PROGRAMA DIPLOMADO GEOTECNIAPROGRAMA DIPLOMADO GEOTECNIA

VIBRACIONES Y EFECTO PARED FINALVIBRACIONES Y EFECTO PARED FINAL

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VIBRACIONES Y EFECTO PARED FINALVIBRACIONES Y EFECTO PARED FINAL

Medición de Vibraciones

Transmisión a través de medio

La tronadura al efectuar el fracturamiento y movimiento de la roca, genera además vibraciones que se transmiten a través de los materiales como ondas sísmicas cuyo frente se desplaza radialmente a partir del punto de detonación. Esta onda sísmica puede causar un daño significativo al diseño del pit, actuando sobre fallas o estructuras principales de la mina o a las instalaciones industriales y edificaciones.

Transmisión a través de medio

Transmisión a través de medio

Instrumentación para monitoreo de vibraciones.  

La instrumentación es vital y su propósito es localizar traductores en puntos estratégicos a objeto de obtener una base de información consistente y representativa.

 Los sensores de vibración se anclan a la roca muy próximo a la tronadura y

detectan los pulsos intensos de choque producidos por las cargas individuales, a medida que detonan. Los sensores comúnmente usados son los geófonos (sensores de velocidad) y los acelerómetros (sensores de aceleración).

 En un geófono la amplitud de la señal es directamente proporcional a la

velocidad de partícula y las unidades por lo tanto se muestran en (m./seg.) o más comúnmente en (mm./seg.), convirtiendo un pequeño movimiento físico, generado durante el paso de la vibración, a una señal de voltaje equivalente según sea su sensibilidad.

Arreglos Triaxiales

Geófono vertical

Geófono Radial

Geófono Transversal

 Modelamiento de las vibraciones 

El análisis de los registros de vibraciones permite conocer la velocidad de partícula que genera cada carga o grupos de cargas en la tronadura, obteniendo los datos de velocidad de partícula, distancia con respecto a la ubicación del geófono y cargas por tiro. Mediante esta información se genera el modelo de vibraciones.

El modelo teórico utilizado para el modelamiento de las vibraciones es el de campo cercano de Holmberg y Persson, ya que este modelo actúa muy cerca de los pozos que es donde ocurre el fracturamiento y sirve como una herramienta para estimar el daño potencial que se puede producir detrás de la línea de programa y así estimar la distancia a la cual se debe establecer la franja de control en el ramate del banco. Una vez determinadas las ecuaciones de vibraciones se ajustan estas a modo de establecer un modelo representativo y confiable. El ajuste consiste en desplazar paralelamente el modelo obtenido, de modo que cubra un mayor número de puntos recogidos en terreno en rangos que oscilan entre un 80% y 95% de confiabilidad y adoptar así un factor de seguridad. El proceso de ajuste no significa cambiar los valores de los datos recogidos en terreno, sino darles una interpretación estadística más conservadora y por lo tanto más segura

Medición vibración Campo medio lejano

Modelos de Vibración Campo medio lejano

Modelos de Vibración Campo medio lejano

Modelos de Vibración Campo medio lejano

Modelos de Vibración Campo medio lejano

Para que usar Modelos de Vibración Campo medio lejano

Para Cautelar

Para Cautelar

Medición vibración Campo Cercano

Medición vibración Campo Cercano

Modelos de Vibración Campo Cercano

Vibración = Esfuerzo Mecánico

Esfuerzo

Nuevas fracturas

Deslizamiento

Dilatación de Fracturas

Efecto de vibración y determinación de franja de control

• Mecanismos responsables de la sobreexcavación

• Efecto de vibración y determinación de franja de control

• Tipos de tronaduras controladas

Efecto sobre la Pared

• La energía no aprovechada en algunos casos alcanza el 85%, reduciendo la resistencia estructural del macizo rocoso.

• Se entiende por tronadura controlada toda aquella que está diseñada para limitar los efectos sobre el entorno, ya sea tanto sobre el macizo rocoso mismo como el ambiente.

• Para el control de taludes interesa minimizar las alteraciones sobre el macizo, considerando tanto efectos sobre la roca (campo cercano) como la posible activación de fallas o cuñas (campo medio).

Consecuencias negativas

Mayor dilución del mineral con estéril en las zonas de contacto en minería metálicas.

Aumento del costo de la carga y el transporte debido al incremento del volumen del material de excavación.

Necesidad de reforzar la estructura rocosa residual mediante costosos sistemas de sostenimiento: Mallado, cerchas metálica, apernado,etc.

Mayor riesgo operacional para las personas.

