Energia Liberada-evaluacion de Daños

7/21/2019 Energia Liberada-evaluacion de Daos

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El criterio de daos ha sido estudiado e investigado por

varios investigadores.

a. Crandell.Define el concepto de razn de energa (ER)como el cuadrado de la razn de la aceleracin mxima

2

.

f

aER mx

en pies/s2 y la frecuencia en ciclos/s.

Asumiendo un movimiento sinusoidal ara las

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.. 2 mxmx fV

vibraciones se puede deducir lo siguiente:

162

.22. 4 mxmx fa

De donde se puede obtener lo siguiente:

2.2 mxVER

De esto se puede deducir que la razn de energa es

proporcional al cuadrado de la mxima velocidad.

Tambin, Crandell postul lo siguiente:


,

es segura.

Si ER 6, en este caso la probabilidad de dao eseminente.


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163

Con estos valores de ER se puede obtener los

siguientes valores:

scmmx ..

scmVER mx /88.116 .


164

b. Langerfors, Kihlstrom & Weterburg. Estosinvestigadores definen al dao como proporcional al

producto entre el mximo desplazamiento de las

partculas y la frecuencia. Lo dicho anteriormente se

puede expresar matemticamente de la siguiente

manera:

Suponiendo un movimiento sinusoidal se tendr lo

fDao mx.


siguiente:

.. 2 mxmx fV


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De donde se puede deducir lo siguiente:

2.mxVDao

Los estudios y las observaciones realizados por la

mayora de los investigadores en este campo han

concluido lo siguiente:


daohaynoscmVSi mx /11.7.

166

.l/08.5 unoadaoroducirsenoscmVSi

c. Edwards & Northwood.Efectuando estudios similares a

los mencionados anteriormente, han concluido losiguiente:

d. Duvall & Fogelson.Estos investigadores realizaron un

anlisis estadstico comparando algunos resultados

obtenidos por los investigadores mencionados

anteriormente y demostraron lo siguiente:


scmVSi mx /30.19.

La probabilidad de producirse un gran dao es 50%

(cada de rocas, sobrefracturamiento, etc.).


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167

En este caso la probabilidad

se daos es menor.scmVSi mx /72.13.

ningn dao.mx

..

e. Langerfors & Kilhstrom (1963).Se debe mencionar que

estos investigadores fueron los primeros en aplicar los

conceptos mencionados anteriormente a las labores

mineras subterrneas or ue anteriormente estos


criterios de dao se aplicaban para controlar los daos

estructurales que se podan presentar en obras y

construcciones de ingeniera civil.

168

Los investigadores mencionados anteriormente llegan a la

misma conclusin de los anteriores: el dao est asociado

directamente con la velocidad pico de partcula (PPV).

Obviamente, el estudio de Langerfors y Kilhstrom se

traduce en la determinacin de los valores deK,yen lasiguiente ecuacin:


R

KWVmx .


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Donde

Vmx.: velocidad mxima de las partculas (cm/s)

K, y : constantes que dependen de lascaractersticas geomecnicas del macizo rocoso (R,

, , , n, o og a, e c.

W: peso de la MEC (kg)

R: distancia radial desde el centro de la detonacin (m)

Por otro lado, se debe mencionar que el dao provocado

tiene una relacin directa con la velocidad pico partcula


,

relacin muy importante para calcular la PPV.

170

Por otra parte, asociado a la fenomenologa detonacin-dao; aparecen las siguientes variables:

Variables independientes. Entre ellas se tiene las

siguientes:

disponibleenergapdvAEV

V

2

1

R: distancia radial desde el centro de la detonacin de la

MEC (m).


R: densidad del macizo rocosot: tiempo


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Variables dependientes.Entre ellas se tiene las siguientes:

E: desplazamiento

V: velocidad de partculaa: aceleracin de partculas

f: frecuencia del movimiento

Por otra parte, la ecuacin anterior se puede escribir de la

siguiente manera:

KDVmx.


= -3= -

172

Realizando un anlisis matemtico tambin se puedededucir que introduciendo la variable llamada distancia

escalada se obtiene lo siguiente:

3/1W

RD

Donde


D: distancia escalada (S. D.)

R: distancia radial desde el centro de detonacin (m)

W: peso de la MEC


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173

Modelo de Hendron. Postul el siguiente modelo para

calcular la velocidad pico de partcula. Este modelo es

expresado de la siguiente manera:

D

3/1W

Donde

V: velocidad pico de partcula (pulg/s)

ky : constantes que dependen de las propiedadesde la roca


W: peso de la MEC usada en al voladura (kg)

Si se observan las ecuaciones (i) y (ii), se puede

concluir que los modelos de Dowding y Hendron son

los mismos.

