n searados &## metros= ( la di)erencia de tiemo de arribo= t= es de 8# ms= corresondiendo a una velocidad de roa,ación de &.75# mKs. La velocidad de roa,ación de onda P= '= se calcula usando la ecuación simle ' D sKt= donde s es la distancia de roa,ación ( t es el tiemo de roa,ación.


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2.3. TI%O DE OND# EN VIBR#CIONE! La onda de c?oue ,enerada or la detonación de car,as e;losivas crea tensiones ue roducen el )racturamiento en la roca. -sta adem!s se roa,a en )orma es):rica 4en todos los sentidos ( trans)iere una ener,ía vibracional al macizo rocoso ue es transmitida or una combinación de mecanismos ue se reresenta )undamentalmente a trav:s de ondas. Los tres tios rinciales de onda ue se ueden observar cuando se monitorean las vibraciones ,eneradas or voladura= aunue no todas ellas siemre se resentan o detectan= son los si,uientes> O/a $oitu/ial  O/a /, Cop+,i %! ormal a la dirección de la voladura en el lano Jorizontal= movimiento a lo lar,o de una línea ue une la )uente ( el unto de re,istro. +onsiste en una serie de movimientos de comresión ( tensión= con oscilaciones de las artículas en la misma dirección de roa,ación. -l t:rmino rimario se ori,ina en ue esta onda tiene una ,ran velocidad de roa,ación ( or ende= es la rimera en lle,ar al unto de medición. O/a T+a,+al ! Perendicular a la dirección de la voladura en el lano Jorizontal= movimiento en !n,ulos rectos a una línea ue une la )uente ( el unto de re,istro. 0l momento ue se ,enera la onda P= se roduce un se,undo tio de onda ue corta o tiende a cambiar la )orma del material transmisor ( ,enera movimientos en las artículas erendiculares al )rente de c?oue= acentuadas or el ulso de resión inicialM or la duración de la onda P o or discontinuidades del macizo rocoso. 0 este tio de onda se le denomina de Onda @= de +orte= Forma o @ecundaria.

O/a /, up,+i-i,! @on ,eneradas en la suer)icie en resuesta a la interacción de las ondas P ( @ con la suer)icie. +uando las ondas de cuero alcanzan la suer)icie de la tierra= :sta e;erimenta movimientos verticales ( ?orizontales. Las ondas así roducidas son denominadas Hel!sticas de suer)icie. 2.4. %RI'ER #RRIBO DE OND#! La rimera onda en lle,ar ser! siemre la onda P la cual viaja una distancia m!s corta al ,eó)ono. @in embar,o= si la onda asa a trav:s de un material altamente )racturado= su amlitud uede ser mu( euea= ( otra onda ue realice un recorrido m!s lar,o a trav:s de una roca m!s cometente lle,ar! con un eueo atraso ( con una amlitud muc?o ma(or. -sto uede llevar a estimaciones erróneas de velocidad de roa,ación= cuando la amlitud del rimer arribo es mu( baja ( di)ícil de identi)icar. +uando estimamos velocidades de las ondas= el momento de la lle,ada de la rimera onda es como se indica en la si,uiente )i,ura.


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Figura 5: Momento de arribo de la onda.

2.5.

$# UNID#DE DE VIBR#CIONE

2.5.1. V,lo-i/a/ /, la Vi+a-io,! La velocidad es el m:todo re)erido de medición de las vibraciones ,eneradas or voladura= (a ue la velocidad de vibración es roorcional al es)uerzo ( or lo tanto al otencial dao. @i la onda de vibración es continua ( armónica simle= 4es decir una Bnica )recuencia sinusoidal= )= :sta uede ser reresentada or una simle ecuación= v"t# $ %& seno"'(ft = donde 0# reresenta el eaG de amlitud de la velocidad de artícula. -n la r!ctica= el eaG de amlitud est! controlado )uertemente or la cantidad de e;losivo or taladro= (a ue esto controla la )uente de ener,ía ue ,eneran osteriormente las vibraciones. -l otro )actor ue tiene una ,ran in)luencia en la amlitud de la vibración= a di)erentes distancias= es la atenuación del macizo rocoso= (a ue esto controla cuan r!idamente se disia la ener,ía. La atenuación del macizo rocoso deende de )actores tales como la cantidad de )racturas o ,rietas en el macizo 4las ,rietas ,eneran una ,ran :rdida de ener,ía ( el módulo de la roca.
2.5.2. #-,l,+a-i /, la Vi+a-io,! -l movimiento de las artículas uede ser medido tambi:n en t:rminos de aceleración= mediante el uso de acelerómetros. -n este caso el instrumento entre,ar! una seal de voltaje deendiente del tiemo= '4t la cual es roorcional a la aceleración de artículas en el tiemo= a4t= con una constante de roorcionalidad determinada or la sensibilidad del acelerómetro usado ara realizar la medición. @i la onda de vibración es


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continua ( armónica simle 4es decir una Bnica )recuencia sinusoidal= f#= :sta uede ser reresentada or una ecuación simle a"t # D %& seno4'( f t = donde %& reresenta el eaG de amlitud de la aceleración. +ercano a la voladura= los niveles de aceleración son mu( altos= ( usualmente ma(ores ue la aceleración debido a la ,ravedad 4es decir N",. iveles de aceleración alrededor de "## , son bastante realistas cuando las mediciones son ?ec?as mu( cercanas a las voladuras 4"# metros.

2.6. VIBR#CIONE : E&UER(O! -l )undamento ara usar el eaG de velocidad de artículas= PP'= es debido a ue la ma(oría de los an!lisis consideran ue el dao= o otencial dao= est! relacionado con la velocidad de la onda P= '= ( la de)ormación inducida= = es decir= la velocidad de vibración tiene una correlación directa con el es)uerzo cuando la onda est! viajando como una onda lana ( la de)ormación es el!stica.

