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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE INGENIERA GEOLGICA,MINERA Y METALRGICASELECCIN DEL EXPLOSIVO ADECUADO Y CARGAMXIMA POR RETARDO USANDO EL MONITOREO, MODELAMIENTO Y ANLISIS DE VIBRACIONESAplicacin en minas AresTESISPara optar el Ttulo Profesional de:INGENIERO DE MINASPresentado por:WILLY JOS CONTRERAS PREZLima Per2009

SELECCIN DEL EXPLOSIVO ADECUADO Y CARGAMXIMA POR RETARDO USANDO EL MONITOREO, MODELAMIENTO Y ANLISIS DE VIBRACIONESTABLA DE CONTENIDODEDICATORIA. ...... 2AGRADECIMIENTO... 3INTRODUCCIN. 4OBJETIVOS... 5RESUMEN. 6GENERALIDADES...... 8CAPITULO I1.1.- INTRODUCCIN 111.2.- FUNDAMENTOS DE VIBRACIONES. 121.2.1.- La Naturaleza Cclica de las Vibraciones 12 1.2.2.- Propiedades Bsicas de las Ondas.... 141.2.2.1.- Frecuencia de las Vibraciones... 141.2.2.2.- Amplitud de las Vibraciones.. 151.2.2.3.- Duracin de las Vibraciones.. 16 1.2.2.4.- Longitud de Onda de las Vibraciones... 17 1.2.2.5.- Velocidad de Propagacin.. 181.2.3.- Tipos de Ondas en Vibraciones.... 191.2.4.- Primer arribo de Ondas.... 201.2.5.- Las unidades de Vibraciones 221.2.5.1.- Velocidad de las Vibraciones. 221.2.5.2.- Aceleracin de las Vibraciones.. 231.2.6.- Vibraciones y Esfuerzo. 241.3.- CARACTERSTICAS DE LAS VIBRACIONES ORIGINADAS POR LASVOLADURAS... 25

1.3.1.- Vibraciones de un solo taladro 261.3.1.1.- Frecuencia de las Vibraciones.. 271.3.1.2.- Amplitud de las Vibraciones. 281.3.1.3.- Duracin de las Vibraciones. 28 1.3.2.- Vibraciones producidas por una voladura 29 1.3.2.1.- Frecuencia de las Vibraciones...... 291.3.2.2.- Amplitud y Duracin de las Vibraciones. 291.4.- ECUACIONES DE PROPAGACIN DE LAS VIBRACIONES. 301.4.1.- Disipacin Geomtrica. 301.4.2.- Prdida Friccional 31 1.4.3.- Consecuencias combinadas del efecto de Geometra y Friccin.. 331.4.4.- Cambio de la frecuencia con la distancia 341.5.- INSTRUMENTACIN PARA MONITOREAR LAS VIBRACIONES... 361.5.1.- Transductores de vibraciones... 371.5.1.1.- Acelermetros 381.5.1.2.- Gefonos. 391.5.2.- Equipo de Adquisicin. 45 1.5.2.1.- Modo de Activacin del Sismgrafo 471.5.3.- Equipo de Anlisis 471.5.3.1.- Minimate Plus TM.. 481.5.3.2.- Blastware III.. 511.6.- VELOCIDAD PICO DE PARTCULA 591.6.1.- Anlisis de Vibraciones producidas por Voladura. 59 1.6.2.- Modelos de la Velocidad Pico de Partcula. 61 1.6.2.1.- Modelo de Campo Lejano.. 621.6.2.2.- Modelo de Campo Cercano 641.6.2.3.-ComparacinentrelosmodelosdeDevineyHolmberg&Pearsson. 661.6.3.- Estimacin de la Velocidad Pico de Partcula Crtica... 67

1.7.- MONITOREO DE LAS VIBRACIONES. 701.7.1.- Objetivo del Monitoreo de las Vibraciones..... 70 1.7.2.- Obtencin de datos a partir del monitoreo de las Vibraciones..... 71 1.7.2.1.- Verificacin del Mximo Desplazamiento 711.7.2.2.- Eficiencia Relativa del Explosivo.. 72 1.7.2.3.- Cargas Detonando en una secuencia determinada. 73 1.7.2.4.- Dispersin de los tiempos de encendido de los retardos. 741.7.2.5.- Resultados de Campo 751.8.- MODELAMIENTO DE VIBRACIONES CAMPO LEJANO 771.8.1.- Datos de Laboratorio 771.8.1.1.- Ensayo de Propiedades Fsicas. 771.8.1.2.- Ensayo de Compresin Simple. 771.8.1.3.- Ensayo de Compresin Triaxial 781.8.1.4.- Ensayo de Propiedades Elsticas.. 78 1.8.1.5.- Clculo de la Velocidad de Onda P.. 791.8.2.- Clculo de la Velocidad Pico de Partcula Crtica de los tajeos 801.8.3.- Modelamiento de los tajeos.. 811.9.- ANLISIS DE LOS DAOS ORIGINADOS POR LA VOLADURA DEROCAS.. 84 1.9.1.- Normatividad Internacional en el Manejo de las Voladuras. 85 1.9.2.- ndice de Daos Originados por Voladuras (Blast Damage Index).. 861.9.3.- Criterio de Dao.... 871.10.-TCNICASUSADASPARAREDUCIRLASVIBRACIONES 941.11.- CLCULO DE LA CARGA MXIMA POR RETARDO 961.11.- APLICACIN EN OTRAS UNIDADES MINERAS EN OPERACIONESDE TALADROS LARGOS.. 98

CAPTULO IIConclusionesCAPTULO IIIRecomendacionesCAPTULO IVBibliografaCAPTULO VApndices

DEDICATORIACon mucho amor y cario a Martha y Guillermo, mis padres.

