74050_MATERIALDEESTUDIOPARTEIIIDiap139-218

70

INTERCADECONSULTANCY & TRAINING

www.intercade.org

139139

VOLADURAS DE PRE-CORTE EN LOS TAJEOS DE EXPLOTACION

Tajeo abierto con techo cortado por precorte Carguo de cartuchos de dinamita espaciadapara cortar el techo en tajeos abiertos, conperforacin de taladros de alivio sin carga

j l lt d d l tpara mejorar el resultado del cortePerforacin (precorte) Voladura

Altura mxima deperforacin de anillos

Dr. Vidal Navarro Torres Consultor Intercade

Taladro sin carga Taladro cargado

140140

VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO

PERFIL DE EXCAVACION FALLA MOTIVOSOLUCION

Ninguna Ninguna Ninguna

PERFIL DE EXCAVACION FALLA MOTIVO


Sobreexcavacin generalSobrecargaFila anterior de taladrossobrecargados

71


www.intercade.org

141141

VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO

PERFIL DE ESCAVACION FALLA MOTIVOSOLUCION

RESULTADO DE LA VOLADURA

Sobreexcavacinalrededor de los taladros

La presin de taladro essuperior a la resistenciadinmica a compresinde la roca

Disminuir la densidad linearde carga y aumentar eldesacoplamiento

Sobreexcavacin entrelos taladros

Espaciamiento entretaladros demasiadopequeo

Aumentar el espaciadoentre taladros


Roca sobresaliente entrelos taladros

Espaciamiento excesivoentre los taladros

Reducir el espaciado entretaladros y aumentarligeramente la carga

142142

PRESION DENTRO DEL TALADRO PB

La presin de barreno, que es la presin ejercida en la expansin delos gases de detonacin, puede estimarse para cargas acopladas apartir de la ecuacin:

Donde:PB P i d b (M )

ec P.

VD x x P x PB801

102282

6


PB = Presin de barreno (Mpa).Pc = Densidad del explosivo (g/cm3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).

72


www.intercade.org

143143

INTRODUCCIONTEORIA DE LA VOLADURA CONTROLADA

cRES

c1 f

fRES

f1

c

fRES

f

ROCA

BARRENO


cc

fS/2

S

144144

DIAMETRO DE LOS TALADROSEn tneles y obras subterrneas los dimetros deperforacin ms utilizados varan entre 32 y 65 mm,realizndose algunas experiencias con barrenos de hasta75 mm. En minera subterrnea, y segn el mtodo deexplotacin, los dimetros varan entre 50 y 65 mm, comopor ejemplo en el, llegando a los 165 mm en el y .

Se ha comprobado que el radio del cilindro de la roca que


Se ha comprobado que el radio del cilindro de la roca querodea al barreno y es afectado por la voladura esdirectamente proporcional al dimetro del mismo, siempreque se mantenga una relacin constante entre su longitudy dimetro.

73


www.intercade.org

145145

NIVEL DE TENSION PARA DISTINTOS DIAMETROS DE TALADRO Y CARGA

60,9 m

DISTANCIA AL PUNTO DE OBSERVACION

VE

L D

EE

NS

ION

N L

A R

OC

A 1,00,750,500 25

PARED BARRENO

PARED BARRENO

NIV

TE EN 0,25

0

0,500,250

0,500,250

2


AIRE

PARED BARRENO

AGUA

0

0,500,250

146146

INFLUENCIA DEL DIAMETROS EN LOS COSTOS DE VOLADURA

Sin embargo, yespecialmente en trabajossubterrneos, hay que tener 1,0

1,2

, y qen cuenta que un aumentodel dimetro de perforacintrae como consecuenciainmediata una elevacin delos costes de sostenimientode la roca, debiendoencontrar la combinacin 0,4

0,6

0,8

1,0


dimetro-carga del barrenoque proporcione un coste deexcavacin y sostenimientomnimo, como se oberva. 32 22 17 11

0,2

74


www.intercade.org

147147

PRESION DENTRO DEL TALADRO PB

La presin de barreno, que es la presin ejercida en la expansin delos gases de detonacin, puede estimarse para cargas acopladas apartir de la ecuacin:

Donde:PB P i d b (M )

ec P.

VD x x P x PB801

102282

6


PB = Presin de barreno (Mpa).Pc = Densidad del explosivo (g/cm3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).

148148

EFECTO AMORTECEDOR DOBRE LA PRESION PB

El efecto amortiguador sobre , al expansionarse los gases en lacmara de aire, puede cuantificarse a partir del cociente entre el volumende explosivo y volumen de barreno elevado a una potencia 1.2. que esaproximadamente el ratio de los calores especficos de los gases deexplosin, as resulta:

Donde:

4,2

1

2,1

DdCxPB

VVxPBPB

b

ec


d = Dimetro de la carga.D = Dimetro del barreno.C1 = Cociente entre la longitud de la carga y la longitud del barreno

(C1 = 1, para cargas continuas).

75


www.intercade.org

149149

DISEO DEL ESPACIAMIENTO PARA VOLADURA CONTROLADA

RTxDSDxPBe )(

Donde:

RTRTPBxDS e )(


S = Espaciamiento entre barrenos.D = Dimetro del barreno.PBe = Presin de barreno efectiva.RT = Resistencia a traccin.