@i el macizo rocoso es duro ( uebradizo= ( resenta un comortamiento el!stico ?asta el momento de su rutura= la velocidad m!;ima de artícula ue la roca uede tolerar antes de su rutura uede ser calculada a artir de>

Puesto ue las vibraciones viajan con una comonente sinusoidal de comresión ( tensión aro;imadamente i,uales ( la resistencia a la tensión es siemre muc?o menor ue la resistencia a la comresión= el m!;imo es)uerzo ue la roca uede resistir es el es)uerzo a la tensión. -ste valor es di)ícil de medir= or lo tanto= es normal estimar la resistencia a la tensión a artir de la resistencia a la comresión= A+@= 4tíicamente en el ran,o de "K"# a "K%# de la resistencia a la comresión.

3. C#R#CTER)TIC# DE $# VIBR#CIONE ORI"IN#D# %OR $# VO$#DUR#! Para lo,rar un razonable entendimiento de las ondas de vibraciones= es m!s )!cil ( mejor emezar con la onda roducida or un solo taladro= ( roceder a artir de ese unto a un an!lisis de la onda de vibración de una voladura ue contiene varios taladros searados or elementos de retardo. 3.1. VIBR#CIONE DE UN O$O T#$#DRO La resuesta de vibración de un Bnico taladro de voladura reresenta la )orma de onda m!s simle ue uede ser analizada en una oeración normal de PERFORACIÓN Y VOLADURA 1

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voladura. -n voladuras ue tienen muc?os taladros= se considera ,eneralmente ue cada taladro ,enera una onda Helemental i,ual= searadas en el tiemo or los retardos ( en el esacio or las dimensiones del burden ( esaciamiento. La )i,ura resenta la onda ,enerada or la detonación de un taladro de aro;imadamente "5 metros de 0n)o 4* de di!metro medida a una distancia aro;imada de "5 a %# metros= en roca dura.

+aracterísticas imortantes de la )orma de onda se ueden resumir en> 3i)erentes )recuencias en las comonentes de comresión 4alta )recuencia ( tensión 4baja )recuenciaM 3i)erentes amlitudes en la comonente de comresión 4&6# mmKs ( tensión 4""5 mmKsM 3uración de la seal 4aro;. 5# ms= comarado con el tiemo de detonación de la columna de e;losivo 4aro;. &=5 ms. •

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3.2. VIBR#CIONE %RODUCID# %OR UN# VO$#DUR#! La medición comleta de una voladura= en cualuier ubicación= contiene una resuesta en el terreno combinada or la detonación de cada uno de los taladros. -s comBn asumir ue cada taladro de la voladura roducir! el mismo ulso de vibración. Fundamentalmente se asume ue la roca es ?omo,:nea= ue cada taladro contiene la misma car,a= ( ue las características de detonación se mantienen constantes. -l Princiio de @uerosición se utiliza ara rocesar la resuesta combinada mediante la suma al,ebraica de las resuestas individuales. Fundamentalmente se asume ue la roca resenta un comortamiento el!stico en el unto de inter:s= es decir= no ?a( cambios ermanentes tales como a,rietamientos o de)ormaciones l!sticas. Los retardos son usados en las voladuras de manera de ase,urar ue las vibraciones rovenientes de di)erentes taladros no roduzcan una inter)erencia constructiva 4no es el Bnico objetivo=


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,enerando niveles de vibraciones muc?o ma(ores ue los de un solo taladro. 0 esar de los retardos usados= es inevitable al,Bn ,rado de inter)erencia constructiva en voladuras normales de roducción= donde los tiemos de detonación est!n cada "# ms.

4. INTRU'ENT#CI;N %#R# 'ONITORE#R $# VIBR#CIONE! La instrumentación es vital ( su roósito es localizar transductores en untos estrat:,icos a objeto de obtener una base de in)ormación consistente ( reresentativa. Los re,istros de las vibraciones roducidas or voladuras son almacenados en los sismó,ra)os= los cuales ,raban las amlitudes ( duración de los movimientos de la tierra= roducto de dic?as voladuras= usando los si,uientes comonentes> $ransductores 4,eó)onos o acelerómetros ue se instalan en )orma solidaria a la roca. An sistema de cables ue llevan la seal catada or los transductores al euio de monitoreo. An euio de aduisición= el cual recibe la seal ( la ,uarda en memoria. An comutador= el cual tiene incororado el so)tQare reuerido ara el trasaso de la in)ormación desde el euio monitor= ( su osterior an!lisis. 4.1. TR#NDUCTORE DE VIBR#CIONE! Rran arte de las caacidades ( ventajas de la t:cnica de monitoreo de vibraciones descansa en la ?abilidad ara recolectar datos de vibración de buena calidad= esto deende de la t:cnica emleada ara su instalación ( orientación. -;iste una ,ran variedad de estos euios disonibles en el mercado= ue tienen la caacidad de medir velocidad o aceleración de artículas. @u )unción es convertir el movimiento )ísico ,enerado durante el aso de la vibración= en una seal de voltaje euivalente= se,Bn sea su sensibilidad. 4.1.1. #-,l,+,t+o! Los acelerómetros del tio iezoel:ctrico tienen alta )recuencia natural ( una resuesta lineal bajo su )recuencia resonante. La seal de salida es roorcional a la aceleración. Los acelerómetros or lo ,eneral son livianos= robustos= ero caros. @on m!s comlejos de usar= (a ue reuieren euiamiento au;iliar como )uentes de oder ( re amli)icadores= los cuales ueden inducir roblemas de ruidos el:ctricos si,ni)icativos.


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Ca+a-t,+<ti-a ",,+al,. @u unidad de medida es el , 4",D/.8 mKs%= con ran,os de #S %5#,. o oseen artes móviles= lo ue resulta en una ma(or )iabilidad. La de)ormación del cristal iezoel:ctrico ,enera voltajes mu( eueos ue deben amli)icarse con elementos e;ternos. @on de eueo tamao. 0lto costo 4aro;. A@T ".### 4.1.2. ",oo! Los ,eó)onos entre,an una medición directa de la velocidad ( consisten or lo ,eneral en un sistema de bobina móvil soortada or resorte= ( un im!n )ijo. 0l contrario del acelerómetro= el ,eó)ono oera sobre su )recuencia natural. +uando se miden )recuencias mu( bajas= la salida se ve in)luenciada or sus características de resuesta. La seal resultante en t:rminos del nivel de vibración debe ser corre,ida adecuadamente.

