Vibraciones y daño en Voladura de Túnel_ISEM-2000

8/13/2019 Vibraciones y dao en Voladura de Tnel_ISEM-2000

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MONITOREO Y MODELAMIENTO DE VIBRACIONES POR VOLADURA Pgina 1

4 Seminario Internacional de Seguridad Minera, Lima - PER, Febrero 2000. (Scherpenisse C.R., Adamson W.R., Daz J. C.)

MONITOREO Y MODELAMIENTO DE VIBRACIONES PARA LA EVALUACIN

Y OPTIMIZACIN DE LAS VOLADURAS DE DESARROLLO HORIZONTAL

Carlos R. Scherpenisse, Ing.(1)

, William R. Adamson, PhD.(2)

, Juan C. Daz, Ing.(3)

,(1) Director-Gerente General, (2) Director, (3) Ing. Estudios. ASP BLASTRONICS S.A.

RESUMEN

La voladura representa una de las operaciones unitarias de mayor relevancia en toda operacin de extraccin

de mineral. Su objetivo terminal es lograr un adecuado grado de fragmentacin de la roca, de tal modo que

haga mnimo el costo combinado de las operaciones de perforacin, voladura, transporte y chancado primariode la roca, produciendo a la vez el menor dao posible en las cercanas de sta.

El alto grado de influencia de los resultados de la voladura, en los restantes procesos del ciclo operacional,

hace evidente la necesidad de contar con la experiencia y tecnologa que permitan evaluar y posteriormente

optimizar esta operacin unitaria.

El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras, es una tcnica que provee mltiples

ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura. En efecto, la medicin de los

niveles de velocidad de partculas que provoca la detonacin de cada carga explosiva, es un medio a travs

del cual es posible conocer su eficiencia relativa, su interaccin con las cargas adyacentes y en definitiva el

rendimiento general del diseo.

As, el monitoreo de las vibraciones en la roca causadas por una voladura, ha sido utilizado como una

herramienta de diagnstico de sta, ya que la adecuada interpretacin del registro de vibraciones permite

determinar el grado de interaccin entre las variables de una voladura, pudindose evaluar por ejemplo: cargas

detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersin en los tiempos de encendido de los retardos;

detonacin deficiente de cargas; detonaciones instantneas; detonacin de cargas adyacentes por simpata;

adems de la cuantificacin de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleracin y desplazamiento de las

partculas de roca, etc.


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Otro aporte importante del empleo de sta tecnologa, es el de obtener los niveles de velocidad de partcula

absolutos, para cada una de las cargas explosivas, las que asociadas a las distancias en que se registra dicha

detonacin conforman una base de datos con la cual se ajustan los modelos de comportamiento y se evala el

dao potencial que esa vibracin puede producir.

Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedades geomecnicas del macizo

rocoso, permite estimar la probabilidad de ocasionar dao en dicho macizo. Los altos niveles de vibracin

pueden daar al macizo rocoso, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes.

La vibracin en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso.

Se describe en este trabajo algunos casos de aplicacin de la tcnica de monitoreo de vibraciones

particularmente en Mina Subterrnea y su importancia en el diagnstico, control, modelamiento y optimizacin

del proceso de la voladura. Se analiza su potencial en trminos de alcanzar substantivas mejoras tcnico-

econmicas, aumentar los rendimientos y minimizar los costos operacionales en esta etapa de la explotacin

minera.

1.- INTRODUCCIN Y ANTECEDENTES GENERALES

El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras, es una tcnica que provee mltiples

ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura. En efecto, la medicin de losniveles de velocidad de partculas que provoca la detonacin de cada carga explosiva, es un medio a travs

del cual es posible conocer su eficiencia relativa, su interaccin con las cargas adyacentes y en definitiva el

rendimiento general del diseo.

Otro aporte importante del empleo de sta tecnologa, es el de obtener los niveles de velocidad de partcula

absolutos, tambin, para cada una de las cargas explosivas. Estos valores tienen importancia tanto en lo que

respecta a estudiar la eficiencia de un grupo de cargas, que al ser similares deben producir en el punto de

medicin un nivel tambin similar, y por otro lado provee informacin para evaluar el dao potencial que esa

vibracin puede producir.

