Criterio de Daño

CRITERIOS DE DAÑO

2006

Introducción Cuando se tiene conocimiento de niveles límites de daño (sea en términos de amplitud, frecuencia o ambos), la medición nos permite revisar o chequear nuestra realidad en términos de la influencia de tronaduras en las cercanías Equipos de interruptores eléctricos Instalaciones de computadoras

Infraestructura de Construcción Estabilidad de taludes Con datos suficientes (en cantidad y calidad) el modelamiento predictivo de niveles de vibración se transforma en una herramienta de gran ayuda.

Porque medir vibraciones inducidas por la Tronadura? Medición de respuestas de estructuras a cargas de vibración Estructuras distintas responden en maneras distintas a distintas cargas vibracionales Estructuras de acero

Equipos mayores (molinos subterráneos) Estructuras de valor histórico (edificios, puentes, etc) Es factible detectar y aislar aquellas frecuencias críticas las cuales promueven una respuesta estructural no deseada, y trabajar para eliminarlas

Porque medir vibraciones inducidas por la Tronadura? Rendimiento de productos, medido en terreno? Con una instalación de geófono adecuada, se puede realizar mediciones de niveles absolutos de vibración Aún sin contar con instrumentación optima, no obstante, se puede realizar comparación relativa entre niveles de vibración de tronadura, para evaluar los méritos relativos de distintos productos Evaluación de productos de tronadura de perímetro Evaluación del grado de eficacia de pre-corte en operaciones de superficie

Criterio de Daño en Taludes Hook y Bray FORMA DE DAÑO Quiebre de roca Inicio de quiebre Caida de rocas en galerias no revestidas Daño menor, agrietamiento de teso o estuco

VELOCIDAD DE PARTICULA (mm/s) 2500 650 300 130

Criterio de Daño en Taludes Oriard FORMA DE DAÑO Caída ocasional de roca suelta Caída de secciones de roca parcialmente suelta

VELOCIDAD DE PARTICULA (mm/s) 5 – 100 mm/s 130 – 380

Daño a rocas poco competentes

> 600

Daño significativo a rocas competentes

> 2500

Criterio de Daño en Taludes Bauer y Calder En relación al trabajo en labores subterráneas, los criterios son escasos, y uno de ellos fue el estudiado en base al comportamiento de un macizo que se auto-soporta.

EFECTOS SOBRE EL MACIZO ROCOSO No hay peligro en cosa sana

VELOCIDAD DE PARTICULA (mm/s) < 250

Puede aparecer descostramiento por rotura de tracción

250 – 650

Grandes roturas por tracción o algunas grietas radiales

650 – 2500

Agrietamiento total del macizo rocoso

> 2500

Criterio de Daño en Taludes Holmberg y Persson Indican que el daño es logrado a una velocidad de partícula entre 700 y 1000 mm/s Se han identificado una cantidad de modos de falla en talud, las pueden ser influenciadas directamente por la voladura.

Criterio de Daño en Taludes Se han identificado una cantidad de modos de falla en talud, las pueden ser influenciadas directamente por la voladura.

• Falla completa de la masa rocosa

• Desarrollo de nuevas grietas

• Extensión y apertura de grietas preexistentes

Concepto y Definición de “Daño”

Fuente: ESTUDIO PRELIMINAR DE PARÁMETROS TÉCNICOS EN LA UTILIZACIÓN DE TECNOLOGÍA INNOVADORA PARA MEDICIÓN Y EVALUACIÓN DE DAÑO POR TRONADURA , Memoria de Título Paulo Aguilera

Revisión del Concepto de “Daño” (Memoria P. Aguilera)

La principal definición de daño que entregan la mayoría de los autores es la disminución de las propiedades mecánicas (resistencia, deformabilidad) de la roca (roca o macizos rocoso) producto de la detonación de cargas explosivas que generan sobre ella compresión, tensión y presión de gases. Holmberg y Persson (1979) [13] define el daño como un incremento medible en el número de fracturas presentes en un macizo rocoso después de la detonación de una carga explosiva, resultando en la disminución de la estabilidad del talud u otras estructuras. Según los mismos autores [25], el principal causante del daño es el esfuerzo de corte generado por la onda de tensión o corte, generada por la detonación de una carga explosiva. Esta se encarga a su paso de expandir fracturas, o set de fracturas, existentes. En mediciones realizadas en rocas estratificadas duras en Escandinavia, Holmberg y Persson (1979) [24] demuestran que solo un limitado número de fracturas son creadas (excepto cerca del tiro), y el principal daño tras la tronadura es en la forma de extensión y apertura de fracturas preexistentes. Según JKMRC (1990) [16], daño es cualquier cambio en las propiedades de un material, que degrada el comportamiento del mismo. Este daño puede ser cuantificado midiendo la generación de nuevas fracturas, la extensión de nuevas y pre-existentes fracturas y el corte y desplazamiento a lo largo de fracturas y junturas. También incluye la generación y pérdida de deslizamientos a pequeña escala. El efecto del daño es el deterioro en la resistencia y deformabilidad del macizo rocoso.