Ca+a-t,+<ti-a ",,+al,  @u unidad de medida es el 'oltKmmKs  -ntre,an una medición directa de la velocidad  1iden bien en el ran,o de "mmKs ?asta "%##mmKs  9ajo costo 4aro;. A@T "##. 4.1.2.1.


&+,-u,-ia /, +,it+o /, lo ,oo!

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@e distin,uen dos tios de ,eó)onos= los de camo cercano ( los de camo lejano= los cuales oseen un ran,o de acetabilidad en la medición ue deende de )recuencia ue es caaz de re,istrar= di)erenciando los ,eó)onos de "* Jz ( %8 Jz. Los ,eó)onos de "* Jz son caaces de medir vibraciones a artir de esa )recuencia con er)ecta recisión= mientras ue los ,eó)onos de %8 Jz son caaces de medir vibraciones a artir de )recuencias sobre los %8 JU. La si,uiente )i,ura da cuenta de la recisión de la medición resecto al nivel de )recuencia eserado en el re,istro.

4.1.2.2. #-oplai,to! Ana vez ue el transductor est! ubicado en la er)oración de monitoreo ( correctamente orientado= su osición debe ser ase,urada or medio de cemento con características de ?ormi,ón= el cual roorciona mejor acolamiento. @e debe en lo osible realizar esta oeración dentro de una er)oración ue ten,a la mínima di)erencia entre los di!metros= ero ue )acilite la oeración. La idea en de)initiva es disminuir la zona de inter)ase entre los dos medios esto es= la roca ( el instrumento detector.

Los sismó,ra)os contiene tres Reó)onos= los cuales montados adecuadamente re,istran las tres ondas> vertical= radial ( transversal. +ada una de estas tres comonentes del movimiento de la tierra tendr! una velocidad ico artícula 4'PP o m!;ima amlitud de la onda. La velocidad ico artícula ue se considera es la de ma(or valor= es decir= el ico uede ocurrir en cualesuiera de las tres ondas= or lo ue es imortante considerar tambi:n ue el 'ector
4.2. E=UI%O DE #D=UIICI;N! Los transductores son comBnmente instalados en un arre,lo tria;ial= ( la seal de cada uno es recolectada searadamente. -n al,unos casos= se reuieren mBltiles canales= cada uno de los cuales uede ser amli)icado o atenuado. 3esu:s de esta amli)icación 4o atenuación= las seales de salidas de los transductores son ,rabadas como una seal an!lo,a o convertidas en seal di,ital ( ,rabadas.


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4.2.1. 'o/o /, #-tia-i /,l i+ao! %o+ Cal, Co+ta/o! -l euio se activa con el inicio de la voladura debido a ue el euio se encuentra conectado a la misma or un cable ue le da inicio. %o+ U+al t>+,>ol/! -l euio se activa una vez ue se suera un determinado nivel de erturbación ajustado reviamente or el usuario. @e tiene la ventaja de oder osicionarse a ,ran distancia de la voladura. 4.3. E=UI%O DE #N*$II! La in)ormación de vibraciones es comBnmente realizada en un comutador ersonal. -l an!lisis de los datos reuiere de un conjunto +omutador ( @o)tQare con caacidades ara un manejo inte,ral de la )orma de onda= ( donde las rinciales tareas ue deben realizar= son las si,uientes>  3esle,ar mBltiles seales.  0mli)icación de artes de la seal total 4e)ecto zoom.  +ursor móvil sobre la seal ara un an!lisis acucioso de los tiemos ( amlitudes.  3erivación= Inte,ración de Inversión de las ondas.  Renerar el vector suma de tres comonentes orto,onales.  3eslie,ue de las seales en el dominio de la )recuencia.  Filtro de )recuencia.  +omunicación e;terna ?acia imresora o lotter. -l euio usado )ue el 1inimate Plus$1 de Instantel ( el @o)tQare usado es el 9lastQare III.

4.3.1. 'iiat, %lu T'! -n un monitor de vibraciones ( de sobreresión 1inimate PlusV. 3esde entonces= este euio se ?a convertido en el )avorito de los contratistas= consultores= in,enieros ( e;ertos en tronaduras= orue o)rece características ( versatilidad ini,ualables ( viene en un auete resistente ( )!cil de usar. @e usa con un Reó)ono $ria;ial -st!ndar 4versión I@-- o 3I ( un micró)ono de sobreresión ( obtendr! un sistema de monitoreo resistente ( de desemeo con)iable. 0,re,ue la oción de 8 +anales ( odr! usar un solo monitor con dos ,eó)onos tria;iales ( dos micró)onos. 1inimate Plus si,ue siendo )!cil de usar ara cualuiera. Ana antalla de cristal líuido 4L+3 con un alto ,rado de contraste ( teclado t!ctil de oc?o teclas= combinado con oeraciones simles= ,uiadas or un menB= brindan con)iabilidad ( un control total.


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Ca+a-t,+<ti-a Cla,  La modalidad Jisto,ram +omboV ermite caturar re,istros comletos de )ormas de ondas mientras se e)ectBa el re,istro en modalidad de ?isto,rama.  La )unción 0uto +all Jome automatiza las alicaciones de monitoreo remoto.  'elocidades de muestreo entre "=#%* ( "6=&8* muestreos= or canal= con disonibilidad de ?asta 65=5&6 muestreos en un solo canal.  Oción disonible de 8 canales ermite ue )uncionen dos ,eó)onos est!ndar ( dos micró)onos a artir de un solo monitor 1inimate Plus.  1emoria no vol!til con caacidad est!ndar ara almacenar &## eventos 4caacidad ocional ara "=5## eventos. 
4.3.2. Blat?a+, III Para ?acer el an!lisis= necesitamos reco,er la in)ormación del sismó,ra)o a una comutadora= la cual debe tener instalado un so)tQare esecí)ico. Para el caso del 1inimate Plus se usa el so)tQare 9lastQare III.