150150

DISEO PARA CONDICIONES DE TENSIONES IN SITU ALTAS Y ESPACIAMIENTO

PARA RECORTESi las tensiones in situ son altas, la ecuacin anterior puedemodificarse aadiendo las tensiones normales que actan sobre elmodificarse aadiendo las tensiones normales que actan sobre elplano de precorte:

RTRTPBxDS

N

Nc

) (


En las voladuras de recorte, la relacin entre la piedra y elespaciamiento debe ser:

SxB 25,1

76


www.intercade.org

151151

ECUACION DE BERTA PARA DISEO DEL ESPACIAMIENTO

DdxPxPExS es 22

Donde:S = Espaciamiento entre barrenos (mm)PEs = Presin especfica (MPa)Pe = Densidad del explosivo (g/cm3)

DDxRT

S


e p (g )d = Dimetro de la carga de explosivo (m)D = Dimetro del barreno (m)RT = Resistencia a traccin de la roca (Mpa)

152152

PROFUNDIDAD DE LOS BARRENOS PARA LA VOLADURA CONTROLADA

En lo que se refiere al lmite de profundidad en una voladura de precorte,tericamente no existe, pero los problemas derivados de la falta deparalelismo de los barrenos son los que constituyen la verdaderalimitacin. Por ejemplo, para barrenos de 32 a 65 mm inclinados el limitesuele estar entre los 15 y 20 m. desviaciones mnimas puedenconseguirse en barrenos de gran dimetro con perforadoras de martillnen fondo.

En determinadas condiciones, los resultados de las voladuras decontorno pueden mejorarse con los barrenos gua, o vacos, situadosentre barrenos cargados en el propio plano de corte proyectado En


entre barrenos cargados en el propio plano de corte proyectado. Enrocas competentes, la carga de todos los barrenos es generalmente msefectiva que la carga alterna de stos, debido a que en este segundodiseo el espaciamiento debe reducirse significativamente y, por lo tanto,aumentar la perforacin por unidad de superficie creada.

77


www.intercade.org

153153

DENSIDAD LINEAL DE CARGA EXPLOSIVALa determinacin de la densidad lineal de carga de explosivodebe realizarse teniendo en cuenta las siguientes premisas:

Producir una presin de barreno inferior a la resistenciapdinmica a la compresin de la roca.

Controlar el nivel de vibracin generado en la voladura queinduce unas tensiones en la roca susceptibles de producirroturas en la misma. Fig. 25.18


154154

VELOCIDAD DE PARTICULA EN FUNCION DE LA CONCENTRACION LINEAL DE CARGA Y DISTANCIA

3000

m/s

)

3 m DS

2,5 kg/m1,51,00,50,21000

2000

CID

AD

DE

PA

RTI

CU

LA (m

m

v(mm/s) = 700 Q(kg) x DS (m)0.7 -1,5


1 2 3DISTANCIA DS (m)

VEL

OC

78


www.intercade.org

155155

CALCULO DE LA CANTIDAD DE EXPLOSIVO NECESARIO

Para resolver el problema del corte de la roca a la cota o profundidaddesea, la concentracin de carga en el fondo del barreno debe ser eldoble de la normal en una longitud igual a . Concentraciones decarga mayores provocaran agrietamientos y sobre excavaciones en elfondo de la superficie.

Para el clculo aproximado y rpido de la cantidad de explosivo necesariopara disear una voladura de contorno pueden emplearse las siguientesexpresiones:

)(105,8 )/( ) 25 mmDxmkgqa l


130)( )/( )

)(,)()

2 mmDmkgqb

gq

s

l

156156

DIAMETRO Y CONCENTRACION LINEAL DE CARGA

0,0 0,

1, 1

10

1,0

0,1

(Kg/m

) (Ib/p

CONCENTRACION DE CARGA POR Ud. DE LONGITUD

10

1,001 ,1 0 0

Du Pont

Langefors and Kihlstro

Gustafsson

q =k x l

C.I.L

pie)

DIAM

ETR

O


100(m

m)

(pulg)10

omD2

79


www.intercade.org

157157

CONCENTRACION LINEAL DE CARGA DE CORDON DETONANTE EN FUNCION DEL ESPACIAMIENTO

La frmula para calcular la densidad de carga en funcin de unespaciamiento prefijado es:

qI = 300. S2qI 300. S

Donde:qI = Densidad lineal de carga (g/m)S = Espaciamiento (m)

Ejemplo.

Cul debe ser la densidad lineal de carga en una voladura de


Cul debe ser la densidad lineal de carga en una voladura derecorte perforada con barrenos de 50mm y espaciados 40 cm?

qI = 300. 0,42 = 48 g/m = 50 g/m

158158

RETACADO

En rocas competentes, la longitud de retacado oscilarentre 6 y 10 veces el dimetro se realizar con el propiodetrito de la perforacin, auxilindose con un tapn depapel o cotn en la base del mismo, segn el dimetro delbarreno. En rocas estratificadas y fracturadas serecomienda rellenar con material fino el espacio anularentre la carga de explosivo y la caa del barreno, a fin de


aminorar la sobreexcavacin por el efecto de cua yapertura de los gases de explosin.