Todo lo indicado en los prrafos anteriores ser posible slo si la tcnica es empleada correctamente,

mereciendo especial atencin los aspectos de: ubicacin, orientacin y acoplamiento de los gefonos utilizados

como sensores, segn y como el instrumento empleado como capturador y analizador de la onda ha sido


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configurado para la medicin, particularmente en relacin a la resolucin de tiempo de muestreo, rangos de

velocidad y procedimientos de anlisis.

Usualmente se emplean gefonos en arreglos biaxiales o triaxiales a diferentes distancias segn el tipo de

voladuras monitoreadas, la seal detectada por estos gefonos es transmitida por cable al Monitor de

Vibraciones Blastronics BMX. La informacin recolectada es grabada en archivos digitales los que

posteriormente son analizados para identificar los aspectos de la seal, que como se mencion previamente,

dan cuenta de las caractersticas de la voladura.

Comportamiento de la Velocidad de Partcula

Varios son los modelos experimentales que representan la velocidad de partcula en funci n del explosivo

detonado y la distancia a la que se registra dicha detonacin, entre los ms conocidos se encuentran el Modelo

General (ecuacin 1) y el de Regresin Mltiple (ecuacin 3).

Modelo General

Donde:PPV = Velocidad de Partcula (mm/s)

D = Distancia EscalarK = Factor de Velocidad = Factor de Decaimiento

El trmino "D"o distancia escalar, da cuenta de la influencia de la distancia en [m], y la cantidad de

explosivo en [Kg]. En relacin a sta formulacin matemtica existen varios criterios derivados de los cuales

se emplea comnmente el deDevine (ecuacin 2).

En la expresin de la ecuacin 2,

"W" corresponde al peso de la

carga detonada en forma

instantnea en kilogramos y "d"la

distancia a la cual se cuantifica la velocidad de partcula. Tericamente, ste criterio es el que mejor

DaKPPV *= (1)

W

dK=V

1/

2*

(2)


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representa el comportamiento de la vibracin, para el campo lejano (aproximadamente d > 3 largo de la

carga), generadas por el tipo de cargas explosivas usadas en voladuras de rajo abierto, esto es, columnas

explosivas cilndricas, donde se tiene por anlisis adimensional que las distancias deben ser corregidas por la

raz cuadrada de la carga.

Modelo Holmberg & Persson

Otros autores (ecuacin 3), no consideran

una simetra de carga particular y utilizan la

siguiente expresin.

En el rea ms cercana a las cargas explosivas (donde se produce el mayor fracturamiento), esta ecuacin

puede ser modificada para tomar en cuenta la longitud de una carga de forma cilndrica.

La forma matemtica del modelo de vibracin en el campo cercano propuesto por Holmberg&Persson (1979),

es la presentada a continuacin (ecuacin 4), segn los trminos detallados en la Figura 1.

PPV = K * -d * W (3)

( )[ ]PPV K

dh

R R Tan x

H

=

+

02 0 2

2

0

/ (4)


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Figura 1: Descripcin de los parmetros utilizados por el modelo de Holmberg & Persson

En la Tabla 1, se presentan diferentes valores para los parmetros del Modelo Devine (K y Alfa), obtenidos

en diferentes tipos de roca y distintas faenas mineras del pas. Esta gran variabilidad para el factor K desde

un mnimo de 99 hasta un mximo de 703 (7 veces mayor) y para el Factor de Atenuacin Alfa desde -1.54

hasta -2.49, determinan que el uso indiscriminado de estos modelos y la transferencia de estos desde una mina

a otra o desde un sector a otro en la misma mina puede significar estimar un gran margen de error las

vibraciones y como consecuencia de ello las restricciones a las voladuras y los criterios de dao

Tabla 1: Variabilidad en los parmetros del Modelo de VibracinDevine, para Diferentes Minas y Macizos Rocosos.

