Download - Sesión 2 - PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE VIBRACIONES SUPERFICIALES (03-Oct-12)

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Curso de Actualización:

“PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS

Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES”Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES”Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES”Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES”

CONTROL DE VIBRACIONES, PROYECCION DE ROCAS, Y DE CONTORNOCONTROL DE VIBRACIONES, PROYECCION DE ROCAS, Y DE CONTORNOCONTROL DE VIBRACIONES, PROYECCION DE ROCAS, Y DE CONTORNOCONTROL DE VIBRACIONES, PROYECCION DE ROCAS, Y DE CONTORNO

Mg. Ing. Fredy Ponce R.

Lima - Perú, 03, 04 y 05 Octubre 2012

Sesión N°2: “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE

VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES”VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES”VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES”VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES”

I. ASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONES.

II. FACTORES O VARIABLES QUE AFECTAN EL NIVEL DE VIBRACIONES DE TIERRA.

III. PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES GENERADAS EN LAS VOLADURAS.

IV. MODELOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION DE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSO.

V. CRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONES.

VI. CASO N°1: CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE UNA CENTRAL HIDROLECTRICA .

VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Sesión NSesión N°°22:: PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALESVIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES

Temario:

DIA MIERCOLES 03 OCTUBRE 2012


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I.I.I.I. ASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONESASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONESASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONESASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONES



“PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES”

¿¿QUE ES UN SISMO O TERREMOTO??

• Los sismos son vibraciones de la tierra, causadas por el fracturamiento en profundidad de las rocas sometidas a permanentes y continuos esfuerzos, que se acumulan más allá de su límite elástico, hasta romperse y causar un desplazamiento súbito de la roca que la vuelve elásticamente a su forma original (el salto atrás de las rocas fue denominado "rebote elástico"").

• El término sismo viene del griego ““seismosseismos”” (= agitación), y el término terremoto, de los vocablos latinos ““terraterra“ y ““motusmotus”” (= movimiento de tierra).

1.1 CARACTERISTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES


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1.2 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LAS VOLADURAS


VIBRACIONES


1.2 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LAS VOLADURAS

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ALTERACIONES PRINCIPALES DE LAS VOLADURAS AL MEDIO AMBIENTE (FACTORES NO DESEADOS)

1) Vibraciones terrestres

3) Proyección de rocas (fly rocks)

2) Onda aérea (air blasting)

4) Polvo (dust)

5) Ruido (noise)


EFECTOS Y CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES SOBRE LAS RESIDENCIAS


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EFECTOS Y CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES SOBRE

EL TALUD DE UNA MINA A TAJO ABIERTO

1.31.3 DEFINICION DE VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSODEFINICION DE VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSO

• Todas las voladuras generan vibraciones de tierra.

• Cuando se detona un explosivo en un taladro, se crea una onda de explosión que “chanca” el material alrededor del taladro y genera muchas de las rajaduras iniciales, necesarias para la fragmentación. A medida que esta onda viaja hacia fuera, se convierte en onda sísmica o de vibración. A medida que la onda pasa por una porción dada de tierra, hace que dicha tierra vibre.

• Los niveles de vibración de tierra excesivamente altos pueden dañar las estructuras físicas.


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• La mayoría de minas subterráneas realizan voladuras relativamente pequeñas y no tienen problemas de vibración. En los casos en que las vibraciones se convierten en un problema, los temas tratados en este capítulo se aplican tanto a la voladura bajo tierra como a aquella efectuada en superficie.

• Las excesivas vibraciones de tierra son ocasionadas por colocar demasiada energía explosiva en la tierra, o por no diseñar adecuadamente el disparo.

• Parte de la energía del explosivo que no se utiliza para fragmentar y desplazar la roca, se transformará en vibraciones de tierra.

1.31.3 DEFINICION DE VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSODEFINICION DE VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSO


PARTICION DE LA ENERGIA EN UNA VOLADURA(DESCRIPCION DE LOS MECANISMOS QUE ACTUAN)

DETONACION DEL EXPLOSIVO

Y SU INTERACCION CON LA ROCA

ONDA DE CHOQUE:

20%

GASES A ALTA PRESION:

80%

FRAGMENTACION:

• GRIETAS RADIALES Y CIRCUNFRENCIALES• GRIETAS POR REFLEXION

• PROPAGACION DE GRIETAS

DESPLAZAMIENTO:

FORMA DE LA PILA DE ESCOMBRO

ONDA AEREA:

2%

VIBRACIONES:

4%

10%

5%

1%

28%

50%


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II.II.II.II. FACTORES O VARIABLES QUE AFECTAN FACTORES O VARIABLES QUE AFECTAN FACTORES O VARIABLES QUE AFECTAN FACTORES O VARIABLES QUE AFECTAN

EL NIVEL DE VIBRACIONES DE TIERRAEL NIVEL DE VIBRACIONES DE TIERRAEL NIVEL DE VIBRACIONES DE TIERRAEL NIVEL DE VIBRACIONES DE TIERRA




VARIABLES QUE AFECTAN A LAS VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONESCARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES

1) Geología local y características de las rocas.2) Peso de la carga operante.3) Distancia al punto de la voladura.4) Consumo específico de explosivo.5) Tipos de explosivos.6) Tiempos de retardo.7) Variables geométricas de las voladuras.


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• En macizos rocosos homogéneos y masivos, las vibraciones se propagan en todas las direcciones.

• En estructuras geológicas complejas, la propagación de las ondas puede variar con la dirección, y por consiguiente presentar diferentes índices de atenuación o leyes de propagación.

• Los suelos tienen módulos de elasticidad inferiores al de las rocas y, por ello, las velocidades de propagación de las ondas disminuyen en estos materiales. La frecuencia de vibración disminuye también, pero el desplazamiento aumenta significativamente con el espesor del recubrimiento.

• Los materiales superficiales modifican los trenes de ondas, haciendo que estas tengan mayor duración y menores frecuencias, aumentando así la respuesta y el daño potencial a estructuras próximas.

2.12.1 GEOLOGÍA LOCAL Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCASGEOLOGÍA LOCAL Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS


RocaRoca SueloSuelo

Efecto de la geologíaEfecto de la geología


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2.22.2 PESO DE LA CARGA OPERANTE (POR RETARDO)PESO DE LA CARGA OPERANTE (POR RETARDO)

• Mayor carga por retardo

aQv ∝

a = 0,8 (U.S. Bureau of Mines)

• El nivel de vibración en un lugar específico se determina principalmente por el peso máximo de explosivos que se usa en cualquier período individual de retardo en la voladura.

• La carga explosiva instantánea detonada en cada retardo.


• La distancia a las voladuras, al igual que la carga operante, tiene una gran importancia sobre la magnitud de las vibraciones.

• Conforme la distancia aumenta, la intensidad de las vibraciones disminuye de acuerdo a una ley del tipo:

Según el U.S. Bureau of Mines “b” es del orden de 1.6

• Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuación de las componentes de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra actúa como un filtro pasabajos. Así, a grandes distancias de las voladuras, las vibraciones del terreno contendrán más energía en el rango de las frecuencias bajas (ver figura).