80


www.intercade.org

159159

DISTANCIA ENTRE EL PRE-CORTE Y LA ULTIMA FILA DE TALADROS

La distancia entre el precorte y la ltima fila oscila entre0,33 y 0,5 veces la piedra nominal de la voladura de

d iproduccin.

0,5-0,0E

PRECORTE

FILA AMORTIGUADA

FILA DE PRODUCCION

FILA DE PRODUCCION

0,5-0,8V

0,33-0,5V

E

V


160160

ERRORES EN LA APLICACION DEL RECORTE

a) En el caso debido a una sobrecarga de las filas 1 y 2 seproduce una sobre excavacin fuera del perfil previsto y elrecorte no resulta efectivo.

3


3

2

1

0

81


www.intercade.org

161161

APLICACION CORRECTA DEL RECORTE

b) En este caso se han elegido unas densidades de cargacorrectas y se consiguen los resultados previstos.

3


2

1

b

162162

TECNICAS DE VOLADURA CONTROLADA EN DESARROLLO

a) Cargas especiales de acoplamiento lineal.b) Barrenos con estalladuras.)c) Cargas entubadas con aristas abiertas.

t1 t2


t3 t4

p p

82


www.intercade.org

163163

MEJORA DEL RENDIMIENTO DE LAS CARGASDE LOS BARRENOS CON ENTALLADURA

a)

100

150

NSP

74

PRE

SIO

N D

E B

ARR

EN

O (M

Pa


50

GURIT

50 100 1503

164164

DAOS POR EFECTO DE VOLADURAY LA GEOMETRIA DEL TUNEL


Zona de tolerancia

83


www.intercade.org

165165

Causas operacionales Tipo de explosivo y factor de potencias Concentracin de carga explosiva

CAUSAS DE SOBRE-EXCAVACION(DAMAGE TO TUNNEL WALL, DTW)

Concentracin de carga explosiva Tiempo de retardo Plano de voladura Error o desviaciones en la perforacin Dimetro y largo de los taladros con carga y sin carga

Causas geotcnicas y de divergencia geotcnicas Orientacin, espaciamiento y relleno de diaclasas, resistencia de la roca,

efectos de la tensin in situ agua subterrnea


efectos de la tensin in situ, agua subterrnea Divergencia de los taladros para obtener la localizacin de la seccin del

tnel proyectado (0.20m por 1m de avance) y est relacionado con elespacio mnimo para posicionamiento del jumbo

166166

TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION

+++

++

+

++

++

++

++

+

+

Comprimento da pega

Furo real

++

++

+

++

+

+1 2

Periferiado tnel

Posicaodo furo

Contornoreal

Posicao do furo


84


www.intercade.org

167167

10000010010(%) 2 LPSE t

ECUACION DE LA SOBRE-EXCAVACION PERIFERICA POR DIVERGENCIA PERIFERICA

Donde:

Sobre-excavacin debido a la divergencia perifrica, SEd, d l i d l l P i d

1000001,001,0.

(%)

LLS

SEd


permetro de la seccin del tnel, Pt, seccin deexcavacin de proyecto del tnel, S, y avance por disparodel tnel, L, teniendo en cuenta que el desvo detolerancia es de 0,20m para avance de 1 metro de tnel.

168168

COMPORTAMIENTO DE LA DIVERGENCIA PERIFERICA

25

5

10

15

20

Div

e rge

ncia

Pe r

ifric

a (%

)

y = 20xR = 1

1

2


Comprimento do furo (m)0 1 2 3 4

0

85


www.intercade.org

169169

LnQcPbaSE fgo ..(%)

SOBRE-EXCAVACION DEBIDO A CAUSAS GEOLOGICAS, GEOTENICAS Y OPERACIONALES

Donde:

La sobre-excavacin debido a causas geolgicas, geotcnicas yoperacionales, SEgo, carga especfica perifrica, Pf, calidad delmacizo rocoso, Q. Las letras a,b,c son factores que incluyen la

LnQcPbaSE fgo ..(%)


concentracin de la carga explosiva, retardo, plano de voladura,errores de perforacin, dimetro y largo de los taladros con carga ysin carga.

170170

LAqn

P fff.

CARGA ESPECIFICA PERIFERICA

Dnde: Carga perifricoespecfico, Pf, rea de laseccin perifrica, Ap,largo del proceder ati L CANTIDAD d

LAp .

20,000

25,000

15,000

10,000

cava

c ao

geol

gic

a,ca

e o

pera

c ion

al Pf=0,506 kg/m3- Galera 1Pf=0,490 kg/m3- Galera 2


tiros, L, CANTIDAD deperifricos taladros, nf, yla carga explosiva portaladro, qf.

5,000

0,0000,00 20,00 40,00 60,00 80,00

Qaulidade do macico, Q(Barton)

Sobr

e esc

geo t

cni

c

86


www.intercade.org

171171

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS


172172



The light sectioning method was developed to quantify the volumes of rockinvolved. The method makes use of a radially projected then beam of light

87


www.intercade.org

173173



When projected in a tunnel, and imaged from a distance, the beamshighlights the profile of this drift in a Canadian mine

174174



Image processing techniques can be used to calculate the volume ofexcavated material.

88


www.intercade.org

175175



Image processing techniques can be used to measure overbreak, as inthis example from the Mexican tunnels. The measured tunnel profile isoverlain onto the design profile. Overbreak (blue) and underbreak(yellow) are defined outside of the of the specified tolerance (green) ofthe design.