Consecuencias positivas

Elevación del ángulo del talud, consiguiéndose un incremento de las reservas recuperables o una disminución de la razón estéril /mineral.

Reducción del riesgo de desprendimiento parciales de talud, minimizando la necesidad de bermas anchas y con una repercusión positiva sobre la productividad y seguridad en los trabajos de explotación.

Una reducción en la cantidad de roca a ser removida (ciclos de carguío y costos de transporte reducidos durante la excavación).

Diferencia de talud con y sin tronadura controlada

Daño a la Roca

• Se considera daño a la roca la alteración indeseada de sus propiedades geomecánicas como producto del sometimiento a esfuerzos mecánicos generados por la tronadura.

“Cambio en la Matriz de Fracturas de la Estructura de la Roca”

Número de Fracturas

Condición de las Fracturas: longitud, apertura, rugosidad.

Propiedades físicas y mecánicas de la roca. Por lo general, la aplicación de estos datos se limita a modelamiento de la

fragmentación y daño producido por la tronadura. Las propiedades principales físicas y mecánicas que se usan comúnmente en el modelamiento de tronaduras son:

  1. Módulo de Young.2. Indices de resistencia (de compresión y tensión estática)3. Densidad de la roca.4. Porosidad de la roca.5. Propiedades sísmicas (velocidades de propagación) El término dureza se usa frecuentemente y probablemente se define mejor en

términos de una combinación de resistencia a la compresión y la densidad del material.

Efecto de vibración y determinación de franja de control

Daño...

Efectos: Fracturamiento masivo, en la zona circundante

a los pozos. Creación de nuevas fracturas Dilatación de fracturas existentes, tanto en

espesor como en longitud. Disminución de cohesión de bloques in- situ. Deslizamiento de cuñas. Disminución del ángulo del talud.

Mecanismos de Daño o sobreexcavación

Durante la detonación de una carga explosiva, las condiciones que se presentan están caracterizadas por dos fases de acción:

Se produce un fuerte impacto debido a la onda de choque, vinculada a la energía de tensión, durante un corto tiempo

Actúan los gases producidos detrás de la zona de reacción que alta presión y temperatura son portadores de energía termodinámica.

Deformación = = f (PPV, Vp) = f (, E)

PPV = “Peak Particle Velocity”Vp = Velocidad de la Onda P

resistencia a la tensiónE = módulo de Young

PPV

V Ep

Efecto de vibración y determinación de franja de control

EV

PPVtp

max

Propiedades de la Tronadura Propiedades de la Roca

Efecto de vibración y determinación de franja de control

• El PPV crítico (“PPVmax”) es una característica de cada roca.• La intensidad del daño es proporcional a este nivel máximo de

vibraciones PPV max:

– Dilatación de fracturas 1/4 * PPVmax

– Aparición de nuevas grietas PPVmax

– Daño notorio u obvio 4 * PPVmax

– Sobrequiebre 8 * PPVmax

(Criterio de Holmberg y Persson)

Existe además una “Zona de Trituración” alrededor de la perforación, si la compresión ejercida por el frente de ondas supera la resistencia a la compresión de la roca.

Efecto de vibración y determinación de franja de control

para algunas rocas comunes

Granito 850 mm/s

Andesita 600 mm/s

Arenisca 450 mm/s

Pizarra 350 mm/s

Concreto 250 mm/s

Roca en R.T. 123 - 321 mm/s

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano

1° Prueba

COTA FINAL DE POZOS : 940

2° Prueba

COTA DE GEOFONO : 945

ESPACIAMIENTO ENTRE GEOFONO : 50 MTSESPACIAMIENTO ENTRE POZOS : 15 MTS

Geofono (G9)

Geofono (G8)

Geofono (G7)

Pozo 2-2T. Iniciación 1100 ms

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Pozo 2-3T. Iniciación 1200 ms

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Pozo 2-6T. Iniciación 1500 ms

Masa expl: 400 KgExpl: Blendex-930

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Pozo 2-5T. Iniciación 1400 ms

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Pozo 2-4T. Iniciación 1300 ms

