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Capítulo 8. Preparador por: Roberto Segura Rojas Nelson Quinzacara errada
VIBRACIONES PRODUCTO DE LA TRONADURA 8 .1 .
INTRODUCCION
El problema de vibraciones que originan las tronaduras de roca, es uno de los más importantes que enfrentan hoy en día, las operaciones mineras mineras y las áreas pobladas que están próximas próximas a las explotacio explotaciones. nes. Estas vibracion vibraciones es en algunas algunas circunstan circunstancias cias pueden generar generar grandes daños estructurales a la mina y a sus instalaciones y, además causar molestia a la población. El problema que producen las vibraciones se puede evitar mediante una adecuada campaña de monitoreo, correlacionando las vibraciones medidas con el daño causado, lo cual permitirá a futuro evitar repetir las condiciones que puedan traer daño a la mina o molestia a la población. población. En este capítulo capítulo se hace una investigació investigación n de los métodos métodos por los cuales estos niveles de vibraciones se pueden reducir. ambién se anali!arán los problemas que induce la tronadura, la teoría de generación, propagación, medición medición y los criterios criterios empíricos que permiten a"ustar a"ustar una ley de propagación a las ondas vibracionales.
8.2. 8.2.
PROB PROBLE LEMA MAS S DE VIBR VIBRA ACION CIONES ES IND INDUC UCID IDOS OS POR POR LA TRONADURA.
#ctualmente, las operaciones que se desarrollan en la minería a cielo abierto, tienden a reali!ar tronaduras de grandes dimensiones logrando con con esto aumentar la eficiencia del gran equipamiento que disponen y además, además, con la reducción reducción del n$mero de tronaduras consiguen consiguen disminuir las interrupciones operacionales que estas originan. %in embargo, este aumento en el tamaño de las tronaduras naturalmente trae consigo un incremento de la energía explosiva, como resultado de una mayor mayor cantidad de explosivo explosivo utili!ado. &a energía energía explosiva explosiva que que se libera cuando cuando el explosivo explosivo es detonado, detonado, trae trae consigo consigo numerosos numerosos efectos. efectos. El primero y el más importante importante son para quebrar, fractura fracturarr y deformar deformar el material, dentro del cual el explosivo es detonado. &os efectos secundarios siguientes producen proyecciones de roca, roca, incremento de la temperatura, ondas aéreas, formación de vibraciones vibraciones sísmicas y de superficie, por lo tanto, tanto, con el aumento en el tamaño de las las tronaduras existe un correspond correspondiente iente aumento aumento en los efectos efectos secundarios secundarios que acompañan acompañan a la detonación, detonación, y en particular, un potencial potencial incremento en los niveles de vibraciones sísmicas sísmicas y de superficie.
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'sualmente, se da el caso que con el aumento en la población, la extensión de las áreas urbanas y el incremento en la actividad minera, ha tendido a aumentar la incidencia de este tipo de tronaduras en las áreas cercanas que están pobladas. Este factor se extiende de igual manera a algunas operaciones mineras, esto se debió principalmente a que el tamaño de la mina y el presente tamaño de la tronadura no fueron predecidas. El resultado final, es que en muchas minas las tronaduras deben ser diseñadas para proveer consideraciones vibracionales, como así también producir los requerimientos de fragmentación exigidos por las operaciones posteriores a la tronadura. Estos efectos per"udiciales de la tronadura producidos por las vibraciones pueden ser clasificados dentro de efectos cercanos y le"anos. &os efectos cercanos son el resultado de la energía vibracional que fractura y daña la pared del banco cercano a la tronadura tendiendo a producir condiciones inestables en la pared, esto es particularmente per"udicial cuando la pared del pit está siendo formada y(o cuando existe alg$n tipo de fallamiento importante. &os efectos le"anos incluyen generación de ondas aéreas, daño a particulares y a las principales instalaciones de la mina, por e"emplo) medios de transporte*caminos, correas+, chancadores, etc.
8.3.
GENERACION Y PROPAGACION DE LAS VIBRACIONES.
uando un explosivo es detonado en el barreno la energía que se transmite en el terreno circundante es el desarrollo de altas presiones de gases y de choque, seguido del quebrantamiento del material inmediatamente cercano al barreno, las presiones decaen prontamente con la distancia desde la carga a valores que están ba"o la resistencia de compresión del medio confinado. En este punto, la energía restante via"a a través del material en la forma de onda de presión o de frente de choque via"ando aproximadamente a la velocidad de sonido que se transmite en un medio rocoso *&EE, -/0. &a falla por tensión ocurre, si la onda de compresión es refle"ada como una onda de tensión.