176176



89


www.intercade.org

177177

CASO ESTUDIO EN GALERIAS DE ADUCCION 1 Y 2 DE LA PRESA DE ALQUEVA - PORTUGAL


178178

LEYENDA DEL PLANO ANTERIORLEGENDA

ZONAMIENTO DE SUPERFICIE

- AFLORAMIENTOS DESPERSOS

- ATERROS, CONSTRUCOES E MATERIALS DIVERSOS ELEMENTOS GEOLOGICOS - ESTRUCTURAS

- LIMITE GEOLOGICO

- AFLORAMIENTOS SUMERGIDA

- PIZARRA VERDE W2-3 / F2-4

- PIZARRA VERDE 3-4 / F4-5

- PIZARRA VERDE W4-5 / F4-5 RESIDUAL DEL SUELO

- TALUDE DE EXCAVACION CON CONCRETO PROYECTADO

- FALLO CON AFICIN INDICACIN NORMAL Y POSSANCA REAL(APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS)

- FALLA INVERSA QUE INDICA INCLINACIN POSSANCA Y REAL(APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS)

- LA ESTRATIFICACIN QUE INDICA UN SESGO

- SQUISTOSIDAD CASA DE FRACTURA (5%)E

- INEACIN L1 INTERSECT (50/51) CON LA ERRADICACINDE PREJUICIOS

L

- BISAGRAS DE LOS PLIEGUES DE FASE CON LA INDICACINPRINCIPAL VARISCO DE SESGO

DIACLASAS VERTICALES

(0.3 - 0.5m)

(0.3 - 0.5m)

s

s


METAVOLCANO SEDIMENTARIO COMPLEJO DE MORO FICALHO

- PIZARRA VERDE

- ESQUISTO VERDE ENCIMERAS DE CUARZO INTERDIGITADA

ROCAS FILONIANAS

- ESPESOR VARIABLE DYKE FELISITICO ENTRELOS A 0,3 m

- DIACLASAS VERTICALES

- DIACLASAS CON INDICACIN DE SESGO

- DIACLASAS CON INDICACIN DE SESGO

- EJES DE GALERAS Y LA EXCAVACIN DEL LMITE CENTRAL

s1

90


www.intercade.org

179179

EJEMPLO DEL PLANO DE VOLADURA EN LA GALERIA DE ADUCCION 1

26262626

Galera de Aduccin 1Area de seccin perifrica A DATA/HORA (Pronostico)

TURNO

LOCAL

06-02-10/02:00NOCHEPk 121.7

2626262626262626

2626

2626

2626

2626

2626

2626262626262626262626

2626

2626

2626

2626

262626262626262626

1414 10 1010 14

10

10

10

10

10

1212

10

12

12

12

12

1010 10

10

12

12

12

12

9

9

9

9

9

9

9

99

9

9

9

9

8

8

8

8

8

85 54

43

3

1

12 2

8

86

PLANO DE FUEGO N 2 414

Datos Tcnicos Un. Tipo de Seccin.

Area TericaVolumen TericoDimetro de PerforacinDimetro del orificio de alivioProfundidades de PerdoracinNmeros de agujeros (total)CalderaAlivio agujeroAuxiliaresCangrejoContornoTotal Perforado

m2m3mmmmm

m

70,8283,2

42110

4129122

541348

516


28 28 28 26 26 26 26 26 28 28 28

161614141616

30

2626

30

Total PerforadoCarga por agujeroCalderaAuxiliaresCangrejoContornoCordn detonante6g40gCarga total / cicloCarga Instantnea Mxima

m

kgkgkgkg

mmkgkg

516

3,572,6433,57

0,714

30135

266,24434,272

V = 640,78 .Q .D0.2969 -1.2295

Frenta distancia desde la superficie de descargaFrenta distancia desde la salida del fondo

125,1 m332,9 m

V = 4,5 mm/sV = 1,4 mm/s

180180

EJEMPLO DEL PLANO DE VOLADURAEN LA GALERIA DE ADUCCION 2

Galera de Aduccin 2DATA/HORA (Pronostico)

TURNOLOCAL

PLANO DE FUEGO N 2

15-09-09/20:00DIA

Pk 308.617410 10 10 10

Area de seccin perifrica AP

PLANO DE FUEGO N 2 174

Datos Tcnicos Un. Tipo de Seccin.

Area TericaVolumen TericoDimetro de PerforacinDimetro del orificio de alivioProfundidades de PerdoracinNmeros de agujeros (total)CalderaAlivio agujeroAuxiliaresCangrejoContornoTotal Perforado

m2m3mmmmm

m

61,2244,8

42110

4131122

641241

5247

7

7

7

7

7

79 8 8 9

89

9

910

10

10

10

10

9

9

88

8

2 21

1

54

4

3

3

6

6

12

9

1212 12

12

12

9

9

9 139

9

12

10

14

14

14

14

1414

14

14

14

14

14

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10

1010

1010 10

10 10 1010

1010

1010

1010

10

10

10

10

10

10

10

10

10

10


Carga por agujeroCalderaAuxiliaresCangrejoContornoCordn detonante6g80gCarga total / cicloCarga Instantnea Mxima

kgkgkgkg

mmkgkg

2,9752,6354,2840,544

22122,4

278,05231,62

V = 640,78 .Q .D0.2969 -1.2295

Frenta distancia desde la superficie de descargaFrenta distancia desde la salida del fondo