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La utilización de un so)tQare de interretación de mediciones de vibraciones rovocadas or voladura de rocas= como el 9L0@$W0

 3e)inición de los valores ico de la amlitud en cada dirección del esacio 4PP' ( tiemos reresentativos de ocurrencia.  3e)inición del valor resultante de la amlitud de vibración.  3e)inición de las )recuencias asociadas al evento de vibración. +omo )ue re)erido= la de)inición de los niveles m!;imos de vibración admisibles deende no solo de la amlitud= sino tambi:n de la )recuencia. Para usar el so)tQare rimero se tiene ue conectar el 1ini1ate Plus a la comutadora mediante un cable ( descar,ar todos los datos ara analizarlos= en el ro,rama ?a( varias ociones= or ejemlo a,re,ar= uitar o eliminar datos o eventos= se,Bn sea el an!lisis a trabajar.

4.3.2.1. R,po+t, @ #Alii /, E,to! Para el an!lisis se esco,e el evento a estudiar en la ventana -vent 1ana,er ( lue,o se ?ace clic en la oción XuicG 'ieQ= la cual nos emite un reorte ,eneral de la medición donde se consi,nan>  Dato /, I+,o! todos los incluidos del euio como )ec?a= ?ora= nivel de encendido= distancia= cantidad de e;losivos ( distancia escalar.  3atos de @alida> In)ormación del micró)ono 4resión m!;ima de sonido= Frecuencia e in)ormación del Reó)ono 4'elocidad Pico Partícula en las tres direcciones= Frecuencia= 0celeración 1!;ima ( 3eslazamiento 1!;imo. Para un mejor an!lisis se usan las )unciones avanzadas del 9lastQare III= las cuales se ueden usar con la llave de se,uridad del so)tQare. -sta llave nos ermite tener el botón 0nal(sis en la ventana -vent 1ana,er 4sin la llave este botón no aarece ( el so)tQare solo uede emitir el reorte ,eneral. 0l ?acer +licG en 0nal(sis se tiene una vista de la antalla con el jue,o de ondas en sus tres direcciones ( ue ueden ser vistas una searada de la otra seleccionando cual o cuales se desean visualizar como se ve en los ,r!)icos si,uientes>


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@e uede seleccionar la onda or secciones= uede ser lon,itudinal con una nueva ventana Uoom. -sta nueva ventana nos ermite obtener in)ormación de la onda en un Rr!)ico 'elocidad 4mmKs vs. $iemo 4se,. ( notar la di)erencia entre tiemos tomando dos icos conti,uos 4una onda comleta en la in)ormación del lado derec?o lo ue nos es Btil en el caso ue ten,amos ue ?acer un an!lisis de disersión de retardos ( oder establecer ue inconvenientes odría daar la voladura= como control de calidad de accesorios= diseo de distribución de retardos ( salidas= etc. ( ue es alicable tanto en $ajo 0bierto como en @ubterr!nea. La m!;ima amlitud de las ondas nos dan las velocidades ico adem!s de ser un índice de la e)iciencia relativa del e;losivo o del roceso de detonación del mismo. Ana amlitud de ondas mu( elevada nos indicaría taladros disarados a la vez= una ausencia intemestiva de onda o amlitud e;a,eradamente mínima un tiro cortado= ( ondas casi sueruestas nos indicarían taladros iniciados osiblemente or simatía.

#Alii /, &ou+i,+ -l m:todo de Fourier es el Bnico m:todo con)iable ( e)ectivo ara an!lisis de )recuencia= aunue cuando se utiliza este m:todo= se trans)orma mu( di)ícil describir la )recuencia or un Bnico valor= tal como la )recuencia dominante= uesto ue se observa mu( a menudo ue muc?as )recuencias est!n asociadas a valores similares de amlitud (a sea en el esectro de amlitud o ener,ía. Para el 0n!lisis de Fourier se rocede de la misma )orma como se ,eneran las ondas en las )unciones de 0n!lisis. Ana vez mostrados los jue,os de ondas en las tres direcciones= simlemente ir al botón de FF$ 4cu(as si,las son Fast Fourier $rans)orm ( se odr! obtener el an!lisis de Fourier de cada onda. Pero es imortante considerar tambi:n al,unas limitaciones del mismo= -n ondas simles= no comuesta de di)erentes )recuencias= la )recuencia dominante ser! la de la 'elocidad Pico Partícula. -n )ormas de onda m!s comlejas= la )recuencia dominante no necesariamente ser! de la 'elocidad Pico Partícula sino de la )recuencia ue muestren amlitudes de onda m!s ,rande. La )recuencia de la 'elocidad Pico Partícula de una onda comleja no es usualmente una simle onda sino una suerosición de di)erentes tios de ondas. 3ado lo comlejo de este an!lisis= es recomendable ue antes de usarlo como una ?erramienta m!s de las ue nos o)rece el 9lastQare III= el analista ueda consultar biblio,ra)ía re)erencial a la H$rans)ormada de Fourier= ver ,r!)ico si,uiente>


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5. VE$OCID#D %ICO DE %#RT)CU$#! 5.1. #N*$II DE VIBR#CIONE %RODUCID# %OR VO$#DUR#! La seal de vibraciones roducida or una voladura= consiste en un nBmero discreto de auetes de ondas= cada uno de estos corresonde a car,as o ,ruos de car,as detonando en un determinado tiemo. -l rimer aso en el an!lisis de la seal= es determinar ue car,a reresenta cada auete de vibración. 3e la caacidad ara realizar esto deende determinar la di)erencia entre la detonación real ( la secuencia diseada. La )orma ( amlitud de un auete de vibración= da la e)ectividad relativa de la detonación de las car,as en una voladura. La amlitud de vibración es una medición de la ener,ía trans)erida or el e;losivo al macizo rocoso or lo ue ara un determinado tio de car,a ( ,eometría de monitoreo= la amlitud relativa uede ser usada como una medición de la e)iciencia de cada car,a. +on el 1onitoreo ( 0n!lisis de las Ondas de 'ibraciones es osible determinar ( calcular lo si,uiente> $iemo real de detonación de una car,a o car,as 43isersión. 'elocidad de artículas de cada car,a en la voladura. 3etonación de car,as con baja e)iciencia o no detonadas. 3etonación instant!nea de car,asM detonación de car,as or simatía= acolamiento or insu)iciente tiemo entre retardo de los taladros.  -)iciencia relativa en la detonación de car,as similares.  3i)erencia entre +ar,as -;losiva de Producción ( +ontorno.  3i)erencia entre car,as detonadas con distinto con)inamiento.