2.32.3 DISTANCIA AL PUNTO DE LA VOLADURADISTANCIA AL PUNTO DE LA VOLADURA

bD1v∝ Distancia intensidad de vibración


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Efecto de la distanciaEfecto de la distancia


2.42.4 CONSUMO ESPECÍFICO DE EXPLOSIVOCONSUMO ESPECÍFICO DE EXPLOSIVO

– Gran confinamiento– Mala distribución espacial


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•• Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula y las tensiones inducidas en las rocas, y tal constante de y las tensiones inducidas en las rocas, y tal constante de proporcionalidad es la proporcionalidad es la impedancia del medio rocosoimpedancia del medio rocoso. .

•• La primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos La primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos que generan presiones de taladros más bajas, provocarán que generan presiones de taladros más bajas, provocarán niveles de vibraciones inferiores. Estos explosivos niveles de vibraciones inferiores. Estos explosivos son los de son los de baja densidad y de baja velocidad de detonaciónbaja densidad y de baja velocidad de detonación, por , por ejemplo el ANFO.ejemplo el ANFO.

•• Si se compara la misma cantidad de ANFO con un HANFO, la Si se compara la misma cantidad de ANFO con un HANFO, la intensidad de las vibraciones generadas por el primero es de intensidad de las vibraciones generadas por el primero es de 1.5 a 2.0 veces menor. 1.5 a 2.0 veces menor.

•• En los estudios sobre vibraciones, si se utilizan explosivos de En los estudios sobre vibraciones, si se utilizan explosivos de potencias muy dispares, las cargas deben ser normalizadas a potencias muy dispares, las cargas deben ser normalizadas a un explosivo patrón de potencia conocida. Este explosivo un explosivo patrón de potencia conocida. Este explosivo puede ser el ANFO, puesto que se consume en mayor puede ser el ANFO, puesto que se consume en mayor cantidad. cantidad.

2.52.5 TIPOS DE EXPLOSIVOSTIPOS DE EXPLOSIVOS


• El tiempo de arribo de una onda generada por una voladura está definido por el tiempo de detonación + el tiempo de viaje de la onda. La diferencia de tiempo de arribo entre cargas sucesivas, está definida por el retardo correspondiente.

• Los retardos de una voladura hacen que ésta se rompa en una serie de explosiones individuales más pequeñas, con muy poco espacio entre una y otra, el cual será mayor cuanto más prolongado sea el intervalo entre los retardos.

• Con grandes explosiones a grandes distancias de las estructuras, se requieren retardos más prolongados para obtener una verdadera separación de la vibraciones, dado que la vibración proveniente de cada carga individual dura por un período más prolongado.

• Si los retardos proceden en secuencia en una hilera, las vibraciones en la dirección en que procede la secuencia serán las más altas debido a un efecto de “avalancha”.

2.62.6 TIEMPO DE RETARDOSTIEMPO DE RETARDOS


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La mayoría de las variables geométricas de diseño de voladuras tienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas. En resumen:

a) Diámetro de perforación: Aumentar el diámetro de perforación, resulta en cargas operantes en ocasiones muy elevadas.

b) Altura de banco: Para obtener una buena fragmentación y reducir el nivel de vibraciones, por estar las cargas menos confinadas, se sugiere mantener la relación H / B > 2.

c) Burden y Espaciamiento: Si el burden es excesivo, los gases de la explosión encuentran resistencia para fragmentar y desplazar la roca y parte de la energía del explosivo se transforma en energía sísmica aumentando la intensidad de las vibraciones (fig). En cuanto al espaciamiento, su influencia es semejante, ya que su dimensión depende del burden.

2.72.7 VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURASVARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURAS


EFECTOS DE UNA CARGA EXPLOSIVA SEGÚN LA DIMENSIÓN DEL BURDEN


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d) Sobreperforación: A mayor longitud, la cantidad de energía es cada vez menor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base. El porcentaje cada vez mayor de la energía desarrollada por el explosivo, se convierte en vibraciones del terreno.

e) Taco: Si la longitud del taco es excesiva, además de presentar problemas de fragmentación, se aumenta el confinamiento, dando lugar a mayores niveles de vibraciones.

f) Inclinación de los taladros: Los taladros inclinados permiten un mejor aprovechamiento de la energía al nivel de piso, consiguiéndose incluso una reducción de las vibraciones.



g) Tamaño de la voladura: Las dimensiones de la voladura están limitadas por un lado por las necesidades de la producción, y por otro, por las cargas máximas operantes determinadas en los estudios sobre vibraciones a partir de las leyes de propagación, tipos de estructuras a proteger y parámetros característicos de los fenómenos perturbadores.

h) Desacoplamiento: Empleando desacoplamientos del 65% al 75%, se mejora la fragmentación y la uniformidad de la granulometría (Melnikov), asimismo, se disminuye el % de voladura secundaria, el consumo específico de explosivos y la intensidad de las vibraciones del terreno (ver siguiente lámina).



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VARIABLES GEOMÉTRICAS DE LAS VOLADURASVARIABLES GEOMÉTRICAS DE LAS VOLADURAS

• Diámetro de perforación

• Altura de banco

• Piedra y espaciamiento

• Sobreperforación

• Retacado

• Inclinación de los barrenos

• Desacoplamiento

• Tamaño de la voladura

Cargas operantes elevadas

H/B > 2 buena fragmentación

eliminación de repies

cargas poco confinadas

vibraciones

ruido, proyecciones

vibraciones

problemas de fragmentación

aumento del confinamiento

mejor aprovechamiento de la energía

reducción consumo específico

reducción vibraciones

necesidades de producción

cargas máximas operantes


III.III.III.III. PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES

GENERADAS EN LAS VOLADURASGENERADAS EN LAS VOLADURASGENERADAS EN LAS VOLADURASGENERADAS EN LAS VOLADURAS




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1) Definición de ondas sísmicas.

2) Tipos de ondas sísmicas generadas.

3) Parámetros de las ondas.

4) Atenuación geométrica.

5) Amortiguación inelástica.

6) Interacción de las ondas elásticas.

3. PROPAGACIÓN DE LAS VIBRACIONES GENERADAS PROPAGACIÓN DE LAS VIBRACIONES GENERADAS EN LAS VOLADURAS DE ROCASEN LAS VOLADURAS DE ROCAS


• El “golpe” terrestre, provocado por la ruptura y movimiento súbito de las rocas, genera ondas sísmicas en todas direcciones, que transmiten el movimiento o temblor de tierra.

• El punto dónde se inicia la ruptura se denomina foco o hipocentro, y el punto en la superficie terrestre, directamente encima del foco, es el epicentro del sismo.

• Las vibraciones generadas en las voladuras se transmiten a través de los materiales como ondas sísmicas cuyo frente se desplaza radialmente a partir del punto de detonación.

• Las ondas sísmicas se clasifican en 2 grupos:

(1) Ondas Internas, y

(2) Ondas Superficiales.

3.1 ¿QUE SON LAS ONDAS SÍSMICAS?


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Propagación de las ondas sísmicasPropagación de las ondas sísmicas

ONDAS INTERNASONDAS INTERNAS

ONDAS SUPERFICIALESONDAS SUPERFICIALES


a) Ondas Primarias, Longitudinales o de Compresión (Ondas “P”).

b) Ondas Secundarias, Transversales o de Cizallamiento (Ondas “S”: SH, SV).