174



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176

MODELO DE DOWDING & HENDRONSegn Dowding (2001), existen seis parmetros

adimensionales y proporcionales entre s que relacionan

las variables de la tabla.

U/R, UR/C, FT, TC/R, W/C2R3De estos, los cuatro primeros trminos enlazan las


variables dependientes e independientes, mientras que los

dos ltimos solo combinan variables independientes.

Los seis trminos adimensionales son proporcionales

entre s.


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De los trminos adimensionales, los ms utilizados son

aquellos que relacionan la velocidad mxima de partculay la velocidad de propagacin de la onda (U/C) y el que

relaciona la distancia y la energa fsico-qumica producida

por la voladura W/C2R3 de la proporcionalidad, entre

estos trminos se tiene lo siguiente:


32RCC

178

La ecuacin anterior puede ser convertida en una

igualdad, si se aade una constante de proporcionalidad

M adicionalmente; eliminado el trmino de velocidad en

ambos lados de la ecuacin, se tiene lo siguiente:

3*

1

R

W

CMU


Esta es una ecuacin dimensional respecto de la

velocidad. En ella se puede apreciar que C es laimpedancia del macizo rocoso.


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179

Si las vibraciones se desplazan por un solo medio y este se

supone homogneo e isotrpico; entonces el trmino de

impedanciaC es constante. Por lo tanto, M/C puede serreemplazado por una constante cualquiera (por ejemplo: K).

,

vibraciones, ya que un medio homogneo e isotrpico puede

variar.

Se debe mencionar que el trmino impedancia (C) puedevariar por el tipo de onda.


El trmino W/R3 es transformado a

3/ WR

180

De esta manera, se tiene una relacin directa entre lasvibraciones y la distancia escalada; obteniendo lo siguiente:

)(3

iR

KU

La ecuacin anterior es llamada ley de escalonamiento

cbicoy la relacin es llamada distancia escalonada

cbica.

3/ WR


n es a ecuac n, es a s anc a es e e cen ro e a

voladura hasta el punto de monitoreo y W es la MEC que al

ser detonada genera las vibraciones ssmicas.


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A partir de esta ecuacin, se puede predecir con cierto

nivel de confianza los valores de la velocidad de partculamxima como funcin de la car a ex losiva W la

distancia escalada R.

Los valores de K y son constantes que deben serestimados. Ambas constantes dependen directamente de

las caractersticas geomecnicas del macizo rocoso. El

valor de K depende directamente de las condiciones


geolgicas del macizo rocoso, ya que este est

relacionado con su impedancia.

182

Tericamente, el valor tiene un valor de -3. Sinembargo, este puede variar y esta variacin es funcin

directa de la eficiencia ssmica de la MEC (porcentaje de

la energa a que es convertida en ondas ssmicas) y de

algunos cambios en la distancia R debido a diferencias

en las direcciones de las ondas por condiciones

geolgicas y geotrmicas locales y regionales.

Para calcular las constantes Ky , la velocidad pico de


,

se transforma la ecuacin (i) de la siguiente forma:


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3101010 W

RLogKLogULog

Con la informacin de U de los registros

y de diseo y aplicando el mtodo de mnimos

cuadrados, se encuentra la recta que mejor se ajuste a

los datos y se observa que Log(K) se incrementa con

los yes la pendiente de la recta.

3/ WR

3/ WR


La ecuacin (i) se puede utilizar para llevar a cabo el

control y el manejo de las vibraciones producidas por la

voladura de rocas.

184

Imagen que muestra las grietas producidas por las vibraciones(Dowding et. al 2003)

Change in

Crack width

Total Crack Width



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a b c

EQUIPOS USADOS PARA LA MEDICIONDE VIBRACIONES

Computador, tarjeta Tarjeta de Dos sismmetros


e a qu s c n e

datos, acelermetro

y sismmetro

adquisicin de

datos

(ubicados dentro del

cubo) y un

acelermetro

186

MODELO DE HOLMBERG & PERSSON

Frecuentemente, se relaciona la velocidad vibracional de

partcula con la habilidad o potencial de inducir un nuevo

rac uram en o, a rav s e a re ac n en re ve oc a e

las partculas y la deformacin dinmica de estas.

Es vlido para una condicin de un taladro confinado en

la zona muy cercana, donde estn ubicadas las MEC y

donde la influencia de la voladura va a ser ms intensa,


inducida.


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187

El anlisis de la velocidad pico de partcula (PPV) ofrece

mtodos potenciales para controlar el grado y la extensin

del fracturamiento provocado por la voladura, deduciendo

un mtodo de prevencin ms que un mtodo de control.