   


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 0n!lisis de Frecuencia= etc.


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La ma(oría de los re,istros emitidos or los sismó,ra)os actuales= ,raban los e)ectos de las vibraciones en unidades de velocidad de artícula= aunue :ste ar!metro es usado desde ?ace muc?as d:cadas es aBn un conceto de di)ícil entendimiento. Otra manera de cuanti)icar la vibración en un terreno= es el deslazamiento ( la aceleración de la artícula. -sta Bltima es raramente usada= ero jue,a un ael imortante en la evaluación de los e)ectos de las vibraciones.

5.2. 'ODE$O DE $# VE$OCID#D %ICO DE %#RT)CU$#! -;erimentalmente se ?a lle,ado a establecer modelos ue describen la velocidad de artícula eaG 4vibración= como una )unción de la car,a detonada or retardo ( la distancia entre cada detonación ( el unto de medición. @i son utilizadas car,as de e;losivo cilíndricas= se ?a visto or an!lisis adimensional ue las distancias deben ser corre,idas dividi:ndolas or la raíz cuadrada de la distancia= teóricamente este criterio es el ue mejor reresenta el comortamiento de la vibración en el camo lejano ara car,as cilíndricas= donde el an!lisis dimensional su,iere ue las distancias deben ser corre,idas dividi:ndolas or la raíz cuadrada de la car,a.

5.2.1. 'o/,lo /, Capo $,ao! +omo se ?a mencionado= los modelos de vibraciones ue ermitan redecir el nivel de vibraciones se ueden determinar a artir de mediciones de terreno= de estas mediciones se deben obtener rincialmente tres antecedentes= a saber> -l nivel de vibraciones ue ,enera la detonación de una car,a de e;losivo. La cantidad de e;losivo ue ,enera cierto nivel de vibraciones= ( La distancia a de la car,a al unto a la cual se mide el nivel de vibraciones.

'o/,lo ",,+al

%%V    DF 3onde> PP' D 'elocidad Pico de Partícula 4mmKs 3 D 3istancia -scalar Y D Factor de 'elocidad Z D Factor de 3ecaimiento.


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+on el modelo de 3evine= se asume ue el t:rmino de erdida )riccional ?a sido aro;imado or una ecuación oderosa e incluida en el t:rmino Z de una disersión ,eom:trica. -l t:rmino H3 o distancia escalar= da cuenta de la in)luencia de la distancia en 4m ( la cantidad de e;losivo en G,. -n relación a :sta )ormulación matem!tica e;isten varios criterios derivados de los cuales se emlea comBnmente el de 3-'I-. V = K ×

−α

[ ] d

1/ 2

W

-n la e;resión de la ecuación de 3evine= HW corresonde a la car,a detonada en )orma instant!nea en Gilo,ramos ( Hd la distancia a la cual se cuanti)ica la velocidad de artícula. $eóricamente= :ste criterio es el ue mejor reresenta el comortamiento de la vibración= ara el camo lejano 4aro;imadamente d N & lar,o de la car,a= ,eneradas or el tio de car,as e;losivas usadas en voladuras a tajo abierto= esto es= columnas e;losivas cilíndricas= donde se tiene or an!lisis adimensional ue las distancias deben ser corre,idas or la raíz cuadrada de la car,a. +laramente el ar!metro Z en la ecuación de 3evine est! controlado or la ,eometría del )rente de onda en e;ansión= ( el coe)iciente de atenuación de la roca. @in embar,o el valor de Y est! controlado rincialmente or el e;losivo ( la e)iciencia con la cual la resión de detonación es transmitida a la roca circundante como un es)uerzo. Los )actores ue controlan la trans)erencia de la ener,ía del e;losivo desde el taladro a la roca son la densidad ( la 'O3 del e;losivo= roducto ue reresenta la +aracterística de Imedancia= U.

 +uando la +aracterística de Imedancia de la roca es i,ual a la +aracterística de imedancia del e;losivo= el "##[ de la ener,ía de c?oue en el taladro se transmite a la roca.

 +uando la +aracterística de Imedancia de la roca es ma(or ue la del e;losivo 4z  " el es)uerzo re)lejado a las aredes del taladro es comresivo= ( el es)uerzo inducido en la masa rocosa es ma(or ue la resión en el taladro= con un m!;imo es)uerzo del doble de la resión de taladro cuando z D #.

 +uando la +aracterística de Imedancia de la roca es menor ue la del e;losivo 4z N "= el es)uerzo re)lejado a las aredes del


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taladro es de tensión= ( el es)uerzo inducido en la masa rocosa es menor ue la resión en el taladro. -sta variabilidad en los ar!metros del 1odelo de 3evine= da cuenta de la ,ran imortancia ue tiene establecer ara cada tio de macizo rocoso en articular= la ecuación de comortamiento de las vibraciones= la ue est! directamente relacionada con las roiedades ,eomec!nicas= tios de e;losivos= asectos ,eom:tricos= etc.

5.3. ETI'#CI;N DE $# VE$OCID#D %ICO DE %#RT)CU$# CR)TIC#! Los altos niveles de vibración= ueden daar al macizo rocoso= roduci:ndose )racturas nuevas o e;tendiendo ( dilatando )racturas e;istentes. La vibración en este conte;to= uede ser considerada como un es)uerzo o de)ormación del macizo rocoso. +on bajos niveles de vibración= tales como los resentes a ,randes distancias de las voladuras= los niveles de de)ormación son mu( eueos ara inducir un )racturamiento del macizo rocoso. 0 menores distancias= las vibraciones son su)icientemente altas ara e;tender las )racturas ree;istentes= ero insu)icientes ara inducir nuevo )racturamiento. 1u( cerca de las car,as e;losivas= sin embar,o= los niveles de vibración son lo su)icientemente altos como ara a)ectar a la matriz de roca ( roducir di)erentes ,rados de )racturamiento a su alrededor. La velocidad vibracional de las artícula= )recuentemente es relacionada con su ?abilidad ara inducir nuevo )racturamiento= a trav:s de la relación entre velocidad de artícula ( de)ormación de artícula= v!lido esto ara una condición de roca con)inada en la vecindad inmediata a las car,as e;losivas= en donde el imacto de la voladura es m!s intenso ( los niveles de es)uerzos inducidos son similares a los es)uerzos necesarios ara la )ra,mentación de la roca. 3ada :sta relación con la de)ormación= es ue el an!lisis de velocidad de artícula tiene la cualidad de ser un buen m:todo ara estimar el ,rado de )racturamiento inducido or la voladura. 3e acuerdo a lo indicado>