1) ONDAS INTERNAS

3.2 TIPOS DE ONDAS SISMICAS GENERADAS

Las distintas ondas sísmicas por cada grupo se clasifican en:

a) Ondas Rayleigh (Ondas “R”).

b) Ondas Love (Ondas “O”).

2) ONDAS SUPERFICIALES SH

P

SV, R

T

R

V

R

PP

SH

SV

Geófono


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ONDA “P”

• Estas ondas se propagan dentro de los materiales sólidos y líquidos, produciendo compresiones y dando lugar al movimiento de la partícula en dirección paralela a la propagación de la onda.

• Son las ondas más rápidas, es decir de la mayor velocidad.• Producen cambios de volumen, pero no de forma en el

material donde se propagan. Vp = 1,73 Vs.

1) ONDAS INTERNAS

1.a) ONDAS PRIMARIAS, LONGITUDINALES O DE COMPRESION (ONDAS “P”)


ONDA “S”

• Estas ondas se propagan solo en medios sólidos, dando lugar a un movimiento de las partículas perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

• La velocidad de las ondas “S” está comprendida entre la de las ondas “P” y las ondas superficiales. Tiene componentes transversal y longitudinal.

• Los materiales a causa de estas ondas experimentan cambios en forma, pero no en volumen.

1) ONDAS INTERNAS

1.b) ONDAS SECUNDARIAS, TRANSVERSALES O DE CIZALLAMIENTO (ONDAS “S”)


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ONDA “R”

2) ONDAS SUPERFICIALES

2.a) ONDAS RAYLEIGH (ONDAS “R”)• Las ondas “R” imprimen a las partículas un movimiento

según una trayectoria elíptica, con un sentido contrario al de la propagación de la onda. Vr = 0.9 Vs.

• Transportan del 70 al 80 % de la energía total.

• Las ondas superficiales que se generan normalmente en las voladuras de rocas son: Ondas Rayleigh “R” y Ondas Love “O”.

• Otros tipos de ondas son: Ondas Canal y Ondas Stonelly, que carecen de importancia por la poca información que suministran.


• Se propagan en medios estratificados.• Onda transversal polarizada (confinada) en el plano de la

superficie de la Tierra.• Su amplitud decrece con la profundidad.• Las ondas “O” son más rápidas que las ondas “R”, dan

lugar a movimientos de partículas en dirección transversal al de la propagación de la onda.

2) ONDAS SUPERFICIALES

2.b) ONDAS LOVE (ONDAS “O”)

ONDA LOVE


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VIBRACIONES

ONDAS “P” ONDAS “SONDAS “S””ONDAS “SONDAS “S””

ONDAS “OONDAS “O”ONDAS “OONDAS “O”


3.33.3 PARÁMETROS DE LAS ONDASPARÁMETROS DE LAS ONDAS

1) Amplitud (A).- Desplazamiento máximo de un punto desde su posición de reposo, expresada en unidades de longitud (usualmente micras o centímetros), y su fase (qué valor tiene la onda, es decir, en qué punto de su ciclo está, para un tiempo o lugar de referencia). Cuando aplicamos una fuerza a un cuerpo en reposo, cada punto de éste cambia de lugar respecto al cual se encontraba originalmente; este cambio de posición se llamadesplazamiento.

2) Velocidad de partícula (v).- Velocidad a la que se desplaza el punto.

3) Aceleración (a).- Ritmo de cambio de velocidad.4) Frecuencia (f).- Número de veces que el movimiento (ciclos u

oscilaciones) se repite en cierto tiempo, expresada en Hertz (ciclos/segundo, abreviado Hz), o por su periodo T = 1 /f (el tiempo que tarda en repetirse), expresado en segundos.


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1) Amplitud (A)

2) Velocidad de partícula (v)

3) Aceleración (a)

4) Frecuencia (f)



)(

)cos(

2

2tsenxxAa

txxAv

fxx

ωω

ωω

πω

−=

=

=

fxxxvxAa

fxxxAxAv

πω

πω

2

2

max

2

max

max

==

==



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IV.IV.IV.IV. MODELOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION MODELOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION MODELOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION MODELOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION

DE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSODE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSODE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSODE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSO




4.14.1 ESTUDIOS VIBROGRÁFICOSESTUDIOS VIBROGRÁFICOS

• Conocer la ley de amortiguación de las vibraciones. Determinar carga máxima operante (distancia, criterio de daños).

• Conocer frecuencias de vibración predominantes. Establecer la secuencia de encendido.


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Reconocimiento del terreno

Diseño de voladuras experimentales

Registro de vibraciones

Cálculo de la ley de amortiguación

Factor deseguridad

Distancia reducida

Carga máxima operante

Análisis de frecuenciasdominantes

Estudio de laestructura a proteger

Criterio dedaños

Diseño de voladuras de producción.Número de taladros,secuencia de encendido,tiempos de retardo



• Introducción de datos– niveles de vibración– distancias– cargas– frecuencias

• Seleccionar una ley

• Ajustar una curva

• Calcular la desviación estándar– leyes con distintos

factores de seguridad distancia reducida tablas cargas máximas operantes

• Umbral de daños



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4.24.2 CRITERIOS DE PREVENCIÓN DE DAÑOSCRITERIOS DE PREVENCIÓN DE DAÑOS


• Los límites de vibración son importantes; el nivel por encima del cual es probable la ocurrencia de daños, y el nivel por encima del cual es probable que se quejen los residentes vecinos. No hay un nivel preciso en el cual empiecen a ocurrir daños.

• El nivel de daños depende de:

a) Tipo, condición y edad de la estructura.b) Tipo del terreno sobre el cual se ha construido la estructura, yc) Frecuencia de la vibración en hertz.

• En general, todos los edificios públicos y privados, viviendas y otras instalaciones (por ejemplo: torres de agua, tuberías y otros servicios públicos, túneles, minas subterráneas, represas, pozas, etc.) deberán protegerse de daños inducidos por voladuras, que sean el resultado de vibraciones de tierra.

LÍMITES DE VIBRACIÓN


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NORMATIVA ESPAÑOLANORMATIVA ESPAÑOLA

• Grupo I: Edificios y naves industriales ligeras con estructuras de hormigón armado o metálicas.

Tipos de estructuras


• Grupo II: Edificios de viviendas, oficinas, centros comerciales y de recreo, cumpliendo la normativa legal vigente. Edificios y estructuras de valor arqueológico, arquitectónico o histórico que por su fortaleza no presenten especial sensibilidad a las vibraciones.




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• Grupo III: estructuras de valor arqueológico, arquitectónico o histórico que presenten una especial sensibilidad a las vibraciones por ellas mismas o por elementos que pudieran contener.




• Umbrales de perturbación

– Frecuencia principal de vibración

– Tipo de estructura a proteger• velocidad de partícula• desplazamiento (si 15 Hz < f < 75 Hz)



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Tipode

estructura

I

II

III

Frecuencias principales (Hz)

2 - 15 15 - 75 > 75

Velocidad(mm/s)

Velocidad(mm/s)

Desplazamiento(mm)

20 0,212 100

9 0,095 45

4 0,042 20



4.34.3 CRITERIOS PARA EVALUAR LAS VIBRACIONESCRITERIOS PARA EVALUAR LAS VIBRACIONES

1) La velocidad de la partícula

2) Distancia escalada

3) Análisis de la frecuencia


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4.3.14.3.1 FÓRMULA GENERAL PARA CÁLCULO DE LA FÓRMULA GENERAL PARA CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE LA PARTÍCULAVELOCIDAD DE LA PARTÍCULA

PPV max. = K ( D / W n ) -m

Donde:

PPV = Máxima velocidad de la partículaD = Distancia radial entre el disparo y la zona a medir.W = Peso total de explosivos para un mínimo de 8 ms.de

retardo.K,m,n = Factores del lugar donde se realizan las mediciones.


