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

Curso de Actualización:

“PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA, FUNDAMENTOS Y APLICACIONES EN MINERIA Y OBRAS CIVILES” CONTROL DE VIBRACIONES, PROYECCION DE ROCAS, Y DE CONTORNO Sesión N°2: “PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE

VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES” Lima - Perú, 03, 04 y 05 Octubre 2012

Mg. Ing. Fredy Ponce R.

DIA MIERCOLES 03 OCTUBRE 2012 Sesión N° N° 2: PERFORACION Y VOLADURA CONTROLADA DE VIBRACIONES EN OPERACIONES SUPERFICIALES Temario: 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.


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

I. ASPECTOS GENERALES DE LAS VIBRACIONES


1.1 CARACTERISTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES ¿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 “seismos seismos” ” (= agitación), y el término terremoto, de los vocablos latinos “terra terra“ y “motus motus”” (= movimiento de tierra).


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1.2 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LAS VOLADURAS


1.2 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LAS VOLADURAS

VIBRACIONES


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ALTERACIONES PRINCIPALES DE LAS VOLADURAS AL MEDIO AMBIENTE (FACTORES NO DESEADOS) 1) Vibraciones terrestres 2) Onda aérea (air blasting)

3) Proyección de rocas (fly rocks)

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


1.3 DEFINICION 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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1.3 DEFINICION DE VIBRACIONES DEL MACIZO ROCOSO • 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.


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: 10%

• GRIETAS RADIALES Y CIRCUNFRENCIALES • GRIETAS POR REFLEXION

5%

• PROPAGACION DE GRIETAS

1%

DESPLAZAMIENTO:

28%

50%

FORMA DE LA PILA DE ESCOMBRO

VIBRACIONES: 4%

ONDA AEREA: 2%


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


VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)

Geología local y características de las rocas. Peso de la carga operante. Distancia al punto de la voladura. Consumo específico de explosivo. Tipos de explosivos. Tiempos de retardo. Variables geométricas de las voladuras.


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2.1 GEOLOGÍA LOCAL Y CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS • 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

Efecto de la geología

Roca

Suelo


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2.2 PESO DE LA CARGA OPERANTE (POR RETARDO) • 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. • Mayor carga por retardo

v ∝Qa a = 0,8 (U.S. Bureau of Mines)


2.3 DISTANCIA AL PUNTO DE LA VOLADURA

∝

b 1D

v

• 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:

Distancia

intensidad de vibración

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). Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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Efecto de la distancia


2.4 CONSUMO ESPECÍFICO DE EXPLOSIVO

– Gran confinamiento – Mala distribución espacial


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2.5 TIPOS DE EXPLOSIVOS • Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula y las tensiones inducidas en las rocas, y tal constante de proporcionalidad es la impedancia del medio rocoso. rocoso. • La primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos que generan presiones de taladros más bajas, provocarán niveles de vibraciones inferiores. Estos explosivos son los de baja densidad y de baja velocidad de detonación, detonación, por ejemplo el ANFO. • Si se compara la misma cantidad de ANFO con un HANFO, la intensidad de las vibraciones generadas por el primero es de 1.5 a 2.0 veces menor. • En los estudios sobre vibraciones, si se utilizan explosivos de potencias muy dispares, las cargas deben ser normalizadas a un explosivo patrón de potencia conocida. Este explosivo puede ser el ANFO, puesto que se consume en mayor cantidad. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

2.6 TIEMPO DE RETARDOS • 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”. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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2.7 VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURAS 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

EFECTOS DE UNA CARGA EXPLOSIVA SEGÚN LA DIMENSIÓN DEL BURDEN


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2.7 VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURAS 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.


2.7 VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURAS 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 VOLADURAS • Diámetro de perforación

Cargas operantes elevadas H/B > 2 buena fragmentación

• Altura de banco

eliminación de repies cargas poco confinadas

• Piedra y espaciamiento • Sobreperforación • Retacado • Inclinación de los barrenos • Desacoplamiento • Tamaño de la voladura

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. PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES GENERADAS EN LAS VOLADURAS


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3. PROPAGACIÓN DE LAS VIBRACIONES GENERADAS EN LAS VOLADURAS DE ROCAS 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Definición de ondas sísmicas. Tipos de ondas sísmicas generadas. Parámetros de las ondas. Atenuación geométrica. Amortiguación inelástica. Interacción de las ondas elásticas.