Revisión del Concepto de “Daño” (Memoria P. Aguilera)

Scott et al. (1996) presenta el daño como la acción de la tronadura en volúmenes situados fuera del diseñado. La remoción de carga permite relajación y desconfinamiento de la estructura del macizo rocoso, generando un incremento en la permeabilidad y porosidad, y una reducción en la rigidez del macizo. Además, las operaciones de tronadura imponen esfuerzos dinámicos transientes e inyectan gases a alta presión en la estructura (ahora parcialmente relajada) del macizo rocoso. Este indeseado daño periférico puede ser, en muchos casos, un menor y temporal inconveniente, desapareciendo toda evidencia de él cuando la siguiente tronadura es disparada. La diferencia en la definición de daño a la roca depende, también, de la disciplina a la que se aplica. En investigaciones de tronadura y fragmentación el daño puede ser medido como un nivel de vibración o como un rompimiento trasero (sobre-quiebre) detrás del contorno teórico (Holmberg y Persson 1980, Rustan 1983); cambio en la transmisión de ondas o características sísmicas, incluyendo atenuación de amplitud y frecuencia, es otra descripción (Rustan 1983, Spathis et al. 1987). El fracturamiento es aceptado como daño a la roca intacta. La reducción en las propiedades del macizo rocoso, tal como el Módulo de Young y la cohesión de junturas o fracturas, es también aceptado como daño (Hutson 1989, Akutagawa 1991). En mecánica de rocas, el excesivo desplazamiento o un comportamiento no-lineal sobre la región lineal de la curva durante el proceso de carga-deformación, es aceptado como daño. En mecánica de daño continuo, el macizo rocoso es tratado como un medio dañado debido a la existencia de variados defectos, medidos por ranking de un escalar de grado de daño D, entre 0 y 1 (Grady & Kipp 1987).

Clasificación de Daño (Memoria P. Aguilera)

La primera clasificación existente del daño es dependiente de la escala de estudio. Basado en éste parámetro, la distinción entre roca y macizo rocoso (Brady & Brown, 1985), basada en la escala, el daño es clasificado en daño a la roca y daño al macizo rocoso. El primero puede ser descrito adecuadamente por fracturamiento, mientras que el segundo cubre gran escala y no puede ser descrito por un solo mecanismo.


Paventi et al. (1996), clasifica el daño al macizo rocoso en daño inherente, definido como la reducción en su integridad como resultado de un proceso natural, y daño inducido por minería, a su vez clasificado en daño inducido por tronadura y daño inducido por redistribución de esfuerzos . El daño inherente es caracterizado por la historia regional tectónica que ha sido impuesto en un macizo rocoso. El daño inducido por minería es el subsiguiente impuesto sobre el daño inherente al macizo rocoso.


El daño al macizo rocoso inducido por tronadura puede ser clasificado en dos categorías: daño en campo lejano y daño en campo cercano (McKenzie C. K. 1995, Scott et al. 1996, JKMRC 1990). El daño en campo lejano es definido como aquel que es capaz de generar apertura de fracturas preexistentes, fuera de la zona donde el fracturamiento puede ser inducido, a distancias de decenas o centenas de metros de la tronadura (McKenzie C. K., 1995). En la generación de este daño intervienen, principalmente, las vibraciones producidas por ondas superficiales generadas en la tronadura, importando en su medición la frecuencia y la aceleración de partículas, y el desplazamiento dinámico de bloques de roca. Los efectos principales de este daño son la creación de fracturamiento en construcciones y obras civiles ubicadas en zonas adyacentes a la tronadura (a las distancias mencionadas antes) (Dowding C., 1984). Por otra parte, el daño en campo cercano se refiere a aquel que ocurre alrededor del perímetro de la tronadura, y es relevante en el beneficio de la operación minera, en términos de costos generados por dilución, fragmentación inadecuada y estabilidad de taludes. El radio de acción de este daño puede limitarse a la zona donde las ondas de cuerpo ejercen su mayoritaria contribución al fracturamiento del macizo, antes de ejercer su mayor acción las ondas superficiales .


Estimación de la Velocidad de la Partícula Critica Teórica Con bajos niveles de vibración (grandes distancias de la voladura), los niveles de deformación son muy pequeños para inducir nuevo fracturamiento. A menores distancias los niveles de vibración son mayores y son capaces de extender fracturas preexistentes, pero insuficientes para crear nuevo fracturamiento. Muy cerca de las cargas explosivas, los niveles de vibración son lo suficientemente altas para afectar la matriz de roca y producir diferentes grados de fracturamiento.

Altos niveles de vibración tiene el potencial de dañar al macizo, produciendo nuevas fracturas o extendiendo o dilatando fracturas existentes. Bajo este contexto, la vibración puede ser considerada como la introducción de un esfuerzo de deformación.