Factorde Amplitud

K

Factor deAtenuacin

Alfa

Factorde Amplitud

K

Factor deAtenuacin

Alfa

- -

500 -2.11 227 -1.60

321 -2.39 499 -2.01

495 -2.12 175 -1.63

262 -2.28 112 -1.94

284 -1.72 428 -2.49

481 -1.74 168 -1.54

299 -2.48 703 -2.21597 -2.32 177 -2.04

K Mximo = 703 Alfa Mximo = -2.49

K Mnimo = 99 Alfa Mnimo = -1.54

K Promedio = 357 Alfa Promedio = -2.07

Esta variabilidad en los parmetros del Modelo Devine, da cuenta de la gran importancia que tiene establecerpara cada tipo de macizo rocoso en particular, la ecuacin de comportamiento de las vibraciones, la que est

directamente relacionada con las propiedades geomecnicas, tipos de explosivos, aspectos geomtricos, etc.,

y por tanto, deben ser estimados como consecuencia de una campaa de monitoreo y modelamiento, en

forma independiente no slo en cada mina si no en cada dominio geomecnico de la misma.


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Estimacin de la Velocidad de Partcula Crtica Terica

Los altos niveles de vibracin pueden daar al macizo rocoso, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y

dilatando fracturas existentes. La vibracin en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o

deformacin del macizo rocoso.

Con bajos niveles de vibracin, tales como los presentes a grandes distancias de las voladuras, los niveles de

deformacin son muy pequeos para inducir el fracturamiento del macizo rocoso. A menores distancias, las

vibraciones son suficientemente altas para extender las fracturas preexistentes, pero insuficientes para inducir

nuevo fracturamiento. Muy cerca de las cargas explosivas, sin embargo, los niveles de vibracin son lo

suficientemente altos como para afectar a la matriz de roca y producir diferentes grados de fracturamiento a

su alrededor.

La velocidad vibracional de las partculas, frecuentemente es relacionada con su habilidad para inducir nuevo

fracturamiento, a travs de la relacin entre velocidad de partcula y deformacin de partcula, vlido esto

para una condicin de roca confinada en la vecindad inmediata a las cargas explosivas, en donde el impacto

de la voladura es ms intenso y los niveles de esfuerzos inducidos son similares a los esfuerzos necesarios

para la fragmentacin de la roca. Dada sta relacin con la deformacin, es que el anlisis de velocidad de

partcula tiene la cualidad de ser un buen mtodo para estimar el grado de fracturamiento inducido por la

voladura. De acuerdo a lo indicado:

Esta ecuacin presenta la relacin entre la Velocidad de Partcula; PPV, la deformacin inducida; , para

una roca con Velocidad de la Onda de Compresin; Vp. Esta ecuacin supone una elasticidad lineal de la

roca a travs de la cual la vibracin est propagndose y hace una estimacin razonable para la relacin entre

la roca fracturada y la vibracin inducida.

De la Ley de Hooke y asumiendo un comportamiento elstico de la roca, la Velocidad de Partcula Mxima

(Crtica) , PPVc, que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra el fallamiento por tensin, es

estimada conociendo la Resistencia a la Traccin ( t), el Modulo de Young, E, y la Velocidad de

propagacin de la Onda P, Vp, usando la ecuacin:

= PPV / Vp (4)


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En funcin de los antecedentesproporcionados a ASP BLASTRONICS por diferentes Minas, se emple la

ecuacin (5) para estimar en primera aproximacin la Velocidad de Partcula Mxima o Crtica para

algunos tipos de roca ms frecuentes.

En la Tabla 2, se resumen los datos y el valor calculado para los tipos de roca analizados. En la ltima

columna, se muestra el clculo del PPVc, definido como el nivel sobre el cual se generar un dao

produciendo nuevas fracturas a la roca. Una estimacin del nivel de Velocidad de Partcula sobre el cual se

produce el dao ms intenso (trituracin), puede ser estimado como el valor aproximado a 4 veces el nivel

para el dao incipiente (4 x PPVc).

Finalmente, se estima que un nivel equivalente a la cuarta parte, es decir 25% del valor de PPVc, es suficiente

para iniciar extensin de fracturas preexistentes. Se sugiere ocupar este nivel de 1/4 PPVc, como un lmite

conservador y a partir del cual se deben controlar los diseos de carguo para que las voladuras no ocasionen

dao al macizo rocoso.