AGRADECIMIENTOUn profundo agradecimiento a todas las personas que de una u otra manera colaboraronpara la realizacin del presente trabajo, en especial al Ing. Oscar Rosas, por su apoyo y pautas para el desarrollo del mismo.Quiero hacer una mencin especial a los profesores de la Escuela Profesional deIngeniera de Minas en especial al Dr. Carlos Agreda Turriate y al Ing. Jos Corimanya Mauricio; quienes con sus sabias enseanzas, consejos y observaciones han contribuidoa la realizacin del presente trabajo.

INTRODUCCIONConsiderando que la mayor parte de los costos radica en las operaciones unitarias deperforacin y voladura de rocas, se requiere mejorar cada vez ms utilizando las tcnicas modernas de voladura de rocas.La presente tesis tiene por objetivo contribuir al desarrollo de los conocimientosactuales en Voladura de Rocas y su aplicabilidad en las Operaciones Mineras. La tesis est orientada bsicamente a dos aspectos muy importantes: el primero, la eleccin del explosivo adecuado para la realizacin de un trabajo determinado minimizando el dao al macizo rocoso remanente y el segundo, determinar la cantidad mxima de explosivo permitido por retardo. Ambos trabajos se realizaron usando el monitoreo, modelamientoy anlisis de vibraciones.Mediante el monitoreo de vibraciones se puede obtener diversos datos, entre los cualesse tiene las velocidades pico partcula en las tres direcciones para poder realizar una base de datos, modelar, analizar y evaluar el dao potencial que una voladura puedeproducir.Los puntos ms importantes que se deben considerar cuando se hacen voladuras son:Lograr un adecuado grado de fragmentacin de la roca, de tal modo que seobtenga un costo mnimo combinado de las operaciones de carguo, transporte, chancado y molienda de la roca.Minimizar el dao al macizo rocoso en su entorno permitiendo una operacinsin riesgos.Para poder lograr satisfacer esos dos requisitos contradictorios necesitamos de unacorrecta eleccin del explosivo, cuanto explosivo cargar por taladro o en su defecto, la cantidad de explosivo deber causar el menor dao posible al entorno de la voladurapero cumpliendo con los objetivos antes mencionados.4

OBJETIVOS:1.- Objetivo general:Investigar el campo de las vibraciones causadas por los trabajos de explotacinde minerales, mediante el acopio y anlisis de la literatura tcnica existente en el mbito mundial. Ejemplarizar la problemtica de la evaluacin y control de sus efectos mediante el monitoreo, modelamiento, anlisis e interpretacin de datos reales en condiciones de trabajo normales, para llegar a recomendaciones deprocedimiento aplicables en la prctica de la Ingeniera en nuestro medio.2.- Objetivos especficos:Investigar y establecer procedimientos de anlisis de vibraciones generadas porvoladuras.Seleccin del explosivo adecuado capaz de realizar un trabajo determinadousando el monitoreo de vibraciones.Determinacin de la cantidad mxima de explosivo por retardo en los taladrosminimizando de esta manera el dao al macizo rocoso, creando ambientes de trabajo ms seguros.5

RESUMENLa voladura representa una de las operaciones unitarias de mayor relevancia en todaoperacin de extraccin de mineral. Su objetivo final es lograr un adecuado grado de fragmentacin de la roca, de tal modo que haga mnimo el costo combinado de las operaciones de perforacin, voladura, transporte y chancado primario de la roca,produciendo a la vez el menor dao posible en las cercanas de sta.El alto grado de influencia de los resultados de la voladura, en los restantes procesos delciclo operacional, hace evidente la necesidad de contar con la experiencia y tecnologa que permitan evaluar y posteriormente optimizar esta operacin minera unitaria.El empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producto de voladuras, es una tcnicaque provee mltiples ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura. En efecto, la medicin de los niveles de velocidad de partculas que provoca la detonacin de cada carga explosiva, es un medio a travs del cual es posible conocer su eficiencia relativa, su interaccin con las cargas adyacentes y en definitiva el rendimientogeneral del diseo.As, el monitoreo de las vibraciones en la roca causadas por una voladura, ha sido utilizadocomo una herramienta de diagnstico de sta, ya que la adecuada interpretacin del registro de vibraciones permite determinar el grado de interaccin entre las variables de una voladura, pudindose evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersin en los tiempos de encendido de los retardos; detonacin deficiente de cargas; detonaciones instantneas; detonacin de cargas adyacentes por simpata; adems de la cuantificacin de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleracin y desplazamiento delas partculas de roca.Otro aporte importante del empleo de sta tecnologa, es el de obtener los niveles develocidad de partcula absolutos, para cada una de las cargas explosivas, las que asociadas a las distancias en que se registra dicha detonacin conforman una base de datos con la cual se ajustan los modelos de comportamiento y se evala el dao potencial que esa vibracinpuede producir.6

Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de las propiedadesgeomecnicas del macizo rocoso, permite estimar la probabilidad de ocasionar dao en dicho macizo. Los altos niveles de vibracin pueden daar al macizo rocoso, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibracin en estecontexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso.Se describe en este trabajo algunos casos de aplicacin de la tcnica de monitoreo devibraciones particularmente en Minera Subterrnea y su importancia en el diagnstico, control, modelamiento y optimizacin del proceso de la voladura. Se analiza su potencial en trminos de alcanzar substantivas mejoras tcnico-econmicas, aumentar los rendimientos y minimizar los costos operacionales en esta etapa de la explotacin minera.7

GENERALIDADES1.- UBICACIN Y ACCESOEl yacimiento minero Ares se encuentra a 275 km. al NW de la ciudad de Arequipa, enel parque de Cajchaya, distrito de Orcompampa, provincia de Castilla, departamento de Arequipa, a una altitud de 4950 msnm.El rea de estudio que comprende 8000 hectreas, se ubica en la mina Ares yalrededores,comprendiendotambinelcaseriodeVizcacuto,elcasero Quimsachata, el Cerro Sauce y la laguna Machucocha.susdeEl punto central de toda el rea de estudio tiene las siguientes coordenadas UTMNorte 8337,000Este 807,000Y las coordenadas geogrficas:Longitud Oeste:Longitud Sur:721000150200Ubicacin de la Mina AresPara llegar a Arequipa desde Lima, existe un acceso de carretera:8

Va Terrestre1.- Lima ArequipaKm1030Tiempo14 horasVa AreaAeropuerto Lima Aeropuerto Arequipa Aeropuerto Orcopampa Ares (De Orcopampa a Ares hay 40 km por carretera en 1 hora)Para llegar desde Arequipa a la mina Ares existen dos accesos carreteros de los cuales elms utilizado es el primero:Km275330Tiempo7 horas9 horasArequipa Sibayo Caylloma Mina Ares.Arequipa Aplao Viraco Orcopampa Minas Ares2.- FISIOGRAFA Y TOPOGRAFALa fisiografa de la regin consiste bsicamente de valles en U, cuencas de recoleccin, lagunas y glaciares, los cuales se encuentran sobre los 4950msnm.La topografa de la regin es muy irregular y escarpada con pendientes pronunciadasque terminan en quebradas profundas.3.- CLIMA Y VEGETACINEl clima presenta 2 pocas bien diferenciadas; la primera con intensas nevadas y una temperatura promedio de -5C se da en los meses de Diciembre a Marzo, la segunda con poca presencia de nevadas pero bastante hielo y una temperatura promedio de -12C se da durante los meses de Abril a Noviembre.En las partes ms bajas como es el valle del ro Collpa, crecen pastos y bofedales. Lavegetacin de la zona es muy limitada solo se encuentra el Ichu, Tolas y especies vegetales hemicriptoficticas.9

4.- GANADERALa ganadera es una actividad importante, sobre todo en Vizcacuto y Quimsachata, donde se cra principalmente camlidos (llamas y alpacas) y ganado ovino.En la laguna Machucocha existe un criadero de truchas.5.- HISTORIA DE LA MINALa compaa Minera Ares S.A.C. es una Empresa Peruana que pertenece al Grupo HOCHSCHILD cuya actividad minera en el beneficio de minerales de Oro y Plata. Actualmente es una de las ms importantes minas subterrneas productoras de Oro yPlata en el Per.1989: DESCUBRIMIENTO DEL YACIMIENTO (Fotografa area y confirmadopor muestreo de afloramientos 1990 y 1991).1993: Inicio de las EXPLORACIONES (Desarrollo de 2 inclinados sobre Veta Victoria y de una galera de 800 m a lo largo de la misma).1996: Inicio de los Trabajos de PREPARACIN DE LA MINA (Construccin de la rampa principal).1997: Inicio de las Operaciones de EXPLOTACIN.Abril 1998: Inicio de Operaciones de TRATAMIENTO METALRGICO en la Planta de Beneficio.Sus leyes de cabeza son las siguientes:Au: 26 gr/TMAg: 8.03 oz/TC6.- RECURSOS HUMANOS:El personal que participa en los trabajos mineros son en un importante porcentaje habitantes de los poblados aledaos como: Chilcaimarca, Orcompampa, Chapoco, Huancarane, Huilluco, Tintamiarca, Misahuanca y Panagua.10

CAPTULO I1.1.- INTRODUCCINUn elemento importante en el proceso de evaluacin y optimizacin de la operacin de voladura, es poder predecir a travs de un modelo, las consecuencias y beneficios al introducir cambios en los parmetros ms relevantes de una voladura, sin que ello deba necesariamente tener que realizarse a escala real. Se pueden distinguir diferentes enfoques asociados al modelamiento de vibraciones, los cuales tienen como objetivo final predecir los niveles de vibracin (velocidad de partculas), en un punto especficode acuerdo a un diseo de voladura dado.Se utilizan frecuentemente los modelos empricos tradicionales, que permiten con datosobtenidos en terreno establecer modelos o ecuaciones generales de comportamiento, que representan la velocidad de partculas en funcin del explosivo detonado, y la distanciade la voladura al lugar de inters.Adems de la accin de reducir el tamao y mover la roca, la energa de una voladuragenera ondas ssmicas que pueden causar un dao significativo a la roca a grandes distancias, pudiendo afectar a fallas o estructuras principales como tambin a instalaciones industriales y edificaciones. Las ondas de vibraciones pueden ocasionar un dao potencial mayor cuando se presenta con altos niveles de vibraciones y frecuencia dominante ms bajas, lo que determina mayores desplazamientos y mayor riesgo dedao al macizo rocoso.Para reducir la probabilidad de que se generen daos producto de las vibraciones, sedescribe a continuacin un mtodo de modelamiento que permite predecir la seal y niveles de las vibraciones, las que pueden ser modificadas alterando la carga explosiva, el tamao de la voladura o nmero de taladros y la secuencia de iniciacin de modo deminimizar el riesgo de dao.11