Los altos niveles de vibraciones pueden fracturar al macizo

rocoso, producindose en este nuevas fracturas o

extendindose ms las ya existentes.

En este contexto, las vibraciones pueden ser consideradas

como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso con


bajos niveles de vibracin, tales como los que se presentan

a grandes distancias desde el centro del disparo. Los

niveles de deformacin son muy pequeos para inducir elfracturamiento del macizo rocoso.

188

Mientras que a menores distancias, las vibracionesson suficientemente altas y producen las fracturas

preexistentes; pero estas no tienen suficientemente

magnitud para inducir nuevos fracturamientos.

Sin embargo, los niveles de vibraciones producidas en

zonas cercanas a la voladura son suficientemente

altos como para producir diferentes grados de

fracturamiento en zonas circundantes.


)1(VPW

PPV,

ecuacin


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representa la relacin entre los niveles de vibracin

mxima (PPV) y de formacin inducida () para una

roca de velocidad de propagacin de onda principal(PWV).

Por otro lado, de acuerdo a la ley de Hooke y

suponiendo un modo de falla quebradizo de la roca, la

mxima velocidad de partcula PPVmx.que puede ser

absorbida por la roca antes que ocurra el fallamiento en

forma tensional se puede calcular conociendo la


res s enc a ens ona , e m u o e oung y a

velocidad de propagacin de la onda P(PWV), usando la

siguiente ecuacin:

190

)2(. EPWStPPV Vmx

Esta ecuacin puede ser simplificada de acuerdo a la

ecuacin (3) que se muestra a continuacin; asumiendo

una relacin de Poisson de 0.25 para determinar el tipo

de roca.

La versin simplificada requiere solamente un

conocimiento de la velocidad de propagacin de la onda

P(PWV), de la resistencia tensional (st) (estimada usando


la resistencia compresiva St = UCS/12) y de la densidad

de la roca (R); valores que normalmente son conocidospara la mayora de los tipos de roca que se encuentran

en las diversas operaciones mineras. Entonces se tendr

lo siguiente:


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)3(2.1.

RV

mxPW

StPPV

estiman la velocidad mxima de partcula para rocas

volcnicas entre 700 y 1000 mm/s.

Tambin se enfatiza que estos niveles de vibraciones

mostraron ser indicadores confiables de dao incipiente,

pero el inicio de dao es fcilmente observable y


frecuente, y esto puede ocurrir de acuerdo a estos

investigadores en aproximadamente cuatro veces el

nivel de dao incipiente.

192

Para estimar el nivel de vibraciones PPV a cualquierdistancia x de un taladro, conociendo el peso W de

una MEC, se utiliza ecuaciones de carga escalar como

la siguiente:

)4( WXKPPV

Donde K, y son constantes que pertenecen almacizo rocoso in situ, en el que se realiza la voladura

para las voladuras usando varios taladros. El W es


norma men e cons era o como a carga o a por

retardo y en algunos casos (Lilly & Thompson, 1982)

debe ser la carga total cargada dentro de todos los

taladros.


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193

Por otro lado, en el campo cercano (muy cerca a los

taladros donde ocurre el fracturamiento), la ecuacin

predictiva (4) debe ser modificada para tomar en cuenta

la forma cilndrica de carga explosiva.

H dh

La ecuacin para la prediccin de niveles de vibracin en

el campo cercano fue desarrollada por Holmberg &

Persson (1979), tal como se muestra en la siguiente

ecuacin:


tan0 2/2020

hRR

194

Cuyos trminos son explicados en el diagramaconceptual modelamiento de vibraciones en el campo

cercano.

PPVR0

H

Taco

ExplosivoK, y : propiedadesde la roca


dh

h


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195

K,y son las mismas constantes que se observan enla ecuacin (4) y es la densidad lineal del explosivocargado dentro de los taladros (kg/m).

Holmberg & Persson (1979) realizaron un estudio en

roca competente en Suecia y obtuvieron los siguientes

resultados:

K= 700

=


.

= 0.7

196

Se debe enfatizar que, de acuerdo a la ecuacin (4), elfactor que tiene mayor influencia en la velocidad

mxima (PPV), como consecuencia en los daos

inducidos por la voladura, no es el peso de carga por

re ar os, como es e caso en a ecuac n , s no e

factor de carga lineal , el cual es controlado por unacombinacin de dimetro del taladro () y la densidadde carga (LD).

Habiendo determinado las caractersticas de


rocoso y la relacin entre los niveles de velocidad de

las partculas y de formacin, es posible determinar las

zonas de fracturamiento circundantes a los taladros.