Tabla 2: Estimacin de Velocidad de Partcula Crtica Terica en distintos tipo de Roca

Tipo de Roca

Resistencia ala Traccin

[MPa]

Velocidad deOnda P

[m/s]

MduloYoung[GPa]

Velocidad dePartcula Crtica

[mm/s]

Cuarzo-1 14.0 5 102 55.5 1 286

Brecha-1 7.3 4 298 30.2 1 037Milonita 1.9 2 940 14.6 380

Ox-1 6.7 4 373 35.2 836Ox-2 7.2 4 804 44.4 774

Cuarzo-2 8.4 4 207 42.7 823Brecha-2 3.9 4 041 39.3 401

Andesita-1 14.9 4 975 67.3 1 100Diorita 13.2 4 650 48.6 1 260

Brecha-3 11.3 4 650 58.3 900Prfido-1 6.7 3 829 31.2 823Prfido-2 5.1 3 661 46.6 401

PPVc = t VpE

(5)


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Los valores de Velocidad de Partcula Crtica calculados en la Tabla 2, son producto de las caractersticas

fsicas de la roca, y la precisin en su estimacin depende de la calidad y cantidad de los datos de ensayos

ocupados en su clculo, recordndose que sigue siendo una estimacin y deben constantemente ajustarse con

mediciones en terreno, que den cuenta cuantitativamente del dao y que permitan establecer con mayor

precisin e in-situ, la capacidad de macizo rocoso para soportar niveles de vibracin en el rango estimado.

Los niveles de Velocidad Partcula Crtica entregados en la Tabla 2, pueden diferir de los mencionados

habitualmente en la literatura tcnica al respecto. Estas diferencias refleja la gran importancia que tiene

establecer para cada tipo de macizo rocoso en particular los lmites de dao, los que estn directamente

relacionados con sus propiedades geomecnicas y por tanto deben ser estimados en forma independiente no

slo en cada mina si no en cada dominio geomecnico de la misma.

El dao es causado principalmente por 3 mecanismos que son; La generacin de nuevas grietas en la roca al

superar un nivel crtico de velocidad partcula, extensin y apertura de fracturas existentes por la accin de

una excesiva presin de gases, y finalmente, la desestabilizacin de bloques, cuas, etc, debido a la alteracin

de las propiedades de las estructuras geolgicas. De estos mecanismos, es importante reconocer que los dos

primeros afectan al campo cercano ( 50 metros).

La gran cantidad de variables que interactan en una voladura, hace necesario el adaptar y desarrollartcnicas que permitan una ptima evaluacin de este proceso, antes, durante y despus de su ocurrencia, as

como de una adecuada cuantificacin y control del dao que ella puede producir.

Anlisis de Registros de Vibracin

Cada registro de los monitoreos, es analizado de varios aspectos, como son: investigar el rendimiento del

diseo en trminos de su eficiencia de detonacin, la precisin de los retardos, y el desarrollo correcto del

disparo. Tpicamente el anlisis incluye un exhaustivo conocimiento del diagrama del disparo, considerando

todos los datos de diseo.


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Figura 2 : Registro de Vibraciones tpico en voladura de desarrollo horizontal.

Figura 3a y 3b : Vibraciones del sector de la rainura, para el caso de una voladuracon buen y mal resultado respectivamente.

La base del anlisis es el registro de vibracin propiamente tal, se muestra en forma completa en la Figura 2.De ste registro, es posible obtener con exactitud los tiempos de detonacin de cada carga (y por lo tanto el

rendimiento o precisin de los retardos), adems de la eficiencia de la detonacin de cada carga en base de su

amplitud relativa, su vibracin en valor absoluto y posteriormente analizar cada seccin del diseo (por

ejemplo la rainura) por separado en ms detalle, incluso haciendo comparaciones entre un resultado


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satisfactorio (Figura 3a) y uno que indica la existencia de varios problemas en el funcionamiento del diseo o

su ejecucin (Figura 3b).

A continuacin se detallan los resultados al realizar a cada diseo estudiado, los anlisis respectivos:

2.- ANLISIS DE LOS TIEMPOS DE LOS RETARDOS

Como se mencion previamente, a travs del monitoreo de las vibraciones producidas por las cargas

explosivas analizadas, es posible extraer los tiempos de detonacin asociados al retardo nominal empleado por

cada una.