ε = PPV / Vp -sta ecuación resenta la relación entre la 'elocidad de PartículaM PP'= la de)ormación inducida = ara una roca con 'elocidad de la Onda de +omresiónM '. -sta ecuación suone una elasticidad lineal de la roca a trav:s de la cual la vibración est! roa,!ndose ( ?ace una estimación razonable ara la relación entre la roca )racturada ( la vibración inducida.


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-n la tabla si,uiente= se resume los datos ( el valor calculado ara los tios de roca analizados. -n la Bltima columna= se muestra el c!lculo del PP'c= de)inido como el nivel sobre el cual se ,enerar! un dao roduciendo nuevas )racturas a la roca. Ana estimación del nivel de 'elocidad de Partícula sobre el cual se roduce el dao m!s intenso 4trituración= uede ser estimada como el valor aro;imado a * veces el nivel ara el dao inciiente 4* ; PP'c.

Estimación de la )elocidad de Partícula Crítica *eórica en distintos tipos de roca .

Los valores de 'elocidad de Partícula +rítica calculados= son roducto de las características )ísicas de la roca= ( la recisión en su estimación deende de la calidad ( cantidad de los datos de ensa(os ocuados en su c!lculo= record!ndose ue si,ue siendo una estimación ( deben constantemente ajustarse con mediciones en terreno= ue den cuenta cuantitativamente del dao ( ue ermitan establecer con ma(or recisión e inSsitu= la caacidad del macizo rocoso ara soortar niveles de vibración en el ran,o estimado. -l dao es causado rincialmente or & mecanismos ue sonM la ,eneración de nuevas ,rietas en la roca al suerar un nivel crítico de velocidad artícula= e;tensión ( aertura de )racturas e;istentes or la acción de una e;cesiva resión de ,ases= ( )inalmente= la desestabilización de bloues= cuas= etc.


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6. 'ONITOREO DE $# VIBR#CIONE 6.1. OBJETIVO DE$ 'ONITOREO DE $# VIBR#CIONE! La medición de las vibraciones tiene como objetivo rincial detectar ( re,istrar el movimiento vibratorio de la tierra. -stas medidas deben describir de la mejor )orma el evento Hvibraciones= ara lo cual se reuiere medir tres comonentes orto,onales ue de)inan> amlitud= velocidad ( aceleración de la artícula= en )unción del tiemo t. -l monitoreo de vibraciones se uede realizar ara determinar sólo el nivel m!;imo de artículas= o si se reuiere= un re,istro de toda la onda ara determinar un modelo de vibraciones= en ambos casos es de esecial inter:s tener al,unas consideraciones re)erente al re,istro ue se obtiene. -l re,istro obtenido entre,a una onda ue el eje de las  reresenta la ma,nitud de la vibración ( el eje de las C el tiemo= siendo cada uno de estos re,istros el ue corresonde a cada uno de los ejes en ue se mide= es decir vertical= transversal o lon,itudinal. La si,uiente )i,ura indica un re,istro ,en:rico de la velocidad de artículas.

+egistro enrico de la )elocidad de Partículas

6.2. OBTENCI;N DE D#TO # %#RTIR DE$ 'ONITOREO DE $# VIBR#CIONE! 6.2.1. V,+ii-a-i /,l 'AGio D,plaHai,to! 0 artir de estos re,istros se uede obtener in)ormación del nivel de vibraciones ue se obtiene en cierto tiemo de la onda= lo cual uede ser asociado a un taladro o a varios taladros detonados en )orma simult!nea. @in embar,o a este nivel de vibraciones ue se identi)iue= se debe veri)icar ue el deslazamiento del ,eó)ono no ?a(a suerado el nivel


3 0

m!;imo ermitido 4%mm lo cual se uede veri)icar mediante la inte,ración de la onda. Para realizar la inte,ración de la onda se uede realizar en )orma directa con el so)tQare 9lastQare del 1inimate Plus= utilizando la )unción Inte,rate sobre la onda de velocidad= la cual entre,a los valores de deslazamiento de la onda comleta.

!esplazamiento Permitido del eófono "- 'mm#

!esplazamiento Ecesivo del eófono "/'mm#

6.2.2. Ei-i,-ia R,latia /,l EGploio! La ma,nitud de las vibraciones terrestres ( a:reas en un unto determinado varía se,Bn la car,a de e;losivo ( la distancia de dic?o unto al lu,ar de la voladura. Frente a roblemas de vibraciones= al,unos usuarios lantean reducir el consumo esecí)ico de e;losivos en las voladuras en un %#[ con resecto al ótimo. Los resultados de los niveles de vibración medidos se ?an multilicado or % ( or &= como consecuencia del ,ran con)inamiento ( mala distribución esecial del


3 1

e;losivo ue ori,ina una )alta de ener,ía ara deslazar ( esonjar la roca )ra,mentada.

6.2.3. Ca+a /,toa/o , ua ,-u,-ia /,t,+ia/a! -l intervalo de retardo entre la detonación de taladros uede re)erirse al tiemo de retardo nominal o al tiemo de retardo e)ectivo. -l rimero es la di)erencia entre los tiemos nominales de iniciación= mientras ue el tiemo de retardo e)ectivo es la di)erencia de los tiemos de lle,ada de los ulsos ,enerados or la detonación de los taladros disarados con eriodos consecutivos.