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197

Estas zonas representan las reas circundantes a los

taladros, en las cuales el fracturamiento ocurrir como

resultado directo de las vibraciones producidas por la

detonacin de las MEC.


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199

MODELO DE DEVINE & DUVALL

Existen varios modelos experimentales, los cuales sonusados para describir la PPV como una funcin de una

carga explosiva detonada en cualquier momento y una

distancia dada entre el centro de la detonacin y el

punto de monitoreo.

Entre los modelos ms conocidos tenemos al modelo

general y al modelo de la forma de regresin mltiple.


)1(

DKV

.

200

DondeV:peack particle velocityPPV (mm/s)

D:scaled distance

K: velocidadbased constant

:attenuation constant

El trmino D(distancia escalada) describe la influencia de

la distancia y el peso de la carga explosiva detonada.


Existen varias derivaciones de este modelo y dentro de

estos el ms comnmente usado es el modelo Devine &

Duvall. Este modelo matemtico se escribe de la forma

siguiente:


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203

El modelo es expresado de la siguiente manera:

)3( ab WdKV

Donde

V: velocidad pico de partcula (mm/s)

K, a, b: constantes que dependen de las condiciones


d: distancia escalada

W: peso de la MEC (kg)

204

LEY DE PROPAGACIONDE DEVINE & DUVALL

n

Q

DKV

2/1

.

n


Se considera simetra esfrica.Q

KV

3/1


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Velocidad de partcula en funcin del tiempo seccin A-2600

Velocidad de impresor: 10 pulg/s

Sensibilidades: canal A: 1,0 y canal B: 0,1

Distancia disparo-gefonos: canal A 6.0 m y canal B 24,0 m


208

DISPOSICION DE INFORMACIONEN EL REGISTRO



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209

ESTIMACION DE LA VELOCIDAD PICO DEPARTICULA CRITICA

Se sabe que altos niveles de vibraciones pueden causardaos al macizo rocoso, produciendo nuevas fracturas y,

extendiendo y dilatando las fracturas preexistentes.

En este caso, las vibraciones pueden ser consideradas

como un esfuerzo, el cual provoca una deformacin dentro

del macizo rocoso.


Cuando los niveles de vibracin son bajos, tales como los

que son monitoreados a grandes distancias del centro del

disparo primario, los niveles de deformacin provocadosson insuficientes para producir nuevas fracturas en el

macizo rocoso.

210

De acuerdo a cmo la distancia del centro del disparo se

reduce, los niveles de vibracin se incrementan a tal

punto que las fracturas existentes son

extendidas, aunque nuevas fracturas an no aparecen.

Las cargas explosivas muy cercanas y los niveles de

vibracin alcanzan magnitudes capaces de causar

daos en el macizo rocoso circundante al rea del

disparo hasta otras estructuras cercanas a la labor.


La velocidad pico de partcula (PPV) es frecuentemente

asociada con la capacidad para provocar nuevas

fracturas en el macizo rocoso, debido a su relacin con

el esfuerzo.


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211

Para lo cual se tiene la siguiente expresin matemtica:

PW

PPV

En esta ecuacin, se asume un comportamiento lineal

elstico del macizo rocoso que relata la deformacin con

respecto a la PPV (vibracin) y la velocidad de propagacin

de la onda dentro del macizo rocoso (PWv) en una


del macizo rocoso.

212

Considerando la ley de Hooke y asumiendo un

comportamiento elstico de la roca, un valor crtico de la

velocidad pico de partcula (PPvc) puede ser calculado

..,; etcetc

PWSt

PPV V

C

conociendo la resistencia tensional (St), el mdulo de

Young (E) y la velocidad de propagacin de la onda P,

usando la siguiente ecuacin:



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ALGORITMO PARA EL MODELAMIENTO DE LAS VIBRACIONES

Medicin de la vibracin Perforacin y cargade los taladros

Disparo

Localizacin delsismgrafo

Distancia Carga (Q)Velocidad (PPV)

Representacin grfica Base de datos inicial

Base de datosrepresentativa Correlacin

Constantes empricas de la ecuacin: K, y

Ley de propagacin cuadrticaPPV = K Q D

Carga mxima por retardo

aceptada

214

MODELAMIENTO DE VIBRACIONESSUBTERRANEA



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MODELAMIENTO DE VIBRACIONESSUBTERRANEA


216

COMPARACION DE RESULTADOS DELOS TRES MODELOS

Introduccin

ara eva uar os resu ta os o ten os emp ean o os tres

modelos, se usan los datos de campo de una operacin

minera subterrnea que est en plena actividad.