Metodologa propuesta para la prevencin y control de vibraciones de voladurasFuente: Departamento de Asistencia Tcnica EXSA S.A.1.2. FUNDAMENTOS DE VIBRACIONES1.2.1.- LA NATURALEZA CCLICA DE LAS VIBRACIONES:Las vibraciones son un movimiento cclico que ocurre dentro de un medio, debido alpaso de fases alternativas de compresin y tensin. Con respecto a las vibraciones por voladuras inducidas en la roca, generalmente se considera que las vibraciones sonproducidas por la detonacin del explosivo.Consideremos un caso simple, de un solo taladro de voladura con una pequea carga deexplosivo (Largo = 6 * dimetro, aproximando a una carga esfrica). Cuando la carga es detonada, la masa rocosa alrededor de la carga es inmediatamente sometida acompresin. Esto produce la componente de compresin del ciclo de vibraciones.12

Despus de la fase de compresin, la roca sufre una fase de expansin en un intento avolver a su estado original. Ya que todos los materiales se comportan, en mayor o menor medida, como un resorte, una vez que la fuerza de compresin es removida, laroca se relaja y vuelve a su estado original pasando ms all de sta. Como la roca semueve ms all de su posicin original, esto crea una fasevibraciones. El ciclo completo es mostrado en la Figura 1.detensindelciclodeFigura 1: Ciclo de Esfuerzo sobre la roca, compresin seguida por tensinFuente: Centro de Innovacin Tecnolgica de Explosivos de ENAEX (CINTEX)Ya que la roca responde como un resorte al paso de las ondas de vibraciones,(elmodulo de Young representa la rigidez del resorte), el ritmo al cual la roca se relajapuede ser diferente al ritmo a la cual es sometida la roca por un pulso de corta duracin, que genera la detonacin de una carga explosiva. En este caso, no es inusual ver, en rocas dbiles con modulo de Young relativamente bajos, que las fases de compresin y tensin tienen diferentes amplitudes y diferentes duraciones como se ilustra en la Figura2.13

Figura 2: Presin y relajacin no simtrica a un elemento de roca.Fuente: Centro de Innovacin Tecnolgica de Explosivos de ENAEX (CINTEX)La ecuacin que explica las caractersticas del movimiento de una partcula por el pasode una onda suele ser de la siguiente forma:Donde A(t) representa la amplitud de la onda en un tiempo t, A0 es el peak de amplitudsobre la onda completa y f es la frecuencia de la onda.1.2.2.- PROPIEDADES BSICAS DE LAS ONDAS:Las propiedades bsicas de propagacin de ondas de vibraciones son:1.2.2.1.- Frecuencia de las vibraciones:La frecuencia de las vibraciones indica el nmero de veces por segundo que la onda de propagacin pasa por un ciclo completo de compresin y tensin. El factor que tiene una gran influencia en esto son las dimensiones de las cargas, columnas grandes de carga tienden a producir bajas frecuencias. Sin embargo otros importantes factores incluyen los mdulos de la roca y la razn de carga producida por la detonacin (es decir la velocidad de detonacin). La frecuencia dominante es consideradageneralmente como el inverso del tiempo del ciclo completoSe observar generalmente que las ondas de vibraciones registradas a grandes distanciastienden a tener bajas frecuencias en comparacin a aquellas registradas a cortas distancias. Es importante saber que una onda con una frecuencia nica, y que se propagaa travs de un medio homogneo, mantiene su frecuencia en toda su distancia de viaje y14

a travs de todo tipo de roca. El hecho que las ondas registradas a grandes distanciastengan frecuencias menores a aquellas registradas a cortas distancias confirma que las ondas de vibraciones contienen un amplio rango de frecuencias, y que las ondas de altas frecuencias son atenuadas preferentemente, dejando un espectro dominado por componentes de bajas frecuencias. Si la frecuencia es baja, el desplazamiento es mayor,por lo que se produce un mayor dao en el medio en que se trasmite las vibraciones.Fuente: Blastware III, Instantel Operador Manual1.2.2.2.- Amplitud de las Vibraciones:La amplitud de las vibraciones es una medida de su Fuerza y la energa de una onda de vibraciones es proporcional al cuadrado de su amplitud. En el caso de una vibracin continua, en la cual cada ciclo de propagacin tiene la misma forma, un valor nico essuficiente para describir la fuerza de la vibracin o la amplitud.Es importante tener en cuenta, que en la medicin de vibraciones en macizos rocosos,no se hacen distinciones entre amplitudes positivas o negativas, siendo stas reportadas slo como positivas o su valor absoluto.Las unidades de amplitud dependen del tipo de sensor utilizado para detectar el paso dela onda cclica de esfuerzo. El paso de las ondas de vibraciones resulta en un15Baja Frecuencia, Alto DesplazamientoAlta Frecuencia, Bajo Desplazamiento