VELOCIDAD MAXIMA PARTÍCULA PICOVELOCIDAD MAXIMA PARTÍCULA PICO

0 - 94 m.

(0 - 300 pies)

31.75 mm/seg

(1.21 pulg/seg)

95 - 1,562.5 m.

(301 - 5,000 pies)

25.4 mm/seg

(1.00 pulg/seg)

1,563 m. a más

(5,001 pies a más)

12.7 mm/seg

(0.50 pulg/seg)

DISTANCIA DEL LUGAR DE LA VOLADURA

MAXIMA VELOCIDAD PERMISIBLE DE LA

PARTICULA (1)


• La vibración máxima de tierra en donde se encuentre cualquier vivienda, colegio, iglesia, o edificio comunal o institucional fuera del área de voladura, no deberá exceder los siguientes límites:

(1) La vibración de tierra se medirá como velocidad de partícula. La velocidad de partícula deberá registrarse en tres direcciones recíprocamente perpendiculares. La velocidad de partícula pico máxima permitida se deberá aplicar a cada una de las tres mediciones..

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• Un operador podrá usar la ecuación de distancia a escala: W = (D/Ds)2, para determinar el peso de carga permitido de explosivos por detonarse en cualquier período de 8 milésimas de segundo, sin monitoreo sísmico, donde:W = el peso máximo de explosivos, en libras;D = la distancia, en pies, desde el área de voladura hasta la

estructura protegida más cercana; yDs = el factor de distancia a escala (ver cuadro que antecede)

• El desarrollo de un factor de distancia a escala modificado puede ser utilizado por el operador, si se justifica en base a registros sismográficos de las operaciones de voladura en el área de la mina. El factor de distancia a escala modificado deberá ser determinado de manera tal que la velocidad de partícula de la vibración de tierra pronosticada no exceda los valores establecidos en el cuadro anterior.


4.3.24.3.2 DISTANCIA ESCALADADISTANCIA ESCALADA

0 - 94 m.

(0 – 300 pies)50

95 - 1,562.5 m.

(301 - 5,000 pies)55

1,563 a más

( 5,001 pies a más)65

DISTANCIA DEL LUGAR DE LA VOLADURA

FACTOR DE LA DISTANCIA ESCALADA ( D/W 1/2 )


4.3.24.3.2 DISTANCIA ESCALADADISTANCIA ESCALADA

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• En general, las vibraciones de tierra de menos de 2 pulgadas por segundo (5,1 cm/seg o 51 mm/seg) rara vez ocasionan daños a la propiedad o a estructuras construidas.

• En general, las siguientes relaciones empíricas deberán mantenerse en los lugares donde pueda originarse deterioro de la masa de rocas subterráneas debido a vibraciones por voladura:

Velocidad de Partícula Pico

(pulg/seg)Efectos en Masa de roca

Menos de 10 No hay fractura de rocas intactas.

De 10 a 15 Puede ocurrir rebanado tensional menor; pueden ocurrir algunas caídas de rocas.

De 25 a 100 Rajaduras tensionales fuertes y cierta rajadura radial; fracturas de roca.

Más de 100 Rotura completa de masas de rocas.


INDICE DE VELOCIDAD SEGURA PARA EL MACIZO ROCOSO

CRITERIOS DE DAÑO

INDICE DE VELOCIDAD SEGURA PARA ESTRUCTURAS

CRITERIOS DE DAÑO

DAÑOS

DAÑOS

DAÑOS

DAÑOS

FRECUENCIA HOGARES MODERNOSHOGARES ANTIGUOS

(madera, yeso)Menos de 40 Hz a 19.00 mm/seg a 12.07 mm/segMayor a 40 Hz a 50.80 mm/seg a 50.80 mm/seg

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4.3.34.3.3 ANÁLISIS DE LA FRECUENCIAANÁLISIS DE LA FRECUENCIA

• Las frecuencias producidas en una voladura, son muy importantes, y una manera de tener un conocimiento global del contenido de frecuencia en la onda es por medio del análisis Transformada de Fourier.

• Esto muestra el dominio relativo de varias frecuencias que existan en la forma de la onda, pero no provee información acerca de un lugar determinado en la onda; esta información puede obtenerse usando el análisis de la frecuencia discreta.

• La única razón para efectuar este tipo de análisis es que cierta velocidad máxima de la partícula asociada con la frecuencia podría ser alta, haciendo notar que la velocidad es aceptable para que no ocurra daño, sin embargo la onda podría contener velocidades de partículas y frecuencia que podrían ocasionar daños estructurales.


V.V.V.V. CRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONESCRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONESCRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONESCRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONES




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• Las vibraciones de tierra se miden con sismógrafos.

• La medición se efectúa en términos de amplitud (tamaño de vibraciones en pulgadas/segundo), y frecuencia (número de veces que la tierra se mueve hacia adelante y hacia atrás en un periodo de tiempo dado, en hertz o revoluciones por seg.).

• Pueden usarse ya sea sismógrafo de lectura de picos, o sismógrafos que registran el evento de vibración completo en un registro permanente.

• Los sismógrafos que registran la historia temporal completa son más útiles para comprender e identificar y reparar problemas producidos por las vibraciones de tierra.

• Se recomiendan instrumentos que miden los 3 componentes recíprocamente perpendiculares (radial, transversal y vertical).

• Cuando se esperen aceleraciones más de 0,3g el sismógrafo deberá fijarse a la superficie del terreno mediante estacas o por pernos y/o soldadura epóxica sobre superficies duras.

5.1 MONITOREO


SECUENCIA DE OBTENCIÓN DE REGISTROS

Voladura

Sismógrafos

Sismogramas

• Para realizar un estudio de vibraciones es preciso disponer de adecuados instrumentos, que suelen estar constituidos por:

a) Una cadena de medida para la detección y registro de las vibraciones, y

b) Una cadena de tratamiento, para el análisis de las señales registradas.

5.25.2 INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONESVIBRACIONES


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Captadores

Transmisión de la señal

Registro magnético

Reproducción

Tratamiento de la señal

Análisis de frecuencias

Filtrado

Integración

Geófonos

Acelerómetros


• ACELERÓMETROS.- Se basan en la diferencia de potencial que genera un cristal piezoeléctrico.

• GEÓFONOS.- Transductores de tipo electromagnético que emiten una tensión eléctrica proporcional a la velocidad de partícula.

REGISTRADOR

BASE

TERRENO

S

N

MUELLE

SOLENOIDEDE COBRESUSPENDIDO

+NÚCLEOMAGNÉTICO

ESQUEMA DE UN CAPTADOR DE VELOCIDADESQUEMA DE UN CAPTADOR DE VELOCIDAD



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• SISMÓGRAFOS.- Permiten visualizar y amplificar las señales procedentes de los captadores.