Los datos de campo se obtuvieron empleando un


acelergrafo, con el cual se obtuvieron registros de la

velocidad de partcula en funcin del tiempo a una

distancia determinada del centro del disparo. Cada disparo

constituye una muestra.


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Se registr un total de 80 disparos, a los cuales se les

especific tipos de retardos y cantidad de MEC utilizada

para cada disparo.

Estos datos fueron tomados en galeras de desarrollo, en

andesita medianamente competente.


218

ANALISIS DE LA INFORMACION

El anlisis de la referencia se llev a cabo de la

Anlisis de los registros de velocidad y determinacin

de las velocidades de partculas mximas.Para calcular

la velocidad de partcula mxima por retardo, se

rocede de la si uiente manera.



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219

Longitudinal

Transversal

Vertical

De la velocidad instantnea.

(PPV) en cada componente, se procedi a calcular la

suma vectorial, que corresponde a la mxima velocidad

de partcula para cada uno de los retardos.


,

cargas por retardo y distancias de ubicacin de los

gefonos, se calcul la distancia escalada (D) segn los

modelos de Hendron, Devine & Duvall.

220

Luego, considerando Vmx.como variable dependiente y

D como variable independiente, se hizo el ajuste usando

el mtodo de mnimo cuadrados y el clculo de la

correlacin, obteniendo los siguientes resultados.

Segn el modelo de Hendron

5937.1

. 7206.13 DVmx

R


y una correlacin r = -0.8849.

3/1W


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221

Segn Devine & Duvall

4481.1

. 8093.9

DVmx

2/1W

RD

y una correlacin r = -0.8805.


222

Segn Langerfors

8423.0

. 1534.6 DVmx

2/3

R

WD

y una correlacin r = 0.8558.



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223

ANALISIS E INTERPRETACIONDE GRAFICOS

Se grafica la velocidad mxima en funcin de la distanciaescalada segn Hendron, considerando que el anlisis de

correlacin da su mayor valor cuando D est definida

segn este investigador.

Luego, calculando el cuadrado de la correlacin se obtuvo

lo siguiente:

783.08849.0 22 r


Lo que significa que el 78.3% de las variaciones de la

velocidad son explicadas por las diferencias en ladistancia escalada.

224

Cabe mencionar que en la totalidad de las mediciones se

colocaron los gefonos en el piso de la labor minera

subterrnea, ya deteriorado por disparos anteriores; de

manera que fue necesario una pequea excavacin del

orden de 40 a 50 cm por medida para encontrar piso

relativamente firme.

Por otro lado, para asegurar la horizontalidad del gefono

se esparci arena en el piso excavado lo que podra

causar una atenuacin de la seal y esto afectara a los

registros obtenidos.


Para las futuras mediciones, se recomienda construir

aberturas especiales en las cajas de la labor o tratar de

adherir el gefono al techo de la labor, mediante un

dispositivo especial.


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225

Como se mencion, el dao causado a 1.80 m del contorno

de la labor no alcanza a ser significativo, debido a la baja

.

Sin embargo, para valores de 15 a 20 cm/s, el dao es

considerable y en la prctica se estara alterando la

estructura in situ; de manera que el sostenimiento con

pernos exclusivamente sera insuficiente por posibles

cadas de roca. Esto obli ara a modificar el mtodo de


sostenimiento o disminuir el dao, reduciendo el peso de la

carga explosiva por retardo.

226

DETERIORO DE LOS PERNOS DE ROCA

P h. D. - Carlos Agreda - [email protected] - Consultor Intercade 226


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227

Se hizo un disparo alternativo para mejorar dichas

condiciones de las pruebas realizadas, se pudo inferir queara velocidades mximas de 15.00 cms/s se roduce

fracturamiento y cada o desprendimiento de rocas en

labores cercanas al disparo detonado.

Tambin se debe mencionar que se est planificando la


generados por las vibraciones al compararlos con las

caractersticas geomecnicas del macizo rocoso in situ.

228

En la actualidad, se realizan ensayos de resistenciastensionales para determinar su valor en forma

estadstica, con esta informacin y usando la relacin

siguiente:

... mxVcSt

Donde

St: resistencia tensional

:densidad

c: velocidad de propagacin de las ondas


Vmx.: velocidad mxima de partculas

Se puede definir la velocidad mxima para la cual se estara

superando el valor de St y poder definir con esta

informacin el criterio de dao.


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229

RECOMENDACIONES GENERALES PARALA REDUCCION DE VIBRACIONES

Como ya se sabe, existe una gran cantidad de

niveles de vibraciones inducidas por voladura de rocas;

aqu solamente se incluyen las encontradas por Dowding

(2001), Persson et, al (1994), etc.