desplazamiento real de la partcula, y es posible medir ese desplazamiento real, lavelocidad de la partcula en movimiento, o su aceleracin. Ya que la frecuencia del movimiento de la partcula puede ser alta (cientos de Hertz), en la prctica es fcil encontrar y usar dispositivos que tengan una adecuada respuesta a la frecuencia y sensibilidad para medir velocidad (gefonos) o aceleracin (acelermetros). Debido a que el desplazamiento, velocidad y aceleracin estn relacionados, la medida de cualquiera de stas, tericamente podra permitir el clculo de las otras dos. Los dispositivos ms baratos y fciles de usar para medir las vibraciones son los gefonos, y con estos dispositivos las vibraciones son medidas en trminos de velocidad departculas y tiene la unidad de mm/s (pulgadas/s en USA).La amplitud de la vibracin, medida como velocidad de partcula, es universalmenteconsiderada como el mejor indicador del esfuerzo inducido en el macizo rocoso, y por lo tanto considerado como el mejor indicador del potencial dao y el potencial efecto defragmentacin en la roca.1.2.2.3.- Duracin de las Vibraciones:La duracin de las vibraciones dependen de dos factores principales la duracin de la voladura y la distancia del punto de monitoreo a la voladura. Para asegurar que el peak de velocidad de vibraciones (generado por una voladura) sea registrado y que la cantidad mxima de informacin pueda ser extrada de un registro de vibracin, es importante que se registre completamente la duracin de las ondas. Un buen registro de vibracin mostrar un tiempo quieto previo al comienzo del registro de vibraciones, un completo detalle de las ondas de vibraciones, y un tiempo despus del paso de lasondas, cuando el terreno ha vuelto a su estado de reposo.16

Fuente: Blastware III, Instantel Operador ManualLa onda total de vibracin, que es medida a partir de una voladura de produccin, es elresultado de pulsos individuales producidos por cada taladro de voladura combinados todos en el punto de medicin. El modelo en el cual ellas se combinan para formar la onda resultante variar de acuerdo a la direccin y distancia de la voladura, por lo tanto, dos registros de la misma voladura no producirn la misma onda de vibracin. La duracin de la vibracin ser un poco mayor que la duracin de la voladura (es decir el tiempo entre la detonacin del primer y ltimo taladro). Normalmente la duracin de la vibracin es alrededor de 200 a 300 ms ms larga que la duracin de la voladura, debido al tiempo requerido para que la vibracin llegue desde el ltimo taladro detonado al punto de medicin. La duracin de la vibracin se incrementa con el aumento de la distancia de propagacin, ya que en grandes distancias, la refraccin y reflexin de la onda se combinan con la onda directa, y un lento movimiento de ondas de superficie y ondas de corte comienzan a aumentar, separadas del rpido movimiento de las ondas de cuerpo. A 500 metros la onda de vibracin puede ser de 500 a 1000 ms ms larga que laduracin de la voladura.1.2.2.4.- Longitud de Onda de las Vibraciones:La longitud de onda de una vibracin es la distancia recorrida por la onda de vibracin durante un ciclo completo de compresin y tensin, es decir un Periodo de la Onda.17

La longitud de onda, , se puede calcular a partir de una onda de vibracin con unafrecuencia nica, f, (es decir una onda armnica simple) por la frmula =Vp / f dondeVp es la velocidad de propagacin de la onda P.1.2.2.5.- Velocidad de Propagacin:La velocidad de propagacin describe la velocidad con la cual la onda se desplaza atravs de la roca. Esta velocidad puede ser medida utilizando dos gefonos ubicados a diferentes distancias de la voladura, y mediante la medicin de la diferencia de tiempode arribo de cada seal.Cuando se usan mltiples gefonos para medir velocidad de propagacin, la distanciade separacin de los gefonos debe ser lo suficientemente grande para permitir un clculo ms preciso.En la figura mostrada, los gefonos estn separados 300 metros, y la diferencia detiempo de arribo, t, es de 80 ms, correspondiendo a una velocidad de propagacin de 3.750 m/s. La velocidad de propagacin de onda P, Vp, se calcula usando la ecuacinsimple Vp = s/t, donde s es la distancia de propagacin y t es el tiempo de propagacin.Fuente: Blastware III, Instantel Operador ManualLa mayora de las rocas tienen una velocidad de propagacin entre 3000 m/s y 5000m/s. Mediciones de la velocidad de propagacin en roca menores que 1500 m/s son consideradas poco confiables, y se debe revisar cuidadosamente el sistema de medicin antes de aceptar un valor tan bajo, ya que ellas implican un grado de fracturamientomuy alto y que las distancias de transmisin de vibracin sean probablemente muy18