3.1 ¿QUE SON LAS ONDAS SÍSMICAS? • 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.


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Propagación de las ondas sísmicas

ONDAS SUPERFICIALES

ONDAS INTERNAS


3.2 TIPOS DE ONDAS SISMICAS GENERADAS Las distintas ondas sísmicas por cada grupo se clasifican en: 1) ONDAS INTERNAS

a) Ondas Primarias, Longitudinales o de Compresión (Ondas “P”). b) Ondas Secundarias, Transversales o de Cizallamiento (Ondas “S”: SH, SV). 2) ONDAS SUPERFICIALES

T

a) Ondas Rayleigh (Ondas “R”). b) Ondas Love (Ondas “O”).

R V

P

P

SH

SH P SV, R

Geófono

SV R Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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


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


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2) ONDAS SUPERFICIALES • 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. 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.

ONDA “R”


2) ONDAS SUPERFICIALES 2.b) ONDAS LOVE (ONDAS “O”)

• 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. ONDA LOVE


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VIBRACIONES ONDAS “P”

ONDAS “S” “S”

ONDAS “O” “O


3.3 PARÁMETROS 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 llama desplazamiento. 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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3.3 PARÁMETROS DE LAS ONDAS

1) Amplitud (A) 2) Velocidad de partícula (v) 3) Aceleración (a) 4) Frecuencia (f)


3.3 PARÁMETROS DE LAS ONDAS

ω =2 xπ x f v = A x ω x cos(ωt ) a = − A x ω 2 x sen(ωt )

vmax = A x ω = A x 2 x π x f amax = A x ω 2 = vmax x 2 x π x f


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


4.1 ESTUDIOS 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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4.1 ESTUDIOS VIBROGRÁFICOS Reconocimiento del terreno Diseño de voladuras experimentales Factor de seguridad

Registro de vibraciones

Cálculo de la ley de amortiguación Distancia reducida

Análisis de frecuencias dominantes Estudio de la estructura a proteger

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

Criterio de daños


4.1 ESTUDIOS VIBROGRÁFICOS • 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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4.2 CRITERIOS DE PREVENCIÓN DE DAÑOS


LÍMITES DE VIBRACIÓN • 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, y c) 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.


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NORMATIVA ESPAÑOLA

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


NORMATIVA ESPAÑOLA

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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NORMATIVA ESPAÑOLA

Tipos de estructuras • 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.


NORMATIVA ESPAÑOLA

• 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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NORMATIVA ESPAÑOLA

Frecuencias principales (Hz) Tipo de estructura

2 - 15

15 - 75

> 75

Velocidad (mm/s)

Desplazamiento (mm)

Velocidad (mm/s)

I

20

0,212

100

II

9

0,095

45

III

4

0,042

20


4.3 CRITERIOS PARA EVALUAR LAS VIBRACIONES

1) La velocidad de la partícula 2) Distancia escalada 3) Análisis de la frecuencia


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4.3.1 FÓRMULA GENERAL PARA CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE LA PARTÍCULA

PPV max. = K ( D / W n ) -m Donde: PPV = Máxima velocidad de la partícula D = 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 PICO • 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: DISTANCIA DEL LUGAR DE LA VOLADURA

MAXIMA VELOCIDAD PERMISIBLE DE LA PARTICULA (1)

0 - 94 m.

31.75 mm/seg

(0 - 300 pies)

(1.21 pulg/seg)

95 - 1,562.5 m.