180,1 m224,2 m

V = 3,0 mm/sV = 2,3 mm/s

10 10 9 8 7 7 8 9 10 10

30 24 24 24 3020 20 20 202426 26

10

10

10

91


www.intercade.org

181181

Coeficiente de sobrecarga R2

CASO ESTUDIO EN TUNEL 1 Y TUNEL 2 DE LA PRESA DE ALQUEVA - PORTUGAL

Coeficiente de sobrecarga R

A b c74%

1,521 30,303 2,657

LnQPSE fgo .657,2.303,30521,1(%)


Qfgo ,,,( )

182182

ESPESOR DE SOBRE-EXCAVACION MAXIMA PAGADA POR EL DUEO DE LA OBRA

Mtodo de excavacinPerforacin y voladura con explosivos (perforacin y voladura)

Siega (rozadora)

Suelo sin proteccin (suelo, sin blindaje)

Escudo (escudo)

TBM


D: Lnea de sobre-excavacin pagada por el dueo de la obra(Norma Suiza SIA 198)

TBM

92


www.intercade.org

183183

G l i M did (%) C l l d (%) dif i (%)

COMPRACION DE LA SOBRE-EXCAVACION MEDIDA COM LA CALCULADA

Galeria Medida (%) Calculada (%) diferencia(%)

Aduccin 1 14,825 15,885 + 1,06

Aduccin 1 14,315 13,436 - 0,879


184184

DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA

DE SUIZA GALERIA DE ADUCCION 126

28A B

19,92

18,38

4

68

10

12

141618

2022

24

X X X X X X XXX X X X XX X X XX X X X XXX X XXX X X X X XX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX XX X X X X X X X X X X X X XXX X X X XX X X X X X X X X X X X

16,85

15,32

13,79

12,23

10,72

9,19

7,66

6,13

4,60

1,53

3,06

Sobr

ecar

gao

Sob

reca

rgao

(m /

m)

3


100 150 200 250 300 350 400 450

0

2

X

1,53

Norma Suiza: 0,4 mSobreescavacin media calculada

Divergencia sobrecargarDivergencia sobrecargar + geotcnico operacional

Norma Suiza: 0,61 m

Media sobrecargar medido

Divergencia sobrecargar + operacional

La longitud del tnel, pk

93


www.intercade.org

185185

DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA

DE SUIZA GALERIA DE ADUCCION 226

28A B

19,92

18,38C

2

4

68

10

12

1416

18

20

22

24 16,85

15,32

13,79

12,23

10,72

9,19

7,66

6,13

4,60

1,53

3,06

1,53

Sob

reca

rgao

Sob

reca

rgao

(m /

m)

3


50

0

2 ,

Norma Suiza: 0,4 mSobreescavacin media calculada

Divergencia sobrecargarDivergencia sobrecargar + geotcnico operacional

Norma Suiza: 0,61 m

Media sobrecargar medido

Divergencia sobrecargar + operacional

La longitud del tnel, pk100 150 200 250 300 350 400 450

186186

DISTRIBUCION DE LOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION EN LA GALERIA DE ADUCCION

1 (A) Y GALERIA DE ADUCCION 2 (B)

a)

45,71354,101

b)

38,665

15,581

45 760

Divergencia Perifrica

Operacional (%)

Geotcnica (%)

Divergencia Perifrica

Operacional (%)

Geotcnica (%)

0,186


45,760

94


www.intercade.org

187187187

3. DISEO DE VOLADURA PARA EVITAR DAO

A ESTRUCTURAS


188188

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONESGEOLOGIA LOCAL Y CARACTERISTICAS DE

LAS ROCASEn los macizos rocosos homogneos y masivos las vibraciones sepropagan en todas las direcciones, pero en estructuras geolgicascomplejas, la propagacin de las ondas puede variar con la direccin ypor consiguiente presentar diferentes ndices de atenuacin o leyes depropagacin.

La presencia de suelos de recubrimiento sobre substratos rocosos afecta,generalmente, a la intensidad y frecuencia de las vibraciones. Los suelostienen unos mdulos de elasticidad inferiores a los de las rocas y, por ello,


tienen unos mdulos de elasticidad inferiores a los de las rocas y, por ello,las velocidades de propagacin de las ondas disminuyen en esosmateriales. La frecuencia de vibracin disminuye tambin, pero eldesplazamiento aumenta significativamente conforme losespesores de recubrimiento son mayores.

95


www.intercade.org

189189

FRECUENCIAS DOMINANTES EN OPERACIONES CON VOLADURA

PORCENTAJE DE CASOS (X 100)

010

OB

RA

CAN

T

MIN

AS

FRE

CU

ENC

IA H20

3040

5060

70

Dr. Vidal Navarro Torres Consultor IntercadeAS

PU

BLIC

AS

TER

AS

S D

E C

RB

ON

2 8090

100110

120

190190

Estudios estadsticos realizados

FRECUENCIAS DOMINANTESEN OPERACIONES EN MINAS DE CARBON

Y CANTERAS

sobre ms de 2700 registrosrealizados por NobelsExplosive Compay Limited, seobserva que el 90% de lasvoladuras en minas de carbnproducen frecuencias inferioresa 20 Hz. La cantidad de


voladuras en canteras dan lugara frecuencias entre 4 y 21 Hzen un 80%.