• Longitudinal

• Transversal

• Vertical

• TRATAMIENTO DE REGISTROS.-

- Equipos de reproducción y visualización de las señales. - Sistemas de tratamiento analógicos digitales.


EQUIPO DE REGISTRO Y ANALISIS


Para el monitoreo de vibraciones Para el monitoreo de vibraciones con sismógrafos: con sismógrafos:

•• InstantelInstantel..

•• BlastronicBlastronic BMX y BMX y uMXuMX..

•• White Modelo White Modelo MiniseisMiniseis II.II.

•• GeosonicGeosonic Inc.Inc.

5.3 INSTRUMENTACIÓN CON DISTINTOS SISMÓGRAFOS Y REGISTROS


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Geosonics

INSTRUMENTACIÓN CON DISTINTOS SISMÓGRAFOS

White

BlastronicInstantel


REPORTE DE VIBRACIONES


35

Los niveles de liberación de energía

son los normales para esta

voladura, el mayor movimiento se

obtiene al detonar los retardos de

Perido Corto 5 y 6 - (15.26 mm/s

Taladros de Contorno (Famecorte)

Retardo Periodo Corto N° 13 -

(3.08 mm/s)

REPORTE DE VIBRACIONES


MONITOREO DE VIBRACIONES

FECHAPOL

DIS(m)

BLENDEX

KilosPor

Retar.

RADIAL TRANSVERSAL VERTICAL VECT SUMA mm/s

VPP mm/s

Frecuenc.HZ

VPP mm/s

Frecuenc.HZ

VPP mm/s

Frecuenc.HZ

01-Dic 936-180 120 940 680 60.31 35.7 47.80 62.5 80.00 16.1 80.41

25-Ene 972-128 270 930 540 24.82 29.4 18.67 11.4 20.51 12.2 30.36

03-Feb 1008-24 260 930 500 14.56 9.4 9.03 12.2 7.18 11.4 16.21

08-Feb 888-201 230 950 560 17.44 10.4 13.74 11.6 8.21 18.5 22.57

17-Feb 936-030 240 940 430 23.18 17.23 18.06 23.18

Resultado de mediciones de PPV, frecuencia y sonido tomadas en 5 Voladuras

INDICE DE VELOCIDAD SEGURA PARA ESTRUCTURASHOGARES

MODERNOSMenos de 40 Hz a 19 mm/sMayor a 40 Hz a 50.8 mm/s

HOGARES ANTIGUOS

(madera, yeso)

Menos a 40 Hz a 12.07 mm/sMayor a 40 Hz a 50.8 mm/s

INDICE DE ACELERACIONZONA SEGURA menos de 0.1 gZONA DE PRECAUCION entre 0.1 y 1.0 gZONA DE DAÑO mayor de 1.0 g

INDICE DE DESPLAZAMIENTO

RESPUESTA VPP A 10 HZ A 40 HZ

NOTABLE 0.508 mm/s 0.008 mm 0.002 mm

MOLESTA 5.08 mm/s 0.08 mm 0.02 mm

SEVERA 17.8 mm/s 0.28 mm 0.07 mm

Quiebre de roca 2500 mm/sInicio de quiebra 650 mm/sCaída de roca en galerías no revestidas 300 mm/s

Daño menor, agrietamiento de yeso o estuco

130 mm/s

Caída ocasional de roca suelta 5 -10 mm/sCaída de secciones de roca parcialmente suelta

130 – 380 mm/s

Daño de rocas poco competentes > 600 mm/sDaño significativo de rocas competentes

> 2500 mm/s

No hay peligro en roca sana < 250 mm/s

Puede aparecer descostramiento en lajas por rotura de tracción

250 - 650 mm/s

Grandes roturas por tracción o algunas grietas radiales

650–2500 mm/s

Agrietamiento total del macizo rocoso > 2500 mm/s

HOEK & BRAY

ORIARD

BAUER & CALDER

CRITERIOS DE DAÑO

36

VOLADURAS CONTROLADAS:VOLADURAS CONTROLADAS:“Control de Vibraciones”

“Control de Paredes Finales”“Control de Rocas Volantes”

VI.VI.VI.VI. CASO NCASO NCASO NCASO N°1111::::CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE LA CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE LA CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE LA CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE LA

CENTRAL HIDROLEECTRICA “GALLITO CIEGO”CENTRAL HIDROLEECTRICA “GALLITO CIEGO”CENTRAL HIDROLEECTRICA “GALLITO CIEGO”CENTRAL HIDROLEECTRICA “GALLITO CIEGO”

• Una central hidroeléctrica es utilizada como energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Son el resultado actual de la evolución de los antiguos molinos que aprovechaban la corriente de los ríos para mover una rueda.

6.1 GENERALIDADES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

• En general, estas centrales aprovechan la energía potencial que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.


37

CORTE TRANSVERSAL DE UNA REPRESA HIDROELÉCTRICA


CARACTERÍSTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

• Las dos características principales de una central hidroeléctrica, desde el punto de vista de su capacidad de generación de electricidad son:

• La potencia, que está en función del desnivel existente entre el nivel medio del embalse y el nivel medio de las aguas debajo de la central, y del caudal máximo turbinable, además de las características de las turbinas y de los generadores usados en la transformación.

• La energía garantizada en un lapso de tiempo determinado, generalmente un año, que está en función del volumen útil del embalse, y de la potencia instalada.


38

• La potencia de una central puede variar desde unos pocos MW (megavatios), como en el caso de las minicentrales hidroeléctricas, hasta 14.000 MW como en Paraguay y Brasildonde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del mundo.

CARACTERÍSTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA

• La mayor es la Presa de las Tres Gargantas, en China, con una potencia de 22.500 MW), la Itaipú que tiene 20 turbinas de 700 MW cada una.


PARTES DE UNA CENTRAL HIDRÁULICAPARTES DE UNA CENTRAL HIDRÁULICA

1) Tubería forzada y o canal2) Presa3) Turbina4) Generador5) Transformador6) Líneas eléctricas7) Válvulas y compuertas8) Rejas y limpia rejas9) Embalse10) Casa de turbinas

Casa de Máquinas


39

6.2 CICLO DE EXCAVACIÓN EN LA CONSTRUCCION DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA

El ciclo básico de excavación con perforación y voladura, comprende las siguientes fases:

1°PERFORACIÓN DE LOS TALADROS2°VOLADURA

a) Cebado y carga de explosivo.b) Tendido o amarre del sistema de iniciación.c) Despeje del área de voladura.d) Disparo.e) Control de riesgos para el reingreso a la evaluación

del disparo.3°BOMBEO DE AGUA (en caso sea necesario)4°CARGUIO DEL MATERIAL VOLADO5°ELIMINACIÓN DEL MATERIAL VOLADO


UBICACION Y ACCESIBILIDAD

El proyecto CENTRAL HIDROELÉCTRICA GALLITO CIEGO está ubicado en el Norte del Perú, en el distrito de Yonán-Tembladera, provincia de Contumazá, departamento de Cajamarca, Región Nor-Oriental del Marañón, a una altitud promedio de 306.10 msnm.

Es accesible por tierra, ya sea desde Lima (km. 0) ó desde las ciudades de Trujillo (km. 556) y Chiclayo (km. 765), utilizando la carretera panamericana norte, que es una carretera asfaltada de primer orden.