La tabla siguiente muestra los tiempos obtenidos para cada uno de los retardos de la Serie LP, y un anlisis

estadstico de ellos para los casos con ms de 8 muestras, indicndose los tiempos mnimos y mximos, el

promedio y la desviacin estndar.

Tabla 3: Resumen y Anlisis de los Tiempos de Retardos.

N Retardo(Tiempo Nominal)

Cantidad#

Rango de Tiempo(ms)

Mn - Mx

TiempoPromedio

(ms)

Desviacin

(ms) / (%)4 LP (1 000 ms) 9 1 071 - 1 114 1 094 13.5 / 1.2

5 LP (1 400 ms) 10 1 423 - 1 475 1 443 15.0 / 1.0

6 LP (1 800 ms) 13 1 926 - 2 030 1 976 30.1 / 1.5

7 LP (2 400 ms) 18 2 607 - 2 836 2 713 50.5 / 1.9

8 LP (3 000 ms) 18 3 154 - 3 314 3 232 46.7 / 1.4

10 LP (4 600 ms) 27 4 668 - 4 960 4 823 81.8 / 1.7

11 LP (5 500 ms) 11 5 691 - 5 914 5 793 67.9 / 1.2

12 LP (6 400 ms) 13 6 360 - 7 298 6 743 246.2 / 3.7

13 LP (7 400 ms) 8 7 754 - 8 172 7 924 129.4 / 1.6

Se puede objetar la no correccin de estos tiempos por la variable tiempo de viaje de las ondas, aspecto que

sin embargo es de menor relevancia en mina subterrnea dado la calidad del macizo rocoso y su velocidad de

propagacin (Vp). Dada la condicin de que todas las mediciones estuvieron en un rango20m el tiempo de

viaje toma valores entre 2.5ms a 5ms con un Vp de 4000m/s, los que no modifican substancialmente los

resultados del anlisis dado la magnitud de los tiempos involucrados.


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Los resultados del anlisis estadstico, describen en general una buena calidad de los accesorios,

particularmente en el aspecto precisin, es decir la desviacin de los datos respecto de su media, con

porcentajes no superior al 1.9% a excepcin de uno con un 3.7%.

Otro aspecto que cabe destacar es la no existencia de superposicin alguna entre los retardos de la Serie LP

analizada, respecto de los tiempo mnimos y mximos de retardos consecutivos. Esta cualidad, asegura el

correcto desarrollo de la voladura en trminos de la secuencia de salida y detonacin.

3.- EFICIENCIA GENERAL DE LOS DISEOS

Con el anlisis realizado a los registros de vibraciones de cada voladura, es posible establecer la eficiencia

relativa de cada sector de la voladura y la eficiencia general de la voladura, en base al nmero detectable de

cargas respecto del total empleado.

Tabla 4 : Resumen rendimiento parcial y total de las voladuras estudiadas.

Disparo DiseoLabor

Rainura Auxiliares Contorno Zapatera TOTAL

1 5.4x4.5 13/12(92%)

19/16(84%)

21/8(38%)

7/4(57%)

60/40(67%)

2 5.4x4.5 13/3

(23%)

19/12

(63%)

21/12

(57%)

7/1

(14%)

60/28

(47%)

3 5 x 4 13/13

(100%)

15/14

(93%)

19/9

(47%)

6/3

(50%)

53/39

(74%)

4 5 x 4 13/11

(85%)

19/18

(95%)

21/9

(43%)

7/4

(57%)

60/42

(70%)

Nota: TC/TD, TC, representa la cantidad de Tiros Cargados y TD lacantidad de Tiros efectivamente Detectados con el monitoreo.

(nn%), Porcentaje de cargas detectadas.Para la columna TOTAL se dio igual peso relativo a cada carga en el diseo.


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De las cuatro voladuras analizadas, tres de ellas mostraron en general un buen rendimiento en los tiros del

sector rainura (12, 13 y 11 sobre un total de 13), y uno de ellos una muy baja eficiencia (3 de nivel aceptable

y 4 apenas perceptible, es decir 3/13 o un 23% de eficiencia). Reconocindose al sector de la rainura como la

parte ms importante en ste tipo de voladura, debe colocarse especial inters por asegurar su mxima

eficiencia.