cortas. Mediciones de velocidades de propagacin que excedan los 6000 m/s sonconsideradas tambin poco confiables, y nuevamente los sistemas de medicin debieran ser cuidadosamente analizados antes de aceptar dichos valores tan altos.1.2.3.- TIPOS DE ONDAS EN VIBRACIONES:La onda de choque generada por la detonacin de cargas explosivas crea tensiones queproducen el fracturamiento en la roca. Esta adems se propaga en forma esfrica (en todos los sentidos) y transfiere una energa vibracional al macizo rocoso que es transmitida por una combinacin de mecanismos que se representa fundamentalmente atravs de ondas.Los tres tipos principales de onda que se pueden observar cuando se monitorean lasvibraciones generadas por voladura, aunque no todas ellas siempre se presentan o detectan- son los siguientes: Ondas de Compresin; Ondas de Corte o Cizalle y Ondas de Superficie. Las ondas de compresin y de corte viajan dentro de la roca y pueden penetrar cientos de metros, an kilmetros en la corteza terrestre, y estn referidas como ondas de cuerpo. Las ondas de superficie, sin embargo, se transmiten muy cercanas a la superficie del terreno, y penetran dentro de la corteza terrestre no ms que 1,5 a 2 vecessu longitud de onda (aunque esto pueda representar algunos cientos de metros).Onda Longitudinal - Onda de Compresin (P): Normal a la direccin de la voladuraen el plano Horizontal, movimiento a lo largo de una lnea que une la fuente y el punto de registro. Consiste en una serie de movimientos de compresin y tensin, con oscilaciones de las partculas en la misma direccin de propagacin. El trmino primario se origina en que esta onda tiene una gran velocidad de propagacin y porende, es la primera en llegar al punto de medicin.Onda Transversal (S): Perpendicular a la direccin de la voladura en el planoHorizontal, movimiento en ngulos rectos a una lnea que une la fuente y el punto de registro.Al momento que se genera la onda P, se produce un segundo tipo de onda que corta otiende a cambiar la forma del material transmisor y genera movimientos en las partculas perpendiculares al frente de choque, acentuadas por el pulso de presin19

inicial; por la duracin de la onda P o por discontinuidades del macizo rocoso. A estetipo de onda se le denomina de Onda S, de Corte, Forma o Secundaria.Las ondas P pueden desplazarse a travs de un slido, un lquido o gas, porque que estasmaterias resisten compresin o cambios de volumen. En cambio las ondas S viajan slo en los slidos, puesto que su existencia depende de mdulos de corte o de la habilidad del material transmisor para resistir cambios de forma. Ambas ondas - P y S - viajan en trayectoria esfrica desde el crter, a travs del cuerpo de los materiales, por dicha razna este clase de ondas tambin se les denomina ondas de cuerpo.Onda de Superficie: Son generadas en la superficie en respuesta a la interaccin de lasondas P y S con la superficie.Cuando las ondas de cuerpo alcanzan la superficie de la tierra, sta experimentamovimientos verticales y horizontales. Las ondas as producidas son denominadas elsticas de superficie y tambin como ondas Rayleigh y Love. La onda Rayleigh, predicha matemticamente por Lord Rayleigh, imprime un movimiento en trayectoria elptica contraria a la de propagacin de avance de la onda. La onda Love (onda-Q) ms rpida que la Rayleigh, da lugar a un movimiento transversal, relativo a la direccin deavance de la onda.1.2.4.- PRIMER ARRIBO DE ONDAS:La primera onda que llega al monitor ser siempre la onda P, ya que sta, de todos los tipos de onda, es la que viaja ms rpido (entre 30 y 50% ms rpido que la onda S). Sin embargo sta puede no ser la onda con la mayor amplitud, de tal manera que no siempre es fcil de identificar. La siguiente figura presenta dos ondas de vibraciones, donde la primera indica un arribo destacado de la onda siendo su tiempo de llegada y amplitud fcil de determinar. El segundo diagrama muestra una diminuta llegada de la primeraonda, donde se dificulta determinar el tiempo de arribo y su amplitud.20

Fuente: Blastware III, Instantel Operador ManualLa primera onda en llegar ser siempre la onda P la cual viaja una distancia ms corta algefono. Sin embargo, si la onda pasa a travs de un material altamente fracturado, su amplitud puede ser muy pequea, y otra onda que realice un recorrido ms largo a travs de una roca ms competente llegar con un pequeo atraso y con una amplitud mucho mayor. Esto puede llevar a estimaciones errneas de velocidad de propagacin, cuando la amplitud del primer arribo es muy baja y difcil de identificar. Cuando estimamos velocidades de las ondas, el momento de la llegada de la primera onda escomo se indica en la siguiente figura.21

Momento de arribo de la ondaFuente: Blastware III, Instantel Operador Manual1.2.5.- LAS UNIDADES DE VIBRACIONES:Debido a que la vibracin es un campo de esfuerzos oscilantes, el movimiento resultante de la partcula es en las tres direcciones ortogonales, y puede ser detectado utilizando diferentes dispositivos. Cada dispositivo tendr las caractersticas de vibracin (amplitud, duracin y frecuencia) de acuerdo a las caractersticas de respuesta del dispositivo de medicin utilizado. La mayora de los instrumentos utilizados para medir vibraciones utilizan gefonos, los cuales miden la velocidad del movimiento de las partculas, o acelermetros los cuales miden la aceleracin del movimiento de lapartcula. Algunos sistemas de medicin permiten medir desplazamiento de la partcula.1.2.5.1.- Velocidad de las Vibraciones:La mayora de los instrumentos que monitorean vibraciones por voladuras utilizan gefonos, y por lo tanto producen una seal de voltaje que vara con el tiempo, V(t), proporcional a la velocidad del movimiento de la partcula, v(t), la cual tambin vara con el tiempo. La velocidad es el mtodo preferido de medicin de las vibraciones generadas por voladura, ya que la velocidad de vibracin es proporcional al esfuerzo ypor lo tanto al potencial dao.Si la onda de vibracin es continua y armnica simple, (es decir una nica frecuenciasinusoidal, f), sta puede ser representada por una simple ecuacin, v(t) = A0seno(2ft), donde A0 representa el peak de amplitud de la velocidad de partcula. En la prctica, elpeak de amplitud est controlado fuertemente por la cantidad de explosivo por taladro,22