0nfluencia del intervalo de retardo en el nivel m1imo de vibración. 2uente: Manual de Perforación de 3ópez 4imeno


3 2

7. 'ODE$#'IENTO DE VIBR#CIONE  C#'%O $EJ#NO! Ana de las ,randes roblem!ticas ara la obtención de los modelos de vibraciones= es la calidad de la in)ormación ue se utiliza ara ello= rincialmente cuando se obtienen datos a artir de mediciones de vibraciones realizadas en voladuras re,ulares de la mina= (a sean en voladuras de roducción o amorti,uadas= la roblem!tica en cuestión es identi)icar claramente a ue taladro o taladros est!n asociados los di)erentes eaG de vibraciones ue se obtienen en cada re,istro. 7.1.

D#TO DE $#BOR#TORIO!  -nsa(o de Proiedades Físicas>

 -nsa(o de +omresión @imle>

 -nsa(os de +omresión $ria;ial>


3 3

 -nsa(os de Proiedades -l!sticas>

 Co,i-i,t, o R,la-i /, %oio! -s una medida de su )ra,ilidad. +uanto menor el radio de Poisson= ma(or la roensión a rotura.  '/ulo /, :ou! -s una medida de la resistencia el!stica o de la ?abilidad de una roca ara resistir la de)ormación. +uanto ma(or el módulo de oun, ma(or di)icultad ara romerse. CAl-ulo /, la V,lo-i/a/ /, O/a %! -s la velocidad a la cual una roca transmitir! las ondas de comresión Cálculo de Índice de calidad del túnel: = <1< D / LnX \ ** X D -;4 <1< 2 ** K/

CAl-ulo /, la ,lo-i/a/ /, la o/a %! ' 4mKs ' D 4"###ELo, X \ &=5## +uanto ma(or sea la velocidad de la onda P= se reuerir! e;losivo de ma(or velocidad de detonación ara romerla. 3e la in)ormación anteriormente mencionada calcularemos la velocidad de la Onda P ara los tajeos en estudio>


3 4

7.2. C*$CU$O DE $# VE$OCID#D %ICO DE %#RT)CU$# CR)TIC# V%%C DE $O T#JEO!

Do/,! Vpp-  'elocidad Pico Partícula +rítica 4mmKs t 
V%%C T 052!

V%%C T 828!

V%%C T 748!


3 5

8. #N*$II DE $O D#KO ORI"IN#DO %OR $# VO$#DUR# DE ROC#! 9. Jo( en día el control de los e)ectos adversos de vibraciones causadas en la In,eniería +ivil ( 1inera= se lo,ra mediante el acatamiento de los niveles su,eridos en las normas esecí)icas= así como mediante el diseo ( manejo aroiado de los resectivos euios ( rocesos causantes de las vibraciones. Por ejemlo los niveles de vibración causados or voladuras se ueden reducir mediante la limitación de las car,as o secuenciando las voladuras de tal )orma ue la ener,ía transmitida al suelo sea distribuida en el tiemo= lo cual disminu(e las velocidades m!;imas de vibración. 9.1. NOR'#TIVID#D INTERN#CION#$ EN E$ '#NEJO DE $# VO$#DUR#. @on normas internacionales ara el control de vibraciones. -;isten varias normas ue ri,en la velocidad de roa,ación de la onda= ero esa velocidad deender! del macizo rocoso en el cual se est: trabajando.


3 6

9.2. )NDICE DE D#KO ORI"IN#DO %OR VO$#DUR# BDI Para obtener el índice de dao es imortante ?allar el 'ector suma de la 'elocidades Pico de la artícula 2

Vps=( Vpp L

2

2 0.5

+ VppT + VppV )


3 7

VppL

2

2

VppT

VppV

:

'elocidad Pico Particula Lon,itudinal 4mmKs

:

'elocidad Pico Particula $ransversal 4mmKs

2

:

'elocidad Pico Particula 'ertical 4mmKs

BDI =(Vps∗d ∗Vp)/( Kv∗σt )

's> 'ector suma de la 'elocidades Pico de la artícula d> densidad de la roca 4,rKcc '> velocidad de la onda P 4YmKs Yv> constante de calidad del lu,ar 4#."]"

E,plo 3atos> Vps=50.52 km / s

Vp=2.57918 km / s 2

σt =478.239 gr / c m

d =2.07 gr / c m

3

-l valor ue tomara G ser! de #.8= una roca buena. BDI =(50.52∗2.07∗2.57918)/ ( 0.8∗478.239 ) BDI =0.705

Interretando este dato en la tabla veremos ue el dao ue se ocasionaría un oco moderado con daos continuos. @e,uidamente evaluamos el dao ue se est! ,enerando= teniendo en cuenta la si,uiente tabla

BDI TI%O DE D#KO OBERV#CIONE D #="%5 o ?a( dao 1!;imo ara trabajos ermanentes. #.%5# 3aos no considerables 1!;imo tolerable trabajos ,randes. #.5## 1enores e)ectos de e;cavación 1!;imo valor tolerable= trabajos intermedios.


3 8

#.75# ".### ".5## D %=##

1oderado ( discontinuo dao 1a(or sobre S e;cavación @evero dao -;cesiva sobre S e;cavación

1!;imo tolerable= trabajos temorales.
9.3. CRITERIO DE D#KO. $eniendo en cuenta el la velocidad ico de una artícula critica= analizaremos a ue distancias ?a( intenso )racturamiento= creación de nuevas )racturas= e;tensión de las )racturas re]e;istentes ( a ue distancia no ?a( dao.