El principal elemento que acenta la falla o baja detonacin de algunas cargas de la rainura, es la poca

distancia entre las cargas en esa zona, las que por lo general estn dentro del rango crtico de influencia de las

dems y cualquier error en el empate de la perforacin o desviacin de ella definir una distancia inferior.

Las dimensiones de uno de los casos estudiados agrup un total de 9 cargas en un rea de 50 cms , lo que

define en consecuencia distancias mnimas entre algunas cargas de slo 18 cms. Estas distancias pueden

verse fuertemente afectadas por error en el empate de la perforacin y por efecto de la desviacin, la que

puede ser estimada como un 5% de la longitud del tiro (que para una longitud de 4m), es decir un error en el

fondo del tiro de 20 cms, lo que obviamente podra significar una interaccin entre los tiros ms cercanos.

Esta menor distancia determinar que la detonacin de una carga explosiva altere o modifique fsicamente las

cargas explosivas cercanas y en un caso extremo produzca la detonacin de algunas de ellas por simpata.

Una baja eficiencia de la rainura definir en muchos casos la eficiencia general del diseo, dado que el resto

de los tiros realiza fundamentalmente el papel de desquinchar hacia la "cara libre" dejada por la rainura. Unmal rendimiento de la rainura por su parte dejara un disparo altamente confinado con efecto hacia los tiros

auxiliares, los que al no poder desplazar la roca hacia el burden, tendern a daar a los tiros (con un alto

tiempo entre ellos, Serie LP) en su entorno provocando alteraciones que bajan tambin la eficiencia del resto

de los tiros, con acciones como por ejemplo la perdida de la zona del taco con consecuencia de perdida de

confinamiento. Un ejemplo tpico de sto, es la continua presencia de explosivo encartuchado en la marina

despus de tronar.

Un caso tpico de la importancia de la rainura esta dado en el segundo monitoreo, en donde la rainura con solo

un 23% (3/13), produjo que tambin los auxiliares tuviesen baja eficiencia (67%).


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4.- DISTRIBUCIN DE ENERGA

En base a los diseos tericos asociados a las voladuras evaluadas, es posible realizar un anlisis de la

distribucin de la energa o factor de carga, tanto a nivel de disparo completo como al sector especfico de la

rainura.

La Figura 4a, muestra la distribucin espacial de la energa para todo el disparo, considerando la posicin

terica (ideal) de los tiros en toda el rea, la Figura 4b, muestra la misma distribucin pero ahora

reproduciendo aproximadamente la distribucin de los tiros observada en terreno para la misma voladura, lo

que ratifica claramente un rendimiento deficiente detectado por el anlisis de las vibraciones. La altas

concentraciones de cargas producidas por la perforacin inadecuada, explica y justifica el que varios tiros de

esa rainura y del resto del disparo trabajen deficientemente.

Este anlisis demuestra claramente lo importante que es perforar cada disparo con el mximo cuidado y

atencin, para que el diseo se realice y funcione correctamente. Si algunas perforaciones se acercan en

demasa, puede ocurrir una interaccin negativa entre algunas de las cargas explosivas, significando el no

funcionamiento o la detonacin deficiente de ellas. Las consecuencias de tal efecto tiene gran influencia en el

rendimiento general del diseo, (avance, granulometra, dao, etc.).

La tcnica de evaluacin de distribucin de energa, tambin nos permite evaluar varios opciones distintas de

diseo, con respecto a la perforacin y la carga explosiva contenida en cada tiro, analizndose las posibles

diferencias en eficiencia segn la distribucin de energa que resulta de cada alternativa.


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Figura 4 (a) Figura 4 (b)

5.- ANLISIS Y MODELAMIENTO DE LAS VIBRACIONES

El anlisis de los registros de vibraciones, permite conocer la velocidad de partculas que genera cada carga o

grupos de cargas en la voladura. En la tabla siguiente, se presentan los niveles ms representativos de cadaseccin de las voladuras estudiadas, reconocindose entre ellos, para un mismo disparo, diferencias

importantes en nivel, consecuente con la diferencia en la cantidad y tipo de carga explosiva empleada en cada

grupo de tiros.

Tabla 5: Resumen de las vibraciones para cada sector de tirosen las Voladuras Monitoreadas.

DisparoDistancia

Aprox.