25.4 mm/seg

(301 - 5,000 pies)

(1.00 pulg/seg)

1,563 m. a más

12.7 mm/seg

(5,001 pies a más)

(0.50 pulg/seg)

(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.. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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4.3.2 DISTANCIA ESCALADA • 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; y Ds = 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

4.3.2 DISTANCIA ESCALADA DISTANCIA DEL LUGAR DE LA VOLADURA

0 - 94 m. (0 – 300 pies) 95 - 1,562.5 m. (301 - 5,000 pies) 1,563 a más ( 5,001 pies a más)

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

50 55 65


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CRITERIOS DE DAÑO INDICE DE VELOCIDAD SEGURA PARA EL MACIZO ROCOSO

• 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) Menos de 10 De 10 a 15 De 25 a 100 Más de 100

Efectos en Masa de roca No hay fractura de rocas intactas. Puede ocurrir rebanado tensional menor; pueden ocurrir algunas caídas de rocas. Rajaduras tensionales fuertes y cierta rajadura radial; fracturas de roca. Rotura completa de masas de rocas.


CRITERIOS DE DAÑO INDICE DE VELOCIDAD SEGURA PARA ESTRUCTURAS FRECUENCIA Menos de 40 Hz Mayor a 40 Hz

HOGARES MODERNOS a 19.00 mm/seg a 50.80 mm/seg

HOGARES ANTIGUOS (madera, yeso) a 12.07 mm/seg a 50.80 mm/seg

DAÑOS

DAÑOS

DAÑOS

DAÑOS

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4.3.3 ANÁLISIS 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. CRITERIOS DE MEDICION DE VIBRACIONES


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5.1 MONITOREO • 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

5.2 INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONES • 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. SECUENCIA DE OBTENCIÓN DE REGISTROS

Sismógrafos Voladura

Sismogramas


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5.2 INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONES Geófonos

Captadores

Acelerómetros

Transmisión de la señal

Registro magnético

Reproducción Análisis de frecuencias

Tratamiento de la señal

Filtrado Integración


5.2 INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONES • 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. ESQUEMA DE UN CAPTADOR DE VELOCIDAD MUELLE SOLENOIDE DE COBRE SUSPENDIDO + NÚCLEO MAGNÉTICO

N

S

REGISTRADOR

BASE

TERRENO Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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5.2 INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONES • SISMÓGRAFOS.- Permiten visualizar y amplificar las señales

procedentes de los captadores. EQUIPO DE REGISTRO Y ANALISIS

• Longitudinal • Transversal • Vertical

• TRATAMIENTO DE REGISTROS.-

- Equipos de reproducción y visualización de las señales. - Sistemas de tratamiento analógicos digitales. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

5.3 INSTRUMENTACIÓN CON DISTINTOS SISMÓGRAFOS Y REGISTROS

Para el monitoreo de vibraciones con sismógrafos: • Instantel. Instantel. • Blastronic BMX y uMX uMX.. • White Modelo Miniseis II. • Geosonic Inc.


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INSTRUMENTACIÓN CON DISTINTOS SISMÓGRAFOS

Geosonics Instantel Blastronic White


REPORTE DE VIBRACIONES


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REPORTE DE VIBRACIONES

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)


MONITOREO DE VIBRACIONES Resultado de mediciones de PPV, frecuencia y sonido tomadas en 5 Voladuras FECHA

DIS (m)

BLEN DEX

Kilos Por Retar.

TRANSVERSAL

RADIAL Frecuenc. HZ 35.7

VERTICAL

01-Dic 936-180 120

940

680

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

CRITERIOS DE DAÑO INDICE DE VELOCIDAD HOGARES MODERNOS HOGARES ANTIGUOS (madera, yeso)

SEGURA PARA ESTRUCTURAS Menos de 40 Hz a 19 mm/s Mayor a 40 Hz a 50.8 mm/s Menos a 40 Hz a 12.07 mm/s Mayor a 40 Hz a 50.8 mm/s

INDICE DE DESPLAZAMIENTO RESPUESTA VPP A 10 HZ A 40 HZ NOTABLE 0.508 mm/s 0.008 mm 0.002 mm MOLESTA SEVERA

5.08 mm/s 17.8 mm/s

0.08 mm 0.28 mm

0.02 mm 0.07 mm

INDICE DE ACELERACION ZONA SEGURA menos de 0.1 g ZONA DE PRECAUCION entre 0.1 y 1.0 g ZONA DE DAÑO mayor de 1.0 g