96


www.intercade.org

191191

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES PESOS DE LA CARGA EXPLOSIVA

La magnitud de las vibraciones terrestres y areas en punto determinado varasegn la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto allugar de la voladura. En voladuras donde se emplea ms de un nmero dedetonador es la mayor carga por retardo la que influye directamente en ladetonador, es la mayor carga por retardo la que influye directamente en laintensidad de las vibraciones y no la carga total empleada en la voladura,siempre que el intervalo de retado sea suficientemente grande para que noexistan interferencias constructivas entre las ondas generadas por los distintosgrupos de barrenos.

El peso de la carga operante es el factor individual ms importante que afecta ala generacin de las vibraciones. La relacin que existe entre la intensidad delas vibraciones y la carga es de tipo potencia, y as por ejemplo para velocidad


Segn U.S. Bureu of Mines a=0.8

y g p p , y p j p pde partcula se cumple:

aQV

192192

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES DISTANCIA AL PUNTO

DE VOLADURALa distancia a las voladuras tiene, al igual que la carga, una granimportancia sobre la magnitud de las vibraciones Conforme la distanciaimportancia sobre la magnitud de las vibraciones. Conforme la distanciaaumenta la intensidad de las vibraciones disminuye de acuerdo a una leydel tipo:

Donde el valor de , segn el U.S. Bureau of Mines, es del orden de

bDV 1


1,6. Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuacin de loscomponentes de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra acta comoun filtro pasa-baja. As a grandes distancias de las voladuras, lasvibraciones del terreno contendrn ms energa en el rango de lasfrecuencias bajas.

97


www.intercade.org

193193

EFECTOS DE LA DISTANCIA Y FALLAS EN LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULAS

a. EFECTO DE LA DISTANCIA


b. EFECTO DE LA GEOLOGIA

194194

INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LAS VIBRACIONES

Frente a problemas de vibraciones, algunos usuariosl t d i l fi d l l dplantean reducir el consumo especfico de las voladuras,

pero no hay nada ms alejado de la situacin de nivelmnimo, pues se han llegado a registrar voladuras en lasque bajando el consumo de explosivo un 20% con respectoal ptimo, los niveles de vibracin mediados se hanmultiplicado por 2 y por 3, como consecuencia del granconfinamiento y mala distribucin espacial del explosivo que


confinamiento y mala distribucin espacial del explosivo queoriginan una falta de energa para desplazar y esponjar laroca fragmentada.

98


www.intercade.org

195195

TIPO DE EXPLOSIVO Y LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE LAS PARTICULAS

As, pues, la primera consecuencia prctica es que aquellosl i i d b b jexplosivos que generan presiones de barreno ms bajas

provocarn niveles de vibracin inferiores. Estos explosivosson los de baja densidad y baja velocidad de detonacin,por ejemplo el ANFO. Si se compara una misma cantidadde ANFO con un hidrogel comn, o un hidrogelaluminizado, la intensidad de las vibraciones generadas porel primero es 2 veces y 2 4 veces menor respectivamente


el primero es 2 veces y 2,4 veces menor respectivamente.Tal afirmacin ha sido corroborada por diversos tcnicoscomo Hagan y Kennedy (1981), Matheu (1984), etc.

196196

INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LA VELOCIDAD DE LAS PARTICULAS

(mm

/s)

125

150

RIESGO DEPROYECCIONES

ELO

CID

AD

DE

PAR

TIC

ULA

50

75

100

125


CONSUMO ESPECIFICO (Kg/m )

VE

30,25

25

0,30,35

0,4 0,5 1 1,5 2 2,5 30,45

99


www.intercade.org

197197

TIEMPOS DE RETARDO Y VELOCIDAD DE VIBRACION

En lo relativo al tiempo mnimo de retardo para eliminar lasinterferencias constructivas o con efectos sumatorios, en losprimeros estudios realizados por Duvall et al (1963) se proponanprimeros estudios realizados por Duvall et al (1963) se proponanintervalos de 8 ms y 9 ms, calculados a partir de losexperimentados llevados a cabo en canteras de caliza.Langefors (1963) seala que con intervalos mayores de 3 veces elperodo de vibracin puede suponerse que no existe colaboracinentre barrenos adyacentes detonados de forma secuenciada,debido a la amortiguacin de las seales.


Wiss y Linehan (1978) sugieren un tiempo de retardo nominal entreperodos de retardo sucesivos de 17 ms, para eliminar el efectosumatorio de las vibraciones.

198198

ECUACION PARA LA DETERMINACION DEL TIEMPO DE RETARDO

xStt cos

Donde:te = Tiempo de retardo efectivo.tn = Tiempo de retardo nominal.S E i i t t b

VCtt ne


S = Espaciamiento entre barrenos.VC = Velocidad de propagacin de las ondas ssmicas. = Angulo entre la lnea de progresin de la voladura y la

posicin del captador.