ya que esto controla la fuente de energa que generan posteriormente las vibraciones. Elotro factor que tiene una gran influencia en la amplitud de la vibracin, a diferentes distancias, es la atenuacin del macizo rocoso, ya que esto controla cuan rpidamente se disipa la energa. La atenuacin del macizo rocoso depende de factores tales como la cantidad de fracturas o grietas en el macizo (las grietas generan una gran prdida de energa) y el mdulo de la roca. Rocas con un bajo Mdulo tienden a presentar una deformacin plstica, resultando en una gran prdida de energa, mientras que rocas con un alto mdulo se comportan de una manera elstica removiendo pequeascantidades de energa cuando pasa la onda.A partir de un registro de velocidad de vibracin, se puede obtener el registro deaceleracin a(t), por la derivacin de la seal de velocidad con respecto al tiempo, y el desplazamiento, s(t), se puede obtener por la integracin de la seal con respecto altiempo.1.2.5.2.- Aceleracin de las Vibraciones:El movimiento de las partculas puede ser medido tambin en trminos de aceleracin, mediante el uso de acelermetros. En este caso el instrumento entregar una seal de voltaje dependiente del tiempo, V(t) la cual es proporcional a la aceleracin de partculas en el tiempo, a(t), con una constante de proporcionalidad determinada por la sensibilidad del acelermetro usado para realizar la medicin. Si la onda de vibracin es continua y armnica simple (es decir una nica frecuencia sinusoidal, f), sta puede ser representada por una ecuacin simple a(t ) = A0 seno(2 f t), donde A0 representa el peak de amplitud de la aceleracin. Para convertir la aceleracin en velocidad esnecesario integrar la seal con respecto al tiempoDonde el factor (A0 / 2f ) representa el peak de velocidad (cuando cos(2ft) = 1). Hayque notar que el peak de aceleracin estar desfasado con respecto al peak de velocidad.23

(Es decir el peak de aceleracin ocurre cuando el peak de la velocidad es cero y no en elmismo instante del peak de la velocidad).En forma similar, para obtener el desplazamiento desde la seal de aceleracin, la sealoriginal de la aceleracin debe ser doblemente integrada, a partir de la cual se puede observar que el desplazamiento de la particular est en fase con la aceleracin, pero fuera de fase con la velocidad de la partcula, es decir el peak del desplazamiento de lapartcula ocurre en el mismo instante que el peak de la aceleracin.Fuente: Centro de Innovacin Tecnolgica de Explosivos de ENAEX (CINTEX)Cercano a la voladura, los niveles de aceleracin son muy altos, y usualmente mayoresque la aceleracin debido a la gravedad (es decir >1g). Niveles de aceleracin alrededor de 100 g son bastante realistas cuando las mediciones son hechas muy cercanas a lasvoladuras (= 30, 10 mm/seg.SD = 15, 15mm/seg. SD 3 largo de la carga), generadas por el tipo de cargas explosivas usadas en voladuras a tajo abierto, esto es, columnas explosivas cilndricas, donde se tiene por anlisis adimensional que lasdistancias deben ser corregidas por la raz cuadrada de la carga.Claramente el parmetro en la ecuacin de Devine est controlado por la geometradel frente de onda en expansin, y el coeficiente de atenuacin de la roca. Sin embargo el valor de K est controlado principalmente por el explosivo y la eficiencia con la cual la presin de detonacin es transmitida a la roca circundante como un esfuerzo. Los factores que controlan la transferencia de la energa del explosivo desde el taladro a la roca son la densidad y la VOD del explosivo, producto que representa la Caractersticade Impedancia, Z.Cuando la Caracterstica de Impedancia de la roca es igual a la Caracterstica deimpedancia del explosivo, el 100% de la energa de choque en el taladro se transmite a la roca, (es decir no hay energa reflejada devuelta al taladro). Cuando la Caracterstica de Impedancia de la roca es mayor que la del explosivo (z < 1) el esfuerzo reflejado a las paredes del taladro es compresivo, y el esfuerzo inducido en la masa rocosa es mayor que la presin en el taladro, con un mximo esfuerzo del doble de la presin de taladro cuando z = 0.Cuando la Caracterstica de Impedancia de la roca es menor que la del explosivo(z > 1), el esfuerzo reflejado a las paredes del taladro es de tensin(reflectedesnegativo), y el esfuerzo inducido en la masa rocosa es menor que la presin en eltaladro.La onda transmitida es siempre compresiva (el terminopositivo).rockes siempreLas implicaciones prcticas de estas relaciones, con respecto a las vibraciones son:El aumento de la densidad del explosivo y/o VOD incrementar el esfuerzoinducido en la roca circundante.63