Estimación de la Velocidad de la Partícula Critica Teórica La velocidad de partícula es relacionada frecuentemente con su potencial para generar nuevo fracturamiento, a través de la relación entre velocidad de partícula y deformación de partícula, esto válido para una condición de roca confinada en la vecindad inmediata a las cargas explosivas, donde el impacto es más intenso y los niveles de esfuerzos inducidos son similares a los necesarios para fragmentar la roca. Dada esta deformación, es que el análisis de velocidad de partícula tiene la cualidad de ser un buen método para estimar el grado de fracturamiento inducido.

PPV  VP

PPV = Velocidad de partícula  = Deformación inducida Vp = Velocidad de onda de compresión

De la ley de Hooke y asumiendo un comportamiento elástico de la roca, la Velocidad de Partícula Máxima (Crítica), PPVc, que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra el fallamiento por tensión, es estimada conociendo la Resistencia a la Tracción ( t), el modulo de Young, E, y la velocidad de propagación de onda P, Vp, utilizando la siguiente ecuación.

Estimación de la Velocidad de la Partícula Critica Teórica (Software VibProg)

Estimación de la Velocidad de la Partícula Critica Teórica TIPO DE ROCA

Cuarzo-1 Brecha-1 Milonita Ox-1 Ox-2 Cuarzo-2 Brecha-2 Andesita-1 Diorita Brecha-3 Pórfido-1 Pórfido-2

Resistencia a la Tracción

Velocidad de Onda P

Módulo de Young

Velocidad de Partícula Crítica PPVc

[MPa]

[m/s]

[GPa]

[mm/s]

14.0 7.3 1.9 6.7 7.2 8.4 3.9 14.9 13.2 11.3 6.7 5.1

5 102 4 298 2 940 4 373 4 804 4 207 4 041 4 975 4 650 4 650 3 829 3 661

55.5 30.2 14.6 35.2 44.4 42.7 39.3 67.3 48.6 58.3 31.2 46.6

1 286 1 037 380 836 774 823 401 1 100 1 260 900 823 401

Estimación de la Velocidad de la Partícula Critica Teórica Los niveles de Velocidad de partícula crítica entregados en la tabla anterior, pueden diferir de los valores encontrados en la literatura. Estas diferencia refleja la gran importancia que tiene establecer para cada tipo de macizo los límites de daño, los que están directamente relacionados con las propiedades geomecánicas y por lo tanto deben ser estimadas en forma independiente no solo en cada mina si no en cada dominio geomecánico de la misma.

El daño es causado principalmente por 3 mecanismos que son; la generación de nuevas grietas al superar el nivel crítico de velocidad de partícula, extensión y apertura de fracturas existentes por la acción de una excesiva presión de gases, y finalmente, la desestabilización de bloques, cuñas, etc, debido a una alteración de propiedades de las estructuras geológicas. De estos mecanismos, es importante reconocer que los dos primeros afectan al campo cercano (< 50 metros de la voladura), mientras que el último mecanismo puede ocurrir en el campo lejano.

La Tronadura Induce Fracturamiento Vibración = Esfuerzo Esfuerzo induce fracturamiento Dentro del disparo

Fragmentación

Fuera del disparo

Daño

Que pasa en el medio ? • Propagación de Ondas por el efecto del foco sísmico • Efectos de las ondas en la roca. Estructuras y aire.

Modelos Que se puede Comparar ?

Normas Internacionales

Resumen General de Criterios de Daño



Que se obtiene de utilidad ?

• • • •

Tiempo de atenuación. Constantes de medio. Utilización efectiva de la energía. Disminuir los daños por sobre excavación. • Control general de la tronadura.

Se debe tener cuidado con !

Cambios litológicos

Fallas y estructuras predominantes

Sectores altamente fracturados


Cambios litológico, que representen un cambio brusco en los ángulos de Pit.


Pit Profundidad Pit recientes

Se debe tener cuidado con ! Contornos, estructuras predominantes y presencia de agua


Niveles de Transporte e instalaciones Hormigón recién proyectado


Botaderos Taludes


Estructuras importantes

Obras Civiles

Tuberías y cañerías

Conclusiones Al obtener valores absolutos de los niveles de velocidad de partículas, es posible construir modelos confiables de predicción de vibración con los cuales se pueden evaluar diferentes modificaciones a los distintos parámetros de la tronadura.

Los parámetros de ajuste de los modelos son directamente dependientes del comportamiento de las vibraciones en cada tipo de roca, por lo que su aplicación se restringe sólo a la mina y sector donde fueron obtenidos, (Variaciones en K y Alfa).

Una de las normas más completas para la evaluación del daño provocado a construcciones y edificaciones por las tronaduras, es la Norma Sueca SS 460 48 66 del año 1991, la cual está basada en un gran número y tipos de tronaduras, asociadas a distintos tipos de rocas, tipos de construcciones y tipos de materiales usados para construir edificaciones.

Criterio de Daño

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