100


www.intercade.org

199199

VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULASEN FUNCION DEL TIEMPO DE RETARDO

12

LA (m

m/s

)

9

6

D M

AXI

MA

DE

PAR

TIC

UL


3

6 12 18TIEMPO DE RETARDO (ms)

VELO

CID

AD

24 30

200200

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURADIAMETRO Y ALTURA DE CORTE

La mayora de las variables geomtricas de diseo de las voladurastienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas.Algunos comentarios al respecto son los siguientes:Algunos comentarios al respecto son los siguientes:

Dimetro de perforacin.El aumento del dimetro de perforacin es negativo, pues lacantidad de explosivo por barreno es proporcional al cuadrado deldimetro, resultando unas cargas operantes en ocasiones muyelevadas.


Altura de banco.Debe intentarse mantener una relacin H/B >2 para obtener unabuena fragmentacin y eliminar los problemas de repis, almismo tiempo que se reduce el nivel de las vibraciones por estarlas cargas menos confinadas.

101


www.intercade.org

201201

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y ESPACIAMIENTO

Piedra y espaciamiento.

Si la piedra es excesiva los gases de la explosin encuentran resistenciaSi la piedra es excesiva los gases de la explosin encuentran resistenciapara fragmentar y desplazar la roca y parte de la energa del explosivo setransforma en energa ssmica aumentando la intensidad de las vibraciones.Este fenmeno tiene su manifestacin ms clara en las voladuras deprecorte, donde el confinamiento es total y pueden registrarse vibraciones delorden de cinco veces superiores a las de una voladura convencional enbanco.Si la dimensin de la piedra es reducida los gases se escapan y expandenhacia el frente libre a una velocidad muy alta, impulsando a los fragmentos de


y , p groca proyectndolos de una forma incontrolada y provocando adems unaumento de la onda area y el ruido.

En lo relativo al espaciamiento, su influencia es semejante a la del parmetroanterior e incluso sudimensin depende del valor de la piedra.

202202

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION

B 60 DIV = INTENSIDAD

DE VIBRACION

B = 60 D

IV MUY GRANDE DE VIBRACION

(a)


IV GRANDE

(b)

102


www.intercade.org

203203

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION

B = 40 D

IV MEDIA

B = 20 D


IV BAJA PERO GRAN EFECTODE ONDA AEREA

(d)

204204

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURASOBREPERFORACION Y RETACADO

Sobreperforacin.

Cuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias cadaCuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias, cadaseccin adicional colabora con una cantidad de energa cada vezmenor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base, y por lotanto un porcentaje cada vez mayor de la energa desarrollada por elexplosivo se convierte en vibraciones del terreno, generandoparalelamente un gasto superfluo en perforacin y explosivos, ydejando un piso irregular.

R t d


Retacado.

Si la longitud de retacado es excesiva, adems de presentarproblemas de fragmentacin, se aumenta el confinamiento, pudiendoa dar lugar a mayores niveles de vibracin

103


www.intercade.org

205205

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURAINCLINACION TALADROS Y TAMAO

VOLADURA

Inclinacin de los barrenos Los barrenos inclinados permiten unInclinacin de los barrenos. Los barrenos inclinados permiten unmejor aprovechamiento de la energa al nivel del piso,consiguindose incluso una reduccin de las vibraciones.

Tamao de las voladuras.Las dimensiones de las voladuras estn limitadas, por un lado,por las necesidades de produccin, y por otro, por las cargasmximas operantes determinadas en los estudios vibrogrficos a


mximas operantes determinadas en los estudios vibrogrficos apartir de las leyes de propagacin, tipos de estructuras aproteger y parmetros caractersticos de los fenmenosperturbadores.

206206

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURADESACOPLAMIENTO

Desacoplamiento.

Experiencias llevadas a cabo por Melnikov, empleandodesacoplamientos del 65 al 75 %, demuestran que se mejora lafragmentacin y la uniformidad de la granulometra, y que sedisminuye el porcentaje de voladura secundaria entre 2 y 10veces, as como el consumo especifco de explosivo y laintensidad de las Vibraciones del terreno.

E l Fi d bid At hi (1970) l i fl i d l


En la Fig. debida a Atchison (1970) se ve la influencia deldesacoplamiento (relacin entre el dimetro de la carga y eldimetro del barreno) sobre la intensidad de las vibraciones.

104


www.intercade.org

207207

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURAINTENSIDAD DE VIBRACION

Y DESACOPLAMIENTO

GRANITO LITHONIAON 0,8

1,0

GRANITO LITHONIA

CALIZA BACYRUS

CALIZA MARION

YESO WINNFIELD

PENDIENTE = -1,5TEN

SIO

N R

ELAT

IVA

NTE

NSI

DA

D D

E VI

BR

AC

IO

0 04

0,060,080,10

0,2

0,4

0,6


DESACOPLAMIENTO

O IN

10,01

0,02

0,04

2 4 6 8 10 20 40 60 100

208208

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION DUVALL ET AL (1959-1963) - USBM

USBM : V = K (D/Q1/2)-B (1)

Where:

V = Peak particle VelocityD = Distance of measuring pointQ = Maximum Charge per delay in a round Blast


B = Slope of the best- fit straight line of the V versus D/Q1/2plot in a long log scale, and K is the intercept on theparticle velocity axis when D/Q1/2 = 1

105


www.intercade.org

209209

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION LANGERFORS KIHLSTROM (1973)

Langerfors Kihlstrom (1973) suggested the followingrelationship for various charging levels {(Q/D3/2)1/2} top g g {( ) }estimate Peak Particle Velocity.