En general, la reduccin de los niveles de vibracin se

puede llevar a cabo aplicando los mtodos adecuados


para realizar la voladura, as por ejemplo, utilizando los

modelos matemticos adecuados para disear las mallas

de perforacin y voladura, el diseo de carga y de

encendido, etc.

230

A continuacin se presenta otras consideraciones paramitigar el nivel de vibraciones.

Reducir el peso de explosivo por retardo.

.

Reducir elburdeny el espaciamiento.

Clculo adecuado del taco o stemming.

Reducir la sobreperforacin.

Reducir la profundidad del taladro.

Disminuir el dimetro de perforacin.

Proveer ms de una cara libre.


Usar detonadores en donde la dispersin de tiempos sea

mnima.


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231

Por otra parte, se debe tener en cuenta que el nivel de

vibraciones depende de lo siguiente:

una MEC.

El confinamiento.

Ms caractersticas geomecnicas de las rocas.

La distancia desde el centro del disparo hasta el punto

de monitoreo, etc.


232

NORMATIVIDAD DE LAS VIBRACIONES



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233

NORMA USBM - DIN


234

DIN 4150 ALEMANA



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235

RESUMEN DE LAS NORMASINTERNACIONALES


236

SISMICIDAD INDUCIDA YANALISIS VIBRACIONAL



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237

Results of

Controlled Blast

A B


BlastDamage

Overbreack

238

SISMICIDAD INDUCIDA Y ANALISISVIBRACIONAL

Introduccin

La energa producida cuando una MEC es detonada dentro

de un taladro es empleada para producir una serie de

efectos, por supuesto que el primero es el fracturamiento y

la deformacin del macizo rocoso donde la MEC ha sido

detonada.


energa: el lanzamiento de fragmentos de roca, el

incremento en la temperatura y en la presin del aire y, la

formacin de ondas ssmicas y vibraciones subterrneas,

entre otros.


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239


240

Generalmente, los efectos negativos de la voladuraproducen vibraciones inducidas, las cuales pueden ser

clasificadas en efectos cercanos y lejanos.

Los efectos cercanos tienen como resultados el

fracturamiento del macizo rocoso por accin de la energa

vibracional y causando cierto dao en los hastiales

cercanos al disparo, producindose condiciones

inestables en las labores subterrneas respectivas.

El control de este tipo de dao puede ser efectuado


usando precorte cushion blasting, etc.

En esta parte del curso, se considerar los efectos lejanos

producidos por las vibraciones inducidas por voladura de

rocas.


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241

REVISION DE LAS VIBRACIONES INDUCIDASPOR LA VOLADURA DE ROCAS

Cuando un explosivo es detonado dentro de un taladro, la

energa fsico-qumica producida es trasmitida dentro del

macizo rocoso circundante y como resultado se tiene el

desarrollo de gran volumen de gases y altas presiones de

choque, continuando el fracturamiento del macizo rocoso

circundante al taladro.


as pres ones r p amen e ecaer n e acuer o a a

distancia desde donde la MEC fue detonada hasta llegar a

valores por debajo de la resistencia compresiva delmacizo rocoso.

242

En ese momento, la energa remanente viaja dentro delmacizo rocoso no fracturado en la forma de una onda de

presin u onda de choque que viaja a una velocidad

aproximada del sonido en el mismo macizo rocoso sin

.

Por otro lado, las fallas tensionales ocurrirn a travs de

esfuerzos tensionales, si la onda compresiva es

refractada como onda tensional dentro de los lmites de la

onda del disparo a distancias mayores del centro de la

MEC. Esta onda de cho ue o im acto de deformacin se


atenuar y se convertir en una onda oscilatoria, en la

cual las partculas que se encuentran dentro del macizo

rocoso se movern formando rbitas cilndricas y

repetitivas.


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243


244

A partir de esta etapa, la energa obtenida por la

detonacin de una MEC producir el movimiento de las

partculas dentro macizo rocoso circundante hasta que los

lmites elsticos de dicho macizo rocoso sern superados.

Esto significa que el macizo rocoso recupera

completamente su forma y su volumen original despus

que la energa haya sido completamente disipada.

La energa viaja en la forma de ondas llamadas ondas


,

vibraciones inducidas por la voladura.


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245

Entonces la energa viaja en forma de energa cintica

que da origen al movimiento de las partculas y a la

energa potencial para producir el desplazamiento de las

partculas durante el movimiento de las ondas.

En el siguiente diagrama conceptual, se muestra

esquemticamente las ondas elsticas circundantes a un

disparo.