Masa expl: 300 KgExpl: Blendex-930

Pozo 2-1T. Iniciación 1000 ms

Pozo 1-1T. Iniciación 1000 ms

50 mts

15 mts

GEOFONO G7

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

29,2 mm/s 31,8 mm/s 50,7 mm/s 79,1 mm/s 53,3 mm/s 98,8 mm/s

25,8 mm/s 37,8 mm/s 49,8 mm/s 61,0 mm/s 23,2 mm/s 27,5 mm/s

18,9 mm/s 17,2 mm/s 16,3 mm/s 41,2 mm/s 30,9 mm/s 27,5 mm/s

41,6 mm/s 49,6 mm/s 72,2 mm/s 100,6 mm/s 53,9 mm/s 102,2 mm/s

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano

GEOFONO G8

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

5,4 mm/s 6,3 mm/s 6,3 mm/s 11,6 mm/s 18,4 mm/s 16,6 mm/s

3,1 mm/s 6,7 mm/s 4,0 mm/s 6,7 mm/s 4,5 mm/s 6,3 mm/s

3,6 mm/s 5,4 mm/s 3,6 mm/s 6,3 mm/s 8,1 mm/s 8,1 mm/s

6,02 mm/s 8,99 mm/s 7,1 mm/s 13,32 mm/s 18,8 mm/s 17,18 mm/s

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano

GEOFONO G9

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

1,1 mm/s 2,9 mm/s 2,5 mm/s 2,2 mm/s 3,6 mm/s 5,4 mm/s

3,6 mm/s 4,7 mm/s 4,3 mm/s 5,8 mm/s 6,5 mm/s 7,6 mm/s

3,5 mm/s 6,2 mm/s 6,6 mm/s 5,4 mm/s 4,2 mm/s 4,6 mm/s

3,98 mm/s 5,2 mm/s 5,76 mm/s 6,06 mm/s 7,35 mm/s 10,17 mm/s

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano

Ajuste forzadoDist Normal Dist Student Dist Normal

Percentil diseñado Pendiente: -2,376 -2,376 -1,846K (prom): 962 962 388

95% K (95%): 1785 1850 805

Calidad del ajuste (r2): 0,986

No de puntos 18

POZO GEOFONO Distancia al Carga PPVMonitor (m) Wt (kg) (mm/s)

P 2.1 G7 65 300 42,8P 2.1 G8 115 300 5,5P 2.1 G9 165 300 4,09P 2.2 G7 58,31 300 47,5P 2.2 G8 104,4 300 9P 2.2 G9 152,97 300 6,09P 2.3 G7 52,2 300 70,4P 2.3 G8 101,12 300 7P 2.3 G9 150,75 300 5,83P 2.4 G7 50 300 98,8P 2.4 G8 100 300 12,9P 2.4 G9 150 300 6P 2.5 G7 52,2 300 55,4P 2.5 G8 101,12 300 18,6P 2.5 G9 150,75 300 7,39P 2.6 G7 58,31 300 99,8P 2.6 G8 104,4 300 16P 2.6 G9 152,97 300 10,17

Mejor ajuste

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano Divine

Geófono Tiempo (ms) PPV (mm/s) Tiempo (ms) PPV (mm/s) Tiempo (ms) PPV (mm/s) Tiempo (ms) PPV (mm/s) Tiempo (ms) PPV (mm/s) Tiempo (ms) PPV (mm/s)G(7) 30,20 42,80 120,70 47,50 217,75 70,40 316,85 98,80 426,95 55,40 520,90 99,80G(8) 34,60 5,50 134,60 9,00 231,40 7,00 331,00 12,90 433,00 18,60 531,00 16,00G(9) 47,8 4,09 201,8 6,09 255,3 5,83 344,9 6 444,5 7,39 560,5 10,17

Pozo 2-5 Pozo 2-6Pozo 2-1 Pozo 2-2 Pozo 2-3 Pozo 2-4

DISTANCIA100 200 300 400 500 600

(m) VELOCIDAD DE PARTICULAS [mm/s]50 20,66 47,01 76,04 106,96 139,36 173,00

100 3,99 9,08 14,69 20,66 26,92 33,42

150 1,53 3,47 5,61 7,90 10,29 12,77

200 0,77 1,75 2,84 3,99 5,20 6,46

250 0,45 1,03 1,67 2,35 3,06 3,80

300 0,29 0,67 1,08 1,53 1,99 2,47

350 0,20 0,47 0,75 1,06 1,38 1,71

400 0,15 0,34 0,55 0,77 1,00 1,25

450 0,11 0,26 0,41 0,58 0,76 0,94

500 0,09 0,20 0,32 0,45 0,59 0,73

VELOCIDAD DE PARTICULAS [mm/s]

APLICACIÓN MODELO DE VIBRACION DE DEVINEEXPLOSIVOS DETONADOS POR RETARDO ( KG)

Modelo Vibraciones

V = 962 ( d / W 1/2 ) -2.372

Donde :

d = Distancia (m)

W = Explosivos detonados por retardos (kg)

V= Velocidad de Partícula [mm/s]

Aplicación Modelo de Vibración Campo Lejano Divine