LFKH : V = K {(Q/D3/2)1/2}B ..(2)

B is the slope of the best fit straight line of the V versus3/2 1/2


(Q/D3/2)1/2 plot in a log log scale and K is intercept on theordinate.

210210

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION AMBRASEYS HENDROM

For spherical symmetry, Ambraseys Hendron (1968)suggested that any linear dimension should be called to thecube root of the charge weight. They also proposed aninverse power law to relate amplitude of seismic waves andscaled distance. The equation is :

AMHEN : V = K (D/Q1/3)-B . (3)


The empirical constants K and B are derived from the best fit straight line of V versus (D/Q1/3) in log log plot.

106


www.intercade.org

211211

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION INDIAN STANDARD EQUATION

The empirical relation suggested by Indian Standard (1973)uses a parameter in which blast is scaled to the equivalentdi t l d di t It i d fi d th t ldistance or scaled distance. It is defined as the actualdistance divided by the cube root of the square of the chargeweight. The relationship is of the following form :

IS : V = K = (Q2/3/D)B (4)


212212

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION CMRS PREDICTOR EQUATION

CMRS has established an efficient blast vibration predictor (pPal Roy. 1991) based onwave propagation law. The equation considers only geometrical spreading as the causeof the decrease amplitude of ground vibration.The equation is

V = n + K (D/Q1/2)-1 (5)

The empirical constants n is related to the category of parameters, which areinfluenced by rock properties and geological discontinuities. But the empirical constantk is related to the category of parameters which are influenced by design parametersincluding charge weight, distance from the explosion source, charge diameter, delayinterval burden and spacing sub drilling and stemming length Table 1 9 lists the


interval, burden, and spacing, sub drilling and stemming length. Table 1.9 lists thevalues of empirical constants as well as the index of determination for different type ofrock mass insitu. The CMRS equation involves a very simple calculation for thedetermination of charge per delay at any specific distance and the equation is as follows.

Q = [{D(v-n)}/K]2

107


www.intercade.org

213213

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION RESUMEN

Nombre de la ecuacin predictor

USBM (Duvall and Fogelson 1962)

Ecuacines

USBM (Duvall and Fogelson, 1962)

Ambraseys - Hendron (1968)

Langefors - Kihlstrom (1978)

Indian Standard Predictor (1973)


( )

Donde v es la velocidad de las partculas de pico (mm / s), la Q carga mxima por retardo (kg), R la distancia entre explosin de caraa punto de control de vibraciones (m), y K y B las constantes de sitio, que puede ser determinada por mltiples anlisis de regresin.

MAX

214214

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HENDRON (1968) Y DOWDING (1971)

Donde: V = Velocidad de partcula.V Velocidad de partcula.DS = Distancia. Q = Carga mxima por retardo.k, n = Constantes empricas.

n

QDSxKv

3/1


Q

3/1

108


www.intercade.org

215215

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION DEVINE Y DUVALL (1963)

Si se utilizan cargas de explosivo cilndricas, se ha visto poranlisis dimensional que las distancias deben ser

id di idi d l l i d d d lcorregidas dividindolas por la raiz cuadrada de la carga,Devine (1962), Devine y Duvall (1963), llegndose a definirla siguiente ley de propagacin. Fig. 33.20:

nDS


QDSxKv

2/1

216216

Otros como Atewel et al(1965) Holmberg y Persson

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HOLMBERG Y PERSON (1978)

VELOCIDAD DE PARTICULA (mm / s)

163,5 mm / s

(1965), Holmberg y Persson(1978), Shoop y Daemon(1983) no consideram unasimetra de carga particulary utilizan la siguienteexpresin general:

V (mm / s) = 323 (D/Q )-1,45


ba DS xQxKv DISTANCIA (m)

43m.

38 kg

CARGA MAXIMA PORRETARDO (kg)

109


www.intercade.org

217217

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION ECUACION DE DEVINE

La ecuacin de Devine es comnmente utilizada para modelar elcomportamiento de las vibraciones productos de tronaduras encampo lejano. La misma, relaciona la PPV(mm/s) con el peso de la

l i W (k ) d t d f i t t l di t icarga explosiva W (kg) detonada en forma instantnea y la distanciad(m) al punto de observacin. Los valores K y representan lascaractersticas de comportamiento vibracional del terreno. Dichaecuacin se presenta a continuacin:

L fi 8 fi l lt d l i d j t d l M d l

2/1 W

dxKPPV


La figura 8 grafica los resultados y la ecuacin de ajuste del Modelode Devine, que caracteriza el comportamiento vibracional del terrenode la unidad geotcnica donde se realiz el ensayo, estrepresentada por:

9358.1

2/1 3.1211

W

dxPPV

218218

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION GRAFICO DE LA ECUACION

DE DEVINEModelo de Vibraciones Campo Lejano (Devine)

Prueba Especial - Sector F5SMina Los Bronces

40

30

20

de P

artc

ula

Peak

(mm

/s)

74050_MATERIALDEESTUDIOPARTEIIIDiap139-218

Documents

taladro essuperior

taladro pbla

roca querodea

roca quedr

vd x x p x pb8011022826dr

distintos diametros

lt d d

longitudy dimetro