246



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247

El diagrama conceptual anterior muestra una serie de

ondas elsticas que se han formado circundantes a un

taladro que ha sido detonado con AN/FO en desmonte.

a on a e c oque n c a que ac a uera e a zona e

fracturamiento del macizo rocoso aplica una fuerza hacia la

roca en una manera tal que la comprime o reduce su

volumen.


una fuerza por debajo del lmite elstico, esta onda causar

un movimiento de las partculas similar al producido por el

sonido, ya que esta es transmitida a travs de un lquido o

un slido.

248

Las partculas ubicadas en la ruta de tales ondas se

mueven hacia adelante y hacia atrs a lo largo de la

lnea de desplazamiento de la onda, el movimiento de

la artcula siendo normal a la onda de cho ue. Esta

onda es llamada onda longitudinal, compresional u

onda primaria; adems, es normalmente designada

como onda P.

El trmino primarioes denominado as porque en este

tipo de onda la propagacin de la velocidad es la ms


rpida que cualquier otro tipo de onda elstica.


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249

Onda primaria

ONDAS SSMICAS MAS RELEVANTESGENERADAS POR LA VOLADURA DE ROCAS


PROPAGACION

250

En cualquier macizo dado, cuando la primera ondaarriba al punto de monitoreo y al mismo tiempo la onda

P es generada, un segundo tipo de onda corta o tiende

a cambiar la forma del material por donde la onda P se

.

La generacin de esta segunda onda producir el

movimiento de las partculas hacia el frente de ondas.

Este tipo de onda es llamada onda de corte u onda

secundaria(S-Wave).


Generalmente, la onda es la segunda de los tres grupos

ms importantes de ondas para arribar al punto de

monitoreo.


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251

Onda secundaria

ONDAS SISMICAS MAS RELEVANTESGENERADAS POR LA VOLADURA DE ROCAS


PROPAGACIO

N

252

Las ondas P pueden desplazarse en los estados

slidos, lquidos y gaseosos, porque estas formas de

materia resisten a los cambios por compresin o

volumen.

Mientras que las ondas S pueden viajar solamente en

slidos, porque su existencia depende del mdulo de

corte o de la habilidad de trasmisin que pueda tener el

material para resistir a algunos cambios en forma.


as on as y v a an en orma es r ca a rav s e

macizo rocoso.


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253

Onda de superficie

ONDAS SISMICAS MAS RELEVANTESGENERADAS POR LA VOLADURA DE ROCAS


254

VIBRACIONES INDUCIDAS POR LAVOLADURA Y VELOCIDAD DE

PROPAGACION DE LAS ONDAS

Las ondas elsticas descritas anteriormente basan su

existencia en la propiedad de los materiales llamada

elasticidad.

Fundamentalmente existen dos tipos de materiales.


pr mero re ata os cam os en vo umen s n cam os

en la forma.

El segundo relata los cambios en forma sin cambios

en el volumen.


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255

Una forma muy conveniente de definirlos es

especificando la cantidad de fuerza por rea unitaria

requerida para producir una deformacin dadao, bsicamente, la relacin del material: esfuerzo-

HPstress

.

bulk o mdulo de incompresibilidad que est dado por

lo siguiente:


unitariovolumenVencambiostrain /

256

areauniterorce

El mdulo de corte o medida de la resistencia al cambioen forma, o mdulo de rigidez est dado por lo siguiente:

strainstrainG

Donde the shear est dado por el ngulo a travs del

cual un plano normal a la fuerza es rotado.


,

material, puede ser usado para determinar la velocidad

de propagacin de las ondas elsticas a travs del

macizo rocoso.


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257

Leetpostul las siguientes ecuaciones para calcular lasvelocidades de propagacin de las ondas P y

S, respectivamente:

12

VP

22

VS

Donde


Vp: velocidad de propagacin de la onda P

Vs: velocidad de propagacin de la onda S

: densidad del macizo rocoso

258

INSTRUMENTACIONGEOTECNICA CONVENCIONAL

Y SISMICIDAD INDUCIDA



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259

MONITOREO DE LAS VIBRACIONESINDUCIDAS POR UNA VOLADURA DE ROCAS

El ob etivo del monitoreo de las vibraciones inducidas or

la voladura es detectar y registrar el monitoreo vibracional

dentro del macizo rocoso.

Las cantidades medidas deben resultar en una

descripcin total del evento vibracional. Para lo cual se

requiere tres componentes perpendiculares de cualquier


desplazamiento y de cualquier partcula (x), velocidad (V)

o aceleracin (a), a ser registradas como una funcin del

tiempo (t).

260

Los tres componentes son los siguientes:

Longitudinal: normal a la direccin del disparo en un

plano horizontal.

ransversa : perpen cu ar a a recc n e sparo en

el plano horizontal.