6.3 GENERALIDADES DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO”


40

� El Proyecto Central Hidroeléctrica Gallito Ciego es un conjunto de servicios, ingeniería, suministros y otras obras, paraconstruir una central de generación hidroeléctrica de 34 MW, equipada con 2 generadores, reservorio de compensación y sistema de transmisión asociado en 60KV.

� Las obras, se construyen al pie de la Presa Gallito Ciego, ocupando un área aproximada de 27 Has (ver plano general). Las obras civiles que componen el proyecto son:

• Tubería forzada• Casa de máquinas• Canal de descarga• Reservorio de compensación• Presa de compensación• Subestación de salida• Ampliación de la subestación de Guadalupe.



� Se trata de “Excavaciones para Cimentaciones” de estructuras de la Central Hidroeléctrica, y requieren ser bien logradas y no ser dañada tanto en contorno final deseado, como en la roca que lo circunda. Asimismo, estas excavaciones no deberían causar daños en el entorno del proyecto; permitiendo de este modo alcanzar tres importantes objetivos que son:

a) Eliminar o reducir la sobreexcavación que incide ciertamente en la cantidad y costo de hormigón requerido.

b) Dejar la roca cercana al perímetro de la excavación lo más sana posible, para soportar sin problemas tanto el peso de las estructuras mencionadas como también las vibraciones producidas durante su funcionamiento.

c) Minimizar el impacto de daños en la infraestructura y construcciones circundantes a la zona del proyecto, originadaspor las vibraciones y rocas volantes de las voladuras.



41

� El presente trabajo describe y analiza las técnicas existentes en voladuras controladas y las que se aplicaron en la excavación de la casa de máquinas, los rendimientos de equipos, varillaje de perforación, problemas de voladura y las soluciones dadas.

OBJETIVOS:

• Hacer un repaso y analizar las técnicas de voladuras controladas.• Diseño y aplicación de estas técnicas en la excavación de la casa

de máquinas del proyecto.• Descripción de las dificultades geológicas, presencia de agua y

disponibilidad de materiales explosivos adecuados y las soluciones dadas.

• Mostrar el rendimiento de las máquinas, equipos y accesorios obtenidos en las obras de excavación.

• Finalmente, el costo por m3 de excavación obtenido en la obra.



TAMAÑO Y VOLUMEN DE LA EXCAVACIÓN.-

La excavación comprendía un área total de 1,200 m2, y una profundidad variable de 12 a 14 m, en relleno de 8 a 10 m, y en roca de 1.70 m a 3.90 m, según se requiere para la cimentación de estructuras de concreto de una hidroeléctrica.

6.3 EXCAVACION EN CASA DE MAQUINAS

EQUIPOS DE EXCAVACIONEQUIPOS DE EXCAVACION

• 1 Trackdrill Hidráulico Atlas Copco ROC 748 HC

• 1 Excavadora CAT 325• 3 Volquetes Volvo Nl12


42

6.4 TIPOS DE ROCA

• La roca basal encontrada durante la excavación es cuarcita, y en menor cantidad granodiorita con alteraciones geológicas como fallas locales y abundante presencia de agua estática y dinámica, probablemente producto de la filtración de la presa.

• La cuarcita tiene características geológicas y geomecánicas muy diferentes a la granodiorita, lo que originó diferentes resultados de campo, tanto en rendimientos y eficiencias del equipo de perforación, varillaje de perforación, equipos de carguío y transporte, como en el plazo de ejecución de los trabajos.

• Para conocer algunas características de estas rocas, se enviaron muestras al laboratorio de mecánica de rocas de la Pontificia Universidad Católica del Perú, donde arrojaron los siguientes resultados:


Descripción Unidad Cuarcita Granodiorita

Resistencia a la compresión kg/cm2 2,300.36 857.83 Resistencia a la tracción kg/cm2 139.50 36.47 Módulo de Young kg/cm2 907,028.50 244,066.00 Módulo de Poisson 0.322 0.248

Cuarcita Granodiorita

6.4 TIPOS DE ROCA


43

• La producción del trackdrill hidráulico Atlas Copco ROC 748 HC/COP 1238 fue de 20.70 m³/h en cuarcita.

• La velocidad de perforación global según tipo de roca es de 9.20 m/h en roca cuarcita, y de 17.70 m/h en roca granodiorita.

• El rendimiento del equipo ROC748 HC, es aceptable para el tipo de roca y condiciones de trabajo en que se ha realizado, es decir en roca muy dura, fallada, área estrecha, difícil desescombro, etc.

6.5 EQUIPO DE PERFORACION

• El diámetro de perforación utilizado es de 2½ pulgadas, Los rendimientos y eficiencias del equipo de perforación se puede ver en el siguiente cuadro.


DESCRIPCION Und TOTAL 1. DATOS DE PERFORACION

1.1 Diámetro de taladro mm 64 1.2 Profundidad promedio de taladro m 3.00 1.3 Total taladros perforados m 1,735 1.4 Total metros perforados m 5,244

2. CONTROL DE TIEMPOS 2.1 Tiempo programado (Tp) h 815.50 2.2 Demoras mecánicas efectivas (Tdm) h 51.00 2.3. Tiempo disponible (Td) h 764.50 2.4 Demora no operativa (Tdno) h 252.50 2.5 Tiempo de trabajo (Td) h 512.00

3. FACTORES DE RENDIMIENTO 3.1 Disponibilidad mecánica efectiva (Fmec) 0.94 3.2 Demora no operativa (Fdno) 0.67 3.3 Eficiencia operativa (Fef) 0.85 3.4. Disponibilidad física (Df) 0.54

4. RENDIMIENTOS 4.1 Velocidad perforación neta m/h 0.60 4.2 Rendimiento por hora-maquina trabajada m/h 10.20 4.3 Rendimiento por hora-máquina programada m/h 6.40 4.4 Rendimiento por guardia 8 hrs m/gdia 51.40

5. CONSUMO DE PETROLEO 5.1 Consumo total de petróleo Gln 2,360 5.2 Indice de consumo Gln/h 4.60

Rendimientos y Eficiencias:

Equipo Diámetro Cuarcita Granodiorita

ROC 748 HC 64 mm 9.2 m/h 17.7 m/h

Equipo: TRACKDRILL HIDRAULICO (con Martillo en Cabeza)Equipo: TRACKDRILL HIDRAULICO (con Martillo en Cabeza)MarcaMarca: ATLAS COPCO: ATLAS COPCO ModeloModelo ROCROC--748 HC748 HC

6.5 EQUIPO DE PERFORACION


44

Varillaje de Perforación Vida útil

Brocas de botones 2½” (64 mm), T38 145.70 m

Adaptadores de culata, T38 1,048.80 m

Barras de extensión, T38 12 pies 749.10 m

Manguitos de acople, T38 874.00 m

VIDA UTIL DEL VARILLAJE DE PERFORACION

6.6 VARILLAJE DE PERFORACION

La vida útil de las brocas depende del tipo de roca,equipo de perforación, y del grado de afilado.