Para ?allar la distancia desejaremos Hd de la ecuación ,eneral d=

√ W

√

1.1

Vpp K

T#JO 052


3 9

T#JO 828


4 0

T#JO 748


4 1

10. TLCNIC# U#D# %#R# $# REDUCCI;N DE $# VIBR#CIONE. PERFORACIÓN Y VOLADURA 4

2


( )

Vpp= K ∗

d √ w

-sta )órmula usa metodolo,ías basadas en criterios de retro an!lisis= ara determinar los valores de las constantes emíricas en )unción de la mejor correlación estadística osible. 3esejamos HW

(

Vppc∗d W max = K

α

)

2

α

-jemlo> tomaremos los datos del $0^O #5% 3atos>

(

W max =

967.74

1.1

∗1.5

904.97

)

2 1.1


4 3

W max =2.54 kg

+omo vemos se,Bn los datos obtenidos la car,a ma;ima calculado ara esta zona es de %.5* G, 'c

/67.7*

Y

/#*./7

Z

"."

d

".5

12. #%$IC#CI;N EN 'IN# #RC#T# Dato a-tual, /, la ia tao 676 $aladros lar,os en vetas an,ostas cu(o anc?o romedio de veta es #.8 m. La malla de er)oración es cuadrada de #.8m ; #.8m. 3i!metro de Per)oración> %

Lon,itud de los taladros> "#

0ntes de la realización de los monitoreos= se observo ue se disaraba los taladros de una misma )ila con un mismo nBmero de retardo en la arte )inal ( central del taladro= lo ue ori,inaba una car,a oerante de %# G,. PERFORACIÓN Y VOLADURA 4

4

-sto trae como consecuencia ue ?a(a muc?a car,a e;losiva detonando en simult!neo= lo ue ori,ina la inestabilidad de la zona en donde se realizan los trabajos de taladros lar,os= alterando la estabilidad de las cajas rincialmente.

Toa /, /ato ,/iat, u ,ooo!


4 5

'o/,lai,to /, la i+a-io, ,/iat, la ,-ua-i. Posteriormente modelamos en un cuadro de doble entrada con la )inalidad de ?allar los valore HY ( HZ.

K =663.2

-ntonces>

α =1.0973

-stos valores obtenidos de la ,r!)ica a(udan al modelamiento de la ecuación de comortamiento de las vibraciones en cualuier unto sobre el macizo rocoso. −α

( )

Vpp= K ∗

Vpp=

d √ W

663.2

−1.0973

( )

d ∗ √ W

Palla+,o la ,lo-i/a/ -+ σt =6.7 MPa Vp=3829 m / s =31.2 !Pa


4 6

+on los datos obtenidos de las muestras= ?allamos 'c Vppc =

Vppc =

σt ∗Vp 

∗

6.7 3829 31.2

=822 mm / s

Cal-ulo /, -a+a AGia po+ +,ta+/o. 0 una distancia de radio de in)luencia de ".5 metros del centro de la voladura ( no sobreasando una 'PP ue este en el ran,o mínimo de 8%& mmKs 4roca tio andesita ( m!;imo ""## mmKs 4roca tio ór)ido= obtenemos el si,uiente resultado. Para ?allar dentro ue de valores debe estar la car,a= usaremos la ecuación de car,a m!;ima.

(

Vppc∗d W m ax = K

(

Wmax =

∗1.5

823

1.0973

663.2

)

2

1.0973

Wmax = 3.33 kg

α

)

2

α

(

Wmax =

∗

1.0973

1100 1.5 663.2

)

2 1.0973

Wmax = 5.6 kg

3e esta manera odemos decir ue la car,a m!;ima or retardo debe estar> 3.33 kg

( p"rf#d" ) < W max retard" <5.6 kg (andes#ta )


4 7

Ca+a total po+ +,ta+/o  4.5 Q Dita-ia  1.5  −1.0973

( )

Vpp=663.2∗

1.5

√ 4.5

= 969.78 mm / s

Podemos observar ue con una mejor distribución en tiemos de retardo ( distribución de car,a= odemos disminuir el nivel de vibraciones tal ( como odemos observar en el taladro simulado.


4 8

0sí mismo= la dilución es mínima= lo,rando una )ra,mentación adecuada ( adem!s tener unas cajas mu( estables= ue son los rinciales roblemas en los trabajos de taladros lar,os.


4 9

CONC$UCIONE  An monitoreo de 'ibraciones roducidas or las voladuras= es una t:cnica ue ermite e;aminar el roceso de la voladura.  -s una ?erramienta ue ermite determinar el ,rado de interacción entre las variables de una voladura.  Pudi:ndose evaluar el rendimiento ,eneral del diseo alicado a una determinada zona= en la cual se tiene en cuenta lo si,uiente> S S S S S S

+ar,as detonando en una secuencia de encendido incorrecta. 3isersión en los tiemos de encendido de los retardos. 3etonación de)iciente de car,as. 3etonaciones instant!neas. 3etonación de car,as ad(acentes or simatía. +uanti)icar de los niveles de velocidad= )recuencia= aceleración ( deslazamiento de las artículas de roca.

 Los altos niveles de vibración ueden daar la roca= roduciendo )racturas nuevas o e;tendiendo ( dilatando )racturas e;istentes.  La vibración en este conte;to= uede ser considerada como un es)uerzo o de)ormación del macizo rocoso.  1ediante el uso de :sta tecnolo,ía odemos obtener los niveles de velocidad de artícula absolutos= ara cada una de las car,as e;losivas= las ue asociadas a las distancias en ue se re,istra dic?a detonación con)orman una buena base de datos= ue ermite construir modelos con)iables de redicción de vibración.  -n la alicación de taladros lar,os= en base a estos estudios ( ar!metros ,eomec!nicos= se rouso el diseo de car,uío en el ue se menciona el uso de decGs intermedios el cual reduce el )actor de car,a= minimizando la vibración ( or ende el dao a la roca creando un ambiente de trabajo se,uro ara los euios. 0simismo= minimizar la dilución resente en este tio de e;lotación.


5 0

RECO'END#CIONE  Los monitoreos de vibraciones deben ser realizados or ersonal entrenado ( e;erimentado ara oder recabar in)ormación con)iable ( oder tomar decisiones correctamente.  0sí tambi:n recordar ue a medida ue se incremente el nBmero de monitoreos en cada zona la ecuación de vibraciones debe estar variando ( ajust!ndose m!s al comortamiento real del movimiento o vibraciones del macizo rocoso. 4Para lle,ar a un modelo con)iable.  9uscar no siemre el e;losivo m!s barato= sino el cual ueda realizar un determinado trabajo e)icientemente con el menor costo ( ue adem!s no incurra en costos adicionales. Ja( ue tener en cuenta el costo ,lobal ( no solo el costo del e;losivo.  -stablecer untos de monitoreo )ijos cuando se desee realizar el control de vibraciones ara estructuras imortantes en la oeración 4el caso de iues= comresoras= estaciones de bombeo= etc.


5 1

Control de Vibraciones

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