Vertical: perpendicular a la direccin del disparo en un

plano vertical.

El problema principal asociado con la medicin de las


de un punto fijo en el espacio desde donde se puede medir.


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261

EFECTO DE PROPAGACION DE UNA ONDALONGITUDINAL

Comprensin y

dilatacin


262

EFECTO DE LA PROPAGACION DE UNAONDA VERTICAL



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263

EFECTO DE CIZALLAMIENTO PRODUCIDOPOR UNA ONDA TRANSVERSAL


264

Durante el paso de la energa ssmica, la zona total est enmovimiento, que tambin incluyen los instrumentos de

medicin.

s sm me ro o v r gra o ev a es e pro ema, es a ec en o

un punto de referencia que tiende a permanecer fijo durante el

movimiento de las ondas ssmicas.

Para vibraciones tpicas inducidas por la voladura, el

sismmetro debe poder registrar los siguientes rangos:


Frecuencia 10 a 100 Hz

Desplazamiento 0.0001 a 0.5 inches

Velocidad 0.01 a 10 inches/sec

Aceleracin 0.005 a 2 g


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265

COMPENDIO DE DAOSPOR VIBRACIONES DEL USBM


266

Para disparos en desmonte y otros de gran tonelaje medidos

a distancia mayores a 100, la frecuencia del disparo est

generalmente en el rango de 1 a 20 Hz.

Las frecuencias ms altas se obtienen en puntos ms

cercanos al disparo y algunas frecuencias como 500 Hz y

mayores son requeridas para monitorear las vibraciones en

zonas muy cercanas al disparo en rocas con altas

resistencias tales como el granito.


Para obtener registros adecuados, es esencial que el

sismmetro mantenga un contacto fijo con el macizo rocoso

u otras superficies durante el tiempo del desplazamiento de

las vibraciones.


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267

Si la parte frontal del sismgrafo est ubicada en una

direccin horizontal y/o pierde contacto en una direccin

vertical, entonces se obtendr un sismograma no

adecuado.

El alineamiento correcto de la parte frontal del sismgrafo

con la direccin del disparo es esencial. Esto es facilitado

por una flecha colocada en la parte frontal del


instrumento y tambin la capacidad de nivelacin, usando

las patas adjuntables y la brjula del nivel.

268

TIPOS DE SISMOMETROSExisten tres tipos principales de sismmetros.

. .

Estos sistemas miden amplitud y

frecuencia, normalmente en una sola direccin.

ii. Los sistemas electromagnticos utilizan el

desplazamiento diferencial entre el movimiento de

un espiral y una masa rocosa de fierro (o

viceversa), produciendo una seal elctrica hacia


afuera proporcional al evento ssmico. Este

instrumento es llamado transducer. La seal

producida by a sterped gain setting y alimentado

hacia un registrador para darle velocidad.


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269

Los principales fabricantes de estos sismmetros son

spreng nether and slope indicator company.

La salida es normalmente va una velocidad variable

cronometrada, un papel impreso directamente, las trescom onentes verticales siendo medidas

simultneamente.

iii. En un intento por corregir dificultades menores de

interpretacin debido a la resonancia, un tercer tipo de

sismmetro fue desarrollado basado en acelermetros

para el estado slido, alimentados mediante circuitos

integrados.


Los fabricantes de estos instrumentos incluyen

equipos ambientales.

270

El siguiente diagrama conceptual muestra los resultados

encontrados por la U.S.B.M.

TPARTICLE VEL =

dx

dt

DISPLACEME

NO DAMAGE

PLASTER

CRACKING

MAJOR

DAMAGEMINOR

DAMAGE

dx

dt


LO

LOG FREQUENCY

dt

dx LINES OF CONSTANT

PARTICLE VELOCITY


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D/W = 50

10

2ICLE

S/SE

C)

1.0

.10PEAK

PART

VELOCITY

(IN


SCALED DISTANCE, D/WFT/(LBS/PERIOD)

272

Finalmente, se debe mencionar que actualmente en el

mercado hay una serie de instrumentos (sismgrafos,

amplificadores, acelermetros, etc.) para llevar a cabo el

rocas.

Para muestra, se adjunta una foto del eletronic equiment

mounted in field test unit. Tambin se adjunta algunos


ondas (P, S y V), respectivamente.


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273


274

VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSOFORMA DE LA ONDA SSMICA

Velocidad de partcula (amplitud)

Frecuencia predominante (ciclo/segundo)

AMPLITUDE

BASE

LINE

VELOCITY

1 CICLE

DURATION

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Energia Liberada-evaluacion de Daños