VPP Frecuenc. mm/s HZ 47.80 62.5

VPP mm/s 80.00

Frecuenc. HZ 16.1

VECT SUMA mm/s

VPP mm/s 60.31

POL

17.23

18.06

23.18

HOEK & BRAY Quiebre de roca Inicio de quiebra Caída de roca en galerías no revestidas Daño menor, agrietamiento de yeso o estuco ORIARD Caída ocasional de roca suelta Caída de secciones de roca parcialmente suelta Daño de rocas poco competentes Daño significativo de rocas competentes BAUER & CALDER No hay peligro en roca sana

80.41

2500 mm/s 650 mm/s 300 mm/s 130 mm/s

5 -10 mm/s 130 – 380 mm/s > 600 mm/s > 2500 mm/s

< 250 mm/s

Puede aparecer descostramiento en lajas 250 - 650 mm/s por rotura de tracción 650–2500 mm/s Grandes roturas por tracción o algunas grietas radiales > 2500 mm/s Agrietamiento total del macizo rocoso

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VOLADURAS CONTROLADAS: “Control de Vibraciones” “Control de Paredes Finales” “Control de Rocas Volantes”

VI. CASO N°1 N 1: CONTROL DE VIBRACIONES EN LA CONSTRUCCION DE LA CENTRAL HIDROLEECTRICA “GALLITO CIEGO”

6.1 GENERALIDADES DE UNA CENTRAL HIDROELECTRICA • 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. • 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.


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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.


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CARACTERÍSTICAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA • 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 Brasil donde se encuentra la segunda mayor central hidroeléctrica del mundo. • 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 HIDRÁULICA 1) Tubería forzada y o canal 2) Presa 3) Turbina 4) Generador 5) Transformador 6) Líneas eléctricas 7) Válvulas y compuertas 8) Rejas y limpia rejas 9) Embalse 10) Casa de turbinas Casa de Máquinas


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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 TALADROS 2°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 VOLADO 5°ELIMINACIÓN DEL MATERIAL VOLADO


6.3 GENERALIDADES DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO” UBICACION Y ACCESIBILIDAD El proyecto CENTRAL HIDROELÉCTRICA GALLITO CIEGO está ubicado en el Norte del Perú, en el distrito de YonánTembladera, 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.


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6.3 GENERALIDADES DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO” El Proyecto Central Hidroeléctrica Gallito Ciego es un

conjunto de servicios, ingeniería, suministros y otras obras, para construir 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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.

6.3 GENERALIDADES DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO” 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, originadas por las vibraciones y rocas volantes de las voladuras.


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6.3 GENERALIDADES DE LA CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO” 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.


6.3 EXCAVACION EN CASA DE MAQUINAS 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. EQUIPOS DE EXCAVACION • 1 Trackdrill Hidráulico Atlas Copco ROC 748 HC • 1 Excavadora CAT 325 • 3 Volquetes Volvo Nl12


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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: Mg. Ing. Fredy Ponce R.

6.4 TIPOS DE ROCA

Cuarcita

Descripción Resistencia a la compresión Resistencia a la tracción Módulo de Young Módulo de Poisson

Granodiorita

Unidad 2

kg/cm kg/cm2 kg/cm2

Cuarcita 2,300.36 139.50 907,028.50 0.322

Granodiorita 857.83 36.47 244,066.00 0.248


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


6.5 EQUIPO DE PERFORACION Equipo: TRACKDRILL HIDRAULICO (con Martillo en Cabeza) Marca:: ATLAS COPCO Modelo ROC Marca ROC--748 HC Rendimientos y Eficiencias:


Equipo

Diámetro

Cuarcita

ROC 748 HC

64 mm

9.2 m/h

DESCRIPCION 1. DATOS DE PERFORACION 1.1 Diámetro de taladro 1.2 Profundidad promedio de taladro 1.3 Total taladros perforados 1.4 Total metros perforados 2. CONTROL DE TIEMPOS 2.1 Tiempo programado (Tp) 2.2 Demoras mecánicas efectivas (Tdm) 2.3. Tiempo disponible (Td) 2.4 Demora no operativa (Tdno) 2.5 Tiempo de trabajo (Td) 3. FACTORES DE RENDIMIENTO 3.1 Disponibilidad mecánica efectiva (Fmec) 3.2 Demora no operativa (Fdno) 3.3 Eficiencia operativa (Fef) 3.4. Disponibilidad física (Df) 4. RENDIMIENTOS 4.1 Velocidad perforación neta 4.2 Rendimiento por hora-maquina trabajada 4.3 Rendimiento por hora-máquina programada 4.4 Rendimiento por guardia 8 hrs 5. CONSUMO DE PETROLEO 5.1 Consumo total de petróleo 5.2 Indice de consumo

Granodiorita 17.7 m/h Und

TOTAL

mm m m m

64 3.00 1,735 5,244

h h h h h

815.50 51.00 764.50 252.50 512.00 0.94 0.67 0.85 0.54

m/h m/h m/h m/gdia

0.60 10.20 6.40 51.40

Gln Gln/h

2,360 4.60

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6.6 VARILLAJE DE PERFORACION VIDA UTIL DEL VARILLAJE DE PERFORACION

Varillaje de Perforación Brocas de botones 2½” (64 mm), T38 Adaptadores de culata, T38

Vida útil 145.70 m 1,048.80 m

Barras de extensión, T38 12 pies

749.10 m

Manguitos de acople, T38

874.00 m

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


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DESGASTE Y FATIGA DEL VARILLAJE DE PERFORACION


6.6 VARILLAJE DE PERFORACION CONSUMO DEL VARILLAJE DE PERFORACION BROCAS DE BOTONES Marca SANDVIK COROMANT ATLAS COPCO

T38

Diámetro Broca 2 1/2”

Metros perforados 2,783.10

T38 T38 BHD T51

2 1/2” 3” 3 1/2”

1,721.60 82.90 656.40 5,244.00

Tipo

TOTAL

Consumo VIDA UTIL Roca Labor Brocas (m) 11 253.00 cuarcita Banqueo 19 1 5 36

82.90 82.90 131.30 145.70

cuarcita Banqueo cuarcita Banqueo cuarcita Banqueo

BARRAS DE EXTENSION Marca ATLAS COPCO TOTAL

Tipo T38 T51SP

Diámetro Broca 1½” 2”

Metros perforados 4,587.60 656.40 5,244.00

Consumo VIDA UTIL Roca Labor Brocas (m) 6 764.60 cuarcita Banqueo 1 656.40 cuarcita Banqueo 7 749.10


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6.6 VARILLAJE DE PERFORACION CONSUMO DEL VARILLAJE DE PERFORACION ADAPTADORES DE CULATA Marca ATLAS COPCO TOTAL

Tipo T38 T51

Diámetro Broca 1 1/2” 2”

Metros Consumo VIDA UTIL Roca Labor perforados Brocas (m) 4,587.60 4 1,146.90 cuarcita Banqueo 656.40 1 656.40 cuarcita Banqueo 5,244.00 36 1,048.80

• 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.


6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN 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.


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6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA • Para este tipo de roca con agua dinámica, hemos utilizado la fórmula de Pearse: Donde: B Kv Dt Pd T

= = = = =

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

Burden (m) Constante que depende de propiedades de la roca (0.70 a 1.00) Diámetro del taladro (mm) Presión de detonación del explosivo (kg/cm2) 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:


6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN DISEÑO DE MALLAS DE PERFORACION Y VOLADURA PRODUCTO GELATINA 90, 50 x 203 mm

B

S

T

Q

Fc

m

m

m

kg

kg/m³

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

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.