&N%AS RA)LE'$*
&N%AS PR'MAR'AS
"RA#ER $ENERA%& P&R UNA "AR$A EXPL&S'(A
234'5# 6.-) 5#E5 4E7E5#18 985 '7# #54# E:9&8%3;# # una mayor distancia desde el centro de la carga, este frente de choque o pulso de tensión, se aten$a en una onda oscilatoria en la cual las partículas de tierra se mueven a lo largo de trayectorias cíclicas. 1e acuerdo a este estado, la energía que se emite desde la explosión produce movimientos de partícula en el maci!o rocoso que están dentro de sus límites elásticos, de esta manera después
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que la energía ha pasado el material, recobra completamente su original forma y volumen, las cuales son las causantes de las vibraciones que se desarrollan en una tronadura. &a fig. 6.-, presenta en forma esquemática un cráter originado por una carga explosiva al poco instante después de la detonación. En esta figura, se puede apreciar las principales ondas superficiales con sus amplitudes ampliamente exageradas. 'na ve! que la detonación del barreno ha ocurrido, el frente de choque inicial fuera de la !ona de trituración de la roca, aplica una fuer!a a ésta, comprimiéndola y reduciendo su volumen. uando esta onda se mueve a través de la roca con una fuer!a que está ba"o el límite elástico de la roca, causa movimientos en las partículas similares a las que producen el sonido cuando se transmite a través de un fluido o un sólido. &as partículas que están en la trayectoria de tales ondas se mueven hacia delante y hacia atrás, a lo largo de la línea de avance de la onda que origina tales movimientos en las partículas es llamada &8743'137#&, 8<95E%387#& u 871# 953<#53# y es usualmente designada por la letra 9. El término primario viene del hecho que este tipo de onda tiene una gran velocidad de propagación y por ende, es la primera onda en llegar al punto de medición. #l mismo tiempo que la onda 9 es generada, un segundo tipo de onda también es producido, la cual corta o tiende a cambiar la forma del material transmisor y produce movimientos en las partículas perpendiculares al frente de choque, siendo acentuadas por un pulso de presión inicial, duración de la onda 9 o discontinuidades que están dentro del maci!o rocoso. # este tipo de onda se le denomina de orte, 2orma o 8nda %ecundaria. =abitualmente la onda % es la segunda de los tres grupos de ondas que llegan a un punto de medición. &as ondas 9 pueden via"ar en un sólido, líquido o gas, debido a que estas formas de materias resisten compresión o cambios de volumen. En cambio las ondas % via"an sólo en los sólidos, puesto que su existencia depende de módulos de corte o la habilidad del material transmisor para resistir cambios en la forma. #mbas ondas 9 y % via"an en una trayectoria esférica desde el cráter de la carga a través del cuerpo de los materiales, por esto a este tipo de ondas también se les conoce como 871#% 1E 'E598.
uando las ondas de cuerpo alcan!an la superficie de la tierra, la superficie también experimenta movimientos tanto verticales como hori!ontales. &as ondas así producidas son conocidas colectivamente como elásticas de superficie y denominadas en forma particular como ondas 5ayleigh y &ove. &a onda 5ayleigh, primero predecida matemáticamente por &ord 5ayleigh, imprimen a las partículas superficiales un movimiento ba"o una trayectoria elíptica contraria a la de propagación de avance de la onda. &a onda &ove *onda>?+ más rápida que la 5ayleigh, da lugar a un movimiento de las partículas en una dirección transversal relativa a dirección de avance de la onda. 8tros tipos de ondas superficiales han sido identificados desde registros de vibración por tronaduras, dentro de las cuales se encuentran aquellas tomadas de la primera bomba atómica, descritas por &eet *-@/+. 'na de estas ondas produce un movimiento diagonal a la dirección de propagación de la onda denominándose a ésta, onda oupled, la cual tiene un movimiento como combinación entre las ondas 9 y %. 'n cuarto tipo de onda superficial mueve a las partículas en una onda elíptica pero en una dirección opuesta a la producida por las ondas 5, y se le denomina onda =idrodinámica, si bien esta onda es denominada onda superficial, la onda = ha sido detectada a profundidades cercanas a los AB00 pies.
8..
ANALISIS DE LA ONDA DE VIBRACION
&a señal de vibraciones producida por una tronadura, consiste en un n$mero discreto de paquetes de ondas, cada uno de éstos corresponde a cargas o grupos de cargas detonando en un determinado tiempo. El primer paso en el análisis de la señal, es determinar que carga representa cada paquete de vibración. 1e la capacidad para reali!ar esto depende determinar la diferencia entre la detonación real y la secuencia diseñada, suministrando un irrempla!able conocimiento de la eficiencia del diseño de la tronadura. &a forma y amplitud de un paquete de vibración, da la efectividad relativa de la detonación de las cargas en una tronadura. &a amplitud de la vibración es una medición de la energía transferida por el explosivo al maci!o rocoso por lo que para un tipo de carga y geometría de monitoreo, la amplitud relativa puede ser usada como una medición de la eficiencia de cada carga.
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on los softCares de análisis de los registros de vibraciones, es posible determinar y calcular lo siguiente) iempo real de detonación de una carga o cargasD ;elocidad de partícula de cada paquete de ondasD 1etonación de cargas de ba"a eficiencia o no detonadasD 1etonación instantánea de cargasD 1etonación de cargas por simpatíaD álculo del registro de aceleración de partículasD álculo del registro de aceleración de partículasD álculo del despla!amiento de las partículas de roca, etc. &as principales componentes de las vibraciones del terreno son)
D!"pla#a$%!&to <áximo despla!amiento desde la posición de equilibrio, medida en pulgadas o en milímetros.
V!lo'%(a(
Es la ra!ón de cambio de la amplitud, com$nmente se mide en pulgadas por segundos *pl.(seg.+ o milímetros por segundo *mm(seg.+. Esta es la velocidad o excitación de las partículas de tierra ante el paso de un frente de onda por el maci!o rocoso
)*!'u!&'%a
Es el n$mero completo de oscilaciones
T=1/f
Vo
234'5# 6.A) 8nda elemental producida por explosivo Glendex @B.
%uponiendo la vibración como un movimiento periódico sinusoidal se tiene que la elongación o despla!amiento se define por)
=
e E sen ω t donde E es el despla!amiento máximo y C es la pulsación o frecuencia angular del movimiento, definida por C AΠf, siendo f la frecuencia de la vibración. f = omo v =
de dt
F como a =
dv dt
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donde es el período de la vibración.
T ⇒
v-t ,
= E ω cos ω t
⇒
a -t ,
= E ω sen ω t