DESGASTE Y FATIGA DE BROCAS DE BOTONES


45

DESGASTE Y FATIGA DEL VARILLAJE DE PERFORACION


BROCAS DE BOTONES

Marca Tipo Diámetro

Broca Metros

perforados Consumo

Brocas VIDA UTIL

(m) Roca Labor

SANDVIK COROMANT

T38 2 1/2” 2,783.10 11 253.00 cuarcita Banqueo

T38 2 1/2” 1,721.60 19 82.90 cuarcita Banqueo ATLAS COPCO T38 BHD 3” 82.90 1 82.90 cuarcita Banqueo T51 3 1/2” 656.40 5 131.30 cuarcita Banqueo TOTAL 5,244.00 36 145.70

CONSUMO DEL VARILLAJE DE PERFORACION

BARRAS DE EXTENSION

Marca Tipo Diámetro

Broca Metros

perforados Consumo

Brocas VIDA UTIL

(m) Roca Labor

ATLAS COPCO T38 1½” 4,587.60 6 764.60 cuarcita Banqueo T51SP 2” 656.40 1 656.40 cuarcita Banqueo TOTAL 5,244.00 7 749.10



46

• En general, el consumo de varillaje en general fue muy alto, debido básicamente a las características de la cuarcita, que tiene alta resistencia a la compresión uniaxial y alta abrasividad.

ADAPTADORES DE CULATA

Marca Tipo Diámetro Broca

Metros perforados

Consumo Brocas

VIDA UTIL (m) Roca Labor

ATLAS COPCO T38 1 1/2” 4,587.60 4 1,146.90 cuarcita Banqueo T51 2” 656.40 1 656.40 cuarcita Banqueo TOTAL 5,244.00 36 1,048.80

CONSUMO DEL VARILLAJE DE PERFORACION



� El diámetro de perforación utilizado es de 2½ pulgadas.

� La malla de perforación inicialmente fue de 1.80 x 1.80 m., posteriormente la malla se redujo a 1.50 x 1.50 m, debido a la alta dureza de la roca cuarcita.

� El número total de taladros fue de 1,735 y el total de metros perforados fue de 5,244.

� Una característica muy importante en esta excavación fue la presencia de agua dinámica en los taladros perforados, por lo que se efectuaron diversas pruebas con dinamita gelatina, emulsión embolsada, ANFO en tubo de PVC, siendo está última alternativa la que dio mejor resultado; ya que nos se disponía de suficiente cantidad de dinamita gelatina, además de su menor costo.

6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN


47

• Para este tipo de roca con agua dinámica, hemos utilizado la fórmula de Pearse:

Donde:

B = Burden (m)Kv = Constante que depende de propiedades de la roca (0.70 a 1.00)Dt = Diámetro del taladro (mm)Pd = Presión de detonación del explosivo (kg/cm2)T = Resistencia a la tensión de la roca, (cuarcita = 139.50 kg/cm2)

• Aplicando esta fórmula, “B” para la GELATINA 90 es 1.80 m; para SLX AP80 es de 1.00 m; y para ANFO es de 0.80 m. En la práctica uniformizamos B x S, de 1.50 x 1.50 m, y combinamos con diferentes factores de carga, según el siguiente resumen:

DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURADISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA

B = Kv x 10-3 x Dt x (Pd / T)1/2



Después de varios disparos, descartamos la primera opción por su alto costo, la segunda opción por su difícil manipuleo y también su mediano costo. Se probó el uso del tubo PVC de 50 mm de diámetro, sellado en un extremo y cargado con ANFO, los resultados fueron satisfactorios en fragmentación, fácil manipuleo, y menor costo.

DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURADISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA

PRODUCTOB S T Q Fc

m m m kg kg/m³

GELATINA 90, 50 x 203 mm 1.50 1.50 1.60 3.60 0.53

SLX AP-80, a granel 1.50 1.50 1.40 6.20 0.95

ANFO, a granel 1.50 1.50 1.00 3.50 0.55



48

CONSUMO TOTAL DE EXPLOSIVOS

Item MATERIALES Und

VOLADURA PRIMARIAVOLADURA

SECUNDARIATOTAL

Casa de Maquinas

Tubería Forzada

Presa de Compens

ación

Casa de Maquinas

Cantera Enrocad

o

1 GELATINA ESPECIAL 90 (2” x 8”)

Cart. 1,027 0 64 64 0 1,155kg 535 0 33 33 0 602

2 DINAMITA SEMEXA 80 (7/8” x 7”)

Cart. 1,423 73 149 187 184 2,016kg 122 6 13 16 16 173

3 ANFO kg 430 64 74 26 2 1,0894 AL-ANFO (10%) kg 493 0 0 4

5 EXSACORTE (7/8” x 28”)Pza 410 0 140 0 0 550kg 151 0 51 0 0 202

6 SLURREX AP80 kg. 100 0 100 2007 CORDON DETONANTE 5PE m 5,719.2 91.5 586.3 982.0 7,3798 GUIA DE SEGURIDAD m 191.5 12.2 36.6 59.5 87.2 3879 FULMINANTE COMUN N° 8 Pza 123 8 24 36 48 23910 RETARDO 17 MS Pza 110 16 10 6 14211 RETARDO 25 MS Pza 90 3 1 0 94



Item MATERIALES Und Casa de Maquinas

Tubería Forzada

Presa de Compensación

1 VOLUMEN DISPARADO m³ 5,362.51 250.50 513.79

2 DINAMITA kg/m³ 0.15 0.024 0.189

3 ANFO kg/m³ 0.19 0.256 0.338

4 CORDON DETONANTE 5PE m/m³ 1.06 0.365 1.141

5 GUIA DE SEGURIDAD m/m³ 0.035 0.049 0.071

6 FULMINANTE COMUN N° 8 Pza/m³ 0.023 0.032 0.046

7 RETARDO DE SUPERFICIE Pza/m³ 0.037 0.076 0.021

EFICIENCIA DE EXPLOSIVOS



49

CARGUIO DE CARGUIO DE EXPLOSIVOS EXPLOSIVOS

EN TALADROSEN TALADROS


TRABAJOS TRABAJOS PREVIOS A LA PREVIOS A LA CIMENTACIONCIMENTACION

((unauna vezvezculminadoculminado la la excavaciónexcavación))


50

• Fue uno de los aspectos más importantes tomados en cuenta, debido a la proximidad de edificios, instalaciones, estructuras de concreto y equipos de la presa.

• El estudio de vibraciones persigue la obtención de una ley o leyes que indiquen el nivel de vibración en función de la distancia y de la carga detonada, también llamado relación “Distancia - Carga”.

• La intensidad de la vibración del terreno que genera una voladura se mide por la Velocidad de Partícula Máxima (PPV) con ayuda de un sismógrafo, pero cuando no se tiene, como al principio en nuestro caso, se utiliza la ecuación de “Distancia Escalada”:

Donde:Ds = Distancia escalada, en metros.D = Distancia de la voladura al punto de observación, en metros.W = Carga máxima a detonar en kg, por retardo de 9 ms a más.

6.8 CONTROL DE VIBRACIONES

Ds = D / W ½


• Según el USBM de EEUU, una distancia escalada o reducida de 22.63 m/kg1/2 puede proteger de voladuras frente a vibraciones no mayores de 50 mm/s, ya que la velocidad de partícula menores a esta cifra, muestran pequeñas probabilidades de causar daños estructurales, mayores a esta cifra sí causan daños.

• Para el control de la longitud y frecuencia de ondas permisibles se adquirió un sismógrafo INSTANTEL Blastmate III, los rangos permisibles de las ondas longitudinales, verticales y transversales, así como las frecuencias y otros datos, en ningún caso superaron la velocidad de partícula máxima de 50 mm/s.