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6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN CONSUMO TOTAL DE EXPLOSIVOS VOLADURA SECUNDARIA Presa de Cantera TOTAL Casa de Compens Enrocad Maquinas ación o 64 64 0 1,155 33 33 0 602 149 187 184 2,016 13 16 16 173 74 26 2 1,089 0 4 140 0 0 550 51 0 0 202 100 200 586.3 982.0 7,379 36.6 59.5 87.2 387 24 36 48 239 10 6 142 1 0 94

VOLADURA PRIMARIA Item

1

MATERIALES

Und

GELATINA ESPECIAL 90 (2” x 8”)

3 4

DINAMITA SEMEXA 80 (7/8” x 7”) ANFO AL-ANFO (10%)

5

EXSACORTE (7/8” x 28”)

6 7 8 9 10 11

SLURREX AP80 CORDON DETONANTE 5PE GUIA DE SEGURIDAD FULMINANTE COMUN N° 8 RETARDO 17 MS RETARDO 25 MS

2

Cart. kg Cart. kg kg kg Pza kg kg. m m Pza Pza Pza

Casa de Maquinas

Tubería Forzada

1,027 535 1,423 122 430 493 410 151 100 5,719.2 191.5 123 110 90

0 0 73 6 64 0 0 0 0 91.5 12.2 8 16 3


6.7 VOLADURA DE PRODUCCIÓN EFICIENCIA DE EXPLOSIVOS Item

MATERIALES

Und

Casa de Maquinas

Tubería Forzada

Presa de Compensación

m³

5,362.51

250.50

513.79

0.15

0.024

0.189

1

VOLUMEN DISPARADO

2

DINAMITA

kg/m³

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


48

CARGUIO DE EXPLOSIVOS EN TALADROS


TRABAJOS PREVIOS A LA CIMENTACION (una vez culminado la excavación)) excavación


49

6.8 CONTROL DE VIBRACIONES • 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”:

D = D/W½

s 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 • 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.


50

REPORTE DIARIO DE VIBRACIONES – VOLADURA N°3

6.8 CONTROL DE VIBRACIONES


51

COSTO TOTAL DE EXCAVACION DESCRIPCION ACTIVIDAD

COSTO UNITARIO

% INCIDENCIA

3

(US$/m )

COSTO

1. PERFORACIÓN • Mano de obra

0.7871

6.60 %

• Equipos • Materiales (varillaje de perforación) TOTAL COSTO PERFORACIÓN

3.0541 1.1826

25.80 % 10.00 %

5.0239

2. VOLADURA • Mano de obra • Materiales explosivos y accesorios TOTAL COSTO DE VOLADURA

0.4623 1.1083

3.90 % 9.30 %

1.5706

3. BOMBEO DE AGUA • Mano de obra

1.1458

9.70 %

• Equipos TOTAL COSTO DE BOMBEO

1.1012

9.30 %

2.2470

4. EXTRACCION • Mano de obra

0.1770

1.50 %

• Equipos TOTAL COSTO DE EXTRACCION

1.8392

15.50 %

2.0162

5. ACARREO • Mano de obra

0.1660

1.40 %

• Equipos TOTAL COSTO DE ACARREO

0.8139

6.90 %

0.9799 3

Mg. Ing. Fredy Ponce R.COSTO DIRECTO TOTAL (US$/m )

11.8376

100 %

COSTO DE PERFORACION PROYECTO CENTRAL GALLITO CIEGO


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COSTO DE VOLADURA PROYECTO CENTRAL GALLITO CIEGO


COSTO TOTAL DE EXCAVACION PROYECTO CENTRAL GALLITO CIEGO


53

CENTRAL HIDROELECTRICA “GALLITO CIEGO” EN PLENA CONSTRUCCION


6.9 RESUMEN DEL CASO 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.


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6.9 RESUMEN DEL CASO 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.




VII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


55

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.


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

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.


56


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. Mg. Ing. Fredy Ponce R.


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). Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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VELOCIDAD MÁXIMA DE PARTÍCULA (mm/s)

INTERVALO DE RETARDO - NIVEL DE VIBRACIÓN

12

9

6

3

6

12

18

24

30

TIEMPO DE RETARDO (ms) Mg. Ing. Fredy Ponce R.

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

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.


58

Mg. Ing. Fredy Ponce Ramírez E-mail: [email protected] Celular: 51 1 975589453 RPM: # 931393

59

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

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