[m]

Rainura

[mm/s]

Aux.Rainura

[mm/s]

Aux.Contorno

[mm/s]

Contorno

[mm/s]

Zapateras

[mm/s]1 20 38 57 73 16 24

2 20 20 40 41 12 23

3 20 31 42 35 11 26

4 12 48 66 77 15 68

Con un anlisis ms detallado de las vibraciones producidas por cada carga, es posible establecer pares de

datos que relacionan la Velocidad de Partcula con la carga explosiva y distancia al detector. El anlisis deestos datos permite ajustar los modelos de vibracin descritos previamente y utilizar dichas ecuaciones para

estimar las vibraciones para una carga o un conjunto de cargas en el mbito de distancias en que cada modelo

es vlido.

Comparacin Modelos Devine y Holmberg

Para el modelamiento en el campo cercano, se requiere primero de datos vibracionales adquiridos lo mscercano posible a una carga explosiva tpica, con gefonos o acelermetros de un alto rango dinmico de

respuesta, capacitados para medir niveles ms altos de vibracin. Por otra parte en el proceso de anlisis, se

ajustan los datos de vibraciones al modelo cercano propuesto por Holmberg & Persson, que considera la

carga explosiva en forma distribuida, tomando especial importancia los aspectos geomtricos y de distancia a

la carga, longitud, largo del taco, densidad lineal del explosivo, etc., a diferencia del modelamiento tradicional


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con Devine que utiliza una sola distancia para el total de la carga explosiva, es decir, sta como concentrada

en un punto, consideracin vlida para distancias de ms de 2 3 veces la longitud de la carga explosiva.

Figura 5: Diferencia en la prediccin de Vibraciones segn el Modelo Devine

y Holmberg & Persson.

Debido justamente a esa diferencia de considerar la carga explosiva distribuida (Modelo Cercano de

Holmberg&Persson) y la carga concentrada en un punto (Modelo Devine), es que ambos modelos difieren

fuertemente en el rea ms cercana a la carga explosiva, producindose por parte del modelo Devine una

sobre estimacin de las velocidades de partcula, como se puede apreciar en la Figura 5.

Contornos de Dao en Tnel

Utilizando este modelo de Holmberg & Persson es posible estimar con bastante confianza las vibraciones quese generarn en los alrededores de una carga explosiva tpica en desarrollo horizontal, el que determina que a

distancias menores a 1.5m se sobrepasen rpidamente los niveles para dao intenso.

Esta situacin podra significar, como lo muestra la Figura 6, que los tiros auxiliares generen previamente

niveles de vibracin suficientemente altos a una distancia que supera el contorno de la labor aumentando la


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probabilidad de dao en el techo y pilares, negando en consecuencia los beneficios y efectividad de los tiros de

contorno con cargas desacopladas.

Se verifica de algn modo este efecto por los niveles de vibracin detectados de los tiros auxiliares de

contorno, que como se muestran en la Tabla 5, presentan los valores de velocidad de partcula ms altos en

todas las voladuras monitoreadas.

Figura 6: Zonas de dao en Tnel por altos Niveles de Vibracin

6.- CONCLUSIONES

El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras, es una tcnica que provee

mltiples ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura, constituyndose

en una muy buena herramienta para el diagnstico, ya que la adecuada interpretacin del registro de

vibraciones permite determinar el grado de interaccin entre las variables de una voladura, pudindose

evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersin en los

tiempos de encendido de los retardos; detonacin deficiente de cargas; detonaciones instantneas;

detonacin de cargas adyacentes por simpata; adems de la cuantificacin de los niveles de velocidad,

frecuencia, aceleracin y desplazamiento de las partculas de roca, etc., en definitiva el rendimiento

general del diseo.

Otro aporte importante del empleo de sta tecnologa, es el de obtener los niveles de velocidad de

partcula absolutos, para cada una de las cargas explosivas, las que asociadas a las distancias en que se


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registra dicha detonacin conforman una buena base de datos, que permite construir modelos confiables

de prediccin de vibracin, con los cuales se pueden evaluar diferentes modificaciones a los distintos

parmetros de la voladura, tales como tipo y cantidad de explosivo segn distancia y evaluar el dao

potencial que esa vibracin puede producir.