• Como ejemplo, se muestra en la siguiente lámina el registro de la voladura N°3.



51

REPORTE DIARIO DE VIBRACIONES – VOLADURA N°3



52

COSTO TOTAL DE EXCAVACION

DESCRIPCION ACTIVIDAD COSTO

UNITARIO %

INCIDENCIA

(US$/m3) COSTO

1. PERFORACIÓN

• Mano de obra 0.7871 6.60 %

• Equipos 3.0541 25.80 %

• Materiales (varillaje de perforación) 1.1826 10.00 %

TOTAL COSTO PERFORACIÓN 5.0239

2. VOLADURA

• Mano de obra 0.4623 3.90 %

• Materiales explosivos y accesorios 1.1083 9.30 %

TOTAL COSTO DE VOLADURA 1.5706

3. BOMBEO DE AGUA

• Mano de obra 1.1458 9.70 %

• Equipos 1.1012 9.30 %

TOTAL COSTO DE BOMBEO 2.2470

4. EXTRACCION

• Mano de obra 0.1770 1.50 %

• Equipos 1.8392 15.50 %

TOTAL COSTO DE EXTRACCION 2.0162

5. ACARREO

• Mano de obra 0.1660 1.40 %

• Equipos 0.8139 6.90 %

TOTAL COSTO DE ACARREO 0.9799

COSTO DIRECTO TOTAL (US$/m3) 11.8376 100 %


COSTO DE PERFORACION

PROYECTO CENTRAL GALLITO CIEGO


53

COSTO DE VOLADURA



COSTO TOTAL DE EXCAVACION



54

CENTRAL HIDROELECTRICA

“GALLITO CIEGO” EN PLENA

CONSTRUCCION


1) La roca basal de la excavación es cuarcita, y en menor cantidad granodiorita, con alteraciones geológicas como fallas locales y abundante presencia de agua estática y dinámica, probablemente producto de la filtración de la presa.

2) La velocidad de perforación global es de 9.20 m/h en roca cuarcita, y de 17.70 m/h en roca granodiorita, para un diámetro de perforación de 2½ pulgadas.

3) El consumo de brocas de perforación, fue un 150% mayor que el proyectado, debido a las características muy abrasivas de la cuarcita.

4) En la voladura de producción, el uso de ANFO en tubo de PVC fue también el que mejor resultado dio.

6.9 RESUMEN DEL CASO


55

5) los rangos permisibles de las ondas longitudinales, verticales y transversales, así como las frecuencias y otros datos, en ningún caso superaron la velocidad de partícula máxima de 50 mm/s

6) Las condiciones operativas de la excavación fueron difíciles debido al área estrecha, presencia de abundante agua, desescombro complicado, cronograma ajustado.

7) El costo de perforación y voladura representa el 56% del costo total de excavación; del cual la perforación representa el 42%, y el varillaje de perforación el 10% del costo total.

6.9 RESUMEN DEL CASO


VII.VII.VII.VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONESCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES




56

7.1 CONCLUSIONES

1) La velocidad de la partícula sigue siendo el mejor criterio para medir el movimiento del terreno. Es el criterio más práctico para regular el daño potencial para las clases de estructuras con buenas características de respuesta.

2) Los daños potenciales para voladuras de bajas frecuencias (< de 40 Hz) son considerablemente más altas que aquellas voladuras de altas frecuencias (> a 40 Hz).

3) El diseño de construcción de las casas es también un factor preponderante del nivel de daño mínimo esperado.

4) Problema humano: la sensibilidad humana a las vibraciones es muy alta, de tal manera que mucho antes de tener un daño en una edificación, los habitantes perciben vibraciones que pueden alarmarlos.


a) Reducir el peso de explosivo por retardo (minimizar la carga operante). Esta técnica tal vez sea el factor más significativo que afecta la amplitud de la velocidad de partícula. Para reducir la probabilidad de daños, cualquier disminución en la cantidad de explosivo a través de:• Reducción del diámetro de perforación.• Reducción de la altura de banco. • Separación (seccionamiento) y secuenciamiento

adecuado de las cargas explosivas.• No repetir números de detonadores.

b) Reducir el confinamiento de explosivos a través de:• Utilizar el consumo específico de explosivo adecuado.• Reducción del burden y espaciamiento.• Retiro de amortiguadores frente a los taladros frontales.

1)1) TÉCNICAS PARA REDUCIR, MITIGAR Y/O MINIMIZAR EL NIVEL TÉCNICAS PARA REDUCIR, MITIGAR Y/O MINIMIZAR EL NIVEL DE VIBRACIONESDE VIBRACIONES

7.2 RECOMENDACIONES


57

b) Reducir el confinamiento de explosivos a través de:• Limitar el confinamiento de explosivos a la roca de lecho, si

se puede remover la sobrecarga por otros medios.• Reducción del taco, pero no hasta el grado de mejorar el

chorro de aire y/o la roca lanzada por la explosión.• Reducción de la subperforación a un nivel adecuado.• Reducción de la profundidad de los taladros.• Proveer más de una cara libre donde efectuar la voladura, o

disponer de la mayor cara libre posible.• Siempre que sea posible, la progresión (secuencia de

encendido) de los taladros detonantes o de una hilera de taladros a través de intervalos de retardo de milésimas de segundo deberá alejarse de la estructura más cercana.


7.2 RECOMENDACIONES


b) Reducir el confinamiento de explosivos a través de:• Seleccionar esquemas y secuencias que eviten la

sobreposición de ondas, uso retardos más prolongados (rango de 50 a 60 ms) entre taladros o hileras de taladros, donde las condiciones geológicas y el sistema de iniciación lo permitan; asimismo reducir la detonación instantánea.

• Reducir el número de voladuras mediante el uso de disparos más grandes.

• Programar las voladuras para que coincidan con los niveles más altos de ruido ambiental en el área.

• Mantener cuando sea posible el tiempo transcurrido total de la voladura por debajo de un segundo de duración.

• Uso de detonadores en donde la dispersión de tiempos sea mínima (detonadores electrónicos).


7.2 RECOMENDACIONES


58

VE

LOC

IDA

D M

ÁX

IMA

DE

PA

RT

ÍCU

LA (

mm

/s)

12

9

6

3

6 12 18 24 30

TIEMPO DE RETARDO (ms)

INTERVALO DE RETARDO INTERVALO DE RETARDO -- NIVEL DE VIBRACIÓNNIVEL DE VIBRACIÓN


a) Utilizar boretrak, laser profile y GPS en el control de la perforación para que las mallas coincidan con las nominales.

b) Realizar un estudio técnico-científico para determinar la PPV para cada tipo de construcción, ya que todas las casas tiene fracturas por una variedad de los esfuerzos del entorno, como humedad, cambios de temperatura, reacomodo de los bloques de terreno, variaciones de humedad en el terreno, vientos, absorción de agua, etc.

2)2) OTRAS MEDIDAS PARA REDUCIR, MITIGAR Y/O MINIMIZAR OTRAS MEDIDAS PARA REDUCIR, MITIGAR Y/O MINIMIZAR EL NIVEL DE VIBRACIONESEL NIVEL DE VIBRACIONES

7.2 RECOMENDACIONES


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Mg. Ing. Fredy Ponce Ramírez

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Celular: 51 1 975589453

RPM: # 931393