Todo lo indicado en los prrafos anteriores ser posible slo si la tcnica es empleada correctamente,

mereciendo especial atencin los aspectos de: ubicacin, orientacin y acoplamiento de los gefonos

utilizados como sensores, segn y como el instrumento empleado como capturador y analizador de la

onda ha sido configurado para la medicin, particularmente en relacin a la resolucin de tiempo de

muestreo, rangos de velocidad y procedimientos de anlisis.

Se demostr que los parmetros de ajuste de estos modelos son directamente dependientes delcomportamiento de las vibraciones en cada tipo de roca, los que presentan un amplio rango de

variabilidad, y lo que influye fuertemente en los niveles de vibracin predichos por cada uno de ellos,

restringindose su aplicacin slo a la mina y sector donde fueron obtenidos. Estos tipos de

modelamiento tiene ventajas y desventajas, ya que utilizan slo algunos factores del diseo de voladura

para su prediccin (peso de la carga explosiva, distancia y atenuacin segn la roca), pero NO

considera otros factores como : El tamao de la Voladura, Los Retardos y la Secuencia de Iniciacin, y

el grado de Confinamiento.

Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedades geomecnicas del

macizo rocoso, permiten estimar la probabilidad de ocasionar dao en dicho macizo. Los altos niveles

de vibracin pueden daar la roca, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas

existentes. La vibracin en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del

macizo rocoso. Se muestra tambin en este trabajo un conjunto de datos representativos de diferentes

tipo de rocas y los valores calculados para la Velocidad de Partcula Crtica (PPVc), valor que se puede

usar inicialmente como referencia a partir del cual la vibracin produce dao a nivel de la matriz deroca, los valores presentados, tambin dan cuenta de una importante variacin en las magnitudes de

vibracin que es capaz de resistir cada tipo de roca, debiendo en consecuencia tomarse mucha

precaucin respecto de los valores promedios manejados tradicionalmente en la literatura.


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Especficamente en las Voladuras de Desarrollo Horizontal, debe reconocerse a la rainura como la parte

ms importante en el diseo, en la cual por tanto, deben concentrarse los esfuerzos para tener el mejor

diseo terico y la mayor atencin en su implementacin prctica. Una baja eficiencia en ella,

determinar irremediablemente una menor eficiencia del disparo en su totalidad, dado que el resto de los

tiros realiza fundamentalmente un papel de desquinchar hacia la cara libre dejada por la rainura.

En general, las dimensiones de las rainura estn entre los 50 y 70 cms 2, conteniendo entre 8 y 12 tiros,

los que se ubican siempre en rangos de distancias crticas de influencia entre cargas explosivas

cercanas, ms an, si la perforacin incorpora mrgenes de error por aspectos de empate y desviacin.

La definicin del diseo ptimo, pasa necesariamente por un proceso de experimentacin prctica

orientado a una ampliacin controlada de las dimensiones o distancias entre tiros (o menos tiros), que

permita establecer la mejor cantidad de cargas y tiempos de iniciacin para cada tipo de roca.

En la actualidad los accesorios presentan una muy buena calidad en trminos de la desviacin o

dispersin de los tiempos de retardo, con valores que no superan el 2%, pudiendo disponer adems de

series especiales diferentes a las tradicionales, antiguas y an utilizadas series MS y LP. Estas nuevas

Series Especiales (ms amplias y con menores diferencias entre nmeros consecutivos), permiten un

mejor manejo de los tiempo en un disparo, evitando los tiempos excesivamente largos, los que por lo

general provocan alteraciones como por ejemplo prdida de la zona del taco y por lo tanto del

confinamiento y energa disponible, aspecto ratificado por la continua presencia de los explosivos

encartuchados utilizados en el contorno, sobre el material pos voladura.

Se puede afirmar finalmente que un disparo de desarrollo optimizado, rompe mayor porcentaje de la

longitud perforada obtenindose mayor rendimiento y avance, daa menos el contorno y reduce los

riesgos y los costos de fortificacin, y frecuentemente implica perforar menos tiros y reducir el consumo

de explosivo.


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4 Seminario Internacional de Seguridad Minera Lima PER Febrero 2000 (Scherpenisse C R Adamson W R Daz J C )

REFERENCIAS

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