El aumento del esfuerzo inducido en la roca incrementar el valor de K usado enla ecuacin de Devine.Si una voladura contiene diferentes cargas y diferentes taladros, entonces se deberan usar valores diferentes de K para estimar los niveles de vibracinproducidos por taladros individuales.En la tabla, se presentan diferentes valores para los parmetros del Modelo de Devine(K y Alfa), obtenidos en diferentes tipos de roca y distintas faenas mineras. Esta gran variabilidad para el factor K desde un mnimo de 99 hasta un mximo de 703 (7 veces mayor) y para el Factor de Atenuacin Alfa desde -1.54 hasta -2.49, determinan que el uso indiscriminado de estos modelos y la transferencia de estos desde una mina a otra o desde un sector a otro en la misma mina puede significar estimar un gran margen de error las vibraciones y como consecuencia de ello las restricciones a las voladuras y loscriterios de dao.Variabilidad en los parmetros del Modelo de Vibracin. Devine, para diferentes Minas y MacizosRocosos.Fuente: MONITOREO Y MODELAMIENTO DE VIBRACIONES PARA LA EVALUACINY OPTIMIZACIN DE LAS VOLADURAS DE DESARROLLO HORIZONTAL, APS BlastrocnicsEsta variabilidad en los parmetros del Modelo de Devine, da cuenta de la granimportancia que tiene establecer para cada tipo de macizo rocoso en particular, la ecuacin de comportamiento de las vibraciones, la que est directamente relacionada con las propiedades geomecnicas, tipos de explosivos, aspectos geomtricos, etc., ypor tanto, deben ser estimados como consecuencia de una campaa de monitoreo y64

modelamiento, en forma independiente no slo en cada mina si no en cada dominiogeomecnico de la misma.1.6.2.2.- Modelo de Campo Cercano:En el campo cercano (muy cerca de los taladros donde ocurre el fracturamiento), la ecuacin se debe modificar para tomar en cuenta la forma cilndrica larga de la carga. La ecuacin para la prediccin de vibracin en el campo cercano, como se muestra en lasiguiente ecuacin, fue desarrollada por Holmberg & Persson (1979).Fuente: Centro de Innovacin Tecnolgica de Explosivos de ENAEX (CINTEX)Donde K, y son las mismas constantes que se muestran en la ecuacin de Devine y es la carga lineal cargada en el taladro (kg./m). Holmberg & Persson (1979) dieron valores de K, y de 700, 1.5 y 0.7 respectivamente para las condiciones de roca dura en Suecia.La ecuacin de H&P indica que el factor que tiene el mayor impacto en la vibracin peak y en el dao no es el peso de la carga por retardo como es evidente en la ecuacin de Devine, sino que ms bien la carga lineal, que se controla por una combinacin dedimetro del hoyo y densidad de carga.65

Esta relacin muestra que la Velocidad de Partcula Peak (PPV), en un punto delespacio, est dada por la ubicacin de este punto respecto de la carga, el tipo de explosivo y la geometra del taladro definida por la concentracin de carga lineal "" (Kg/m), y ms importante, por las caractersticas de atenuacin de cada macizo rocosoen particular (constantes K y ).1.6.2.3.- Comparacin entre los Modelos de Devine y Holmberg & Persson:Para el modelamiento en el campo cercano, se requieren primero de datos vibracionales adquiridos lo ms cercano posibles a una carga explosiva tpica, con gefonos o acelermetros de un alto rango dinmico de respuesta, capacitados para medir niveles ms altos de vibracin. Por otra parte en el proceso de anlisis, se considera la carga explosiva en forma distribuida, tomando especial importancia los aspectos geomtricos y de distancia a la carga, longitud del taco, densidad lineal del explosivo, etc., adiferencia del modelamiento tradicional con Devine que utiliza una sola distancia parael total de la carga explosiva, es decir,sta como concentrada en un punto,consideracinexplosiva.vlidaparadistanciasdemsde23veceslalongituddelacargaDiferencia en la prediccin de Vibraciones segn el Modelo Devine y Holmberg & PerssonFuente: MONITOREO Y MODELAMIENTO DE VIBRACIONES PARA LA EVALUACINY OPTIMIZACIN DE LAS VOLADURAS DE DESARROLLO HORIZONTAL, APS BlastrocnicsDebido justamente a esa diferencia de considerar la carga explosiva distribuida (ModeloCercano de Holmberg & Persson) y la carga concentrada en un punto (Modelo Devine),66

es que ambos modelos difieren fuertemente en el rea ms cercana a la carga explosiva,producindose por parte del modelo Devine una sobre estimacin de las velocidades de partcula, como se puede apreciar en la grfica anterior.1.6.3.- ESTIMACIN DE LA VELOCIDAD PICO DE PARTCULA CRTICA:Los altos niveles de vibracin, pueden daar al macizo rocoso, producindose fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibracin en este contexto,puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso.Con bajos niveles de vibracin, tales como los presentes a grandes distancias de lasvoladuras, los niveles de deformacin son muy pequeos para inducir un fracturamiento del macizo rocoso. A menores distancias, las vibraciones son suficientemente altas paraextenderlasfracturaspreexistentes,peroinsuficientesparainducirnuevofracturamiento. Muy cerca de las cargas explosivas, sin embargo, los niveles devibracin son lo suficientemente altos como para afectar a la matriz de roca y producir diferentes grados de fracturamiento a su alrededor.La velocidad vibracional de las partcula, frecuentemente es relacionada con suhabilidad para inducir nuevo fracturamiento, a travs de la relacin entre velocidad de partcula y deformacin de partcula, vlido esto para una condicin de roca confinada en la vecindad inmediata a las cargas explosivas, en donde el impacto de la voladura es ms intenso y los niveles de esfuerzos inducidos son similares a los esfuerzos necesarios para la fragmentacin de la roca. Dada sta relacin con la deformacin, es que el anlisis de velocidad de partcula tiene la cualidad de ser un buen mtodo para estimarel grado de fracturamiento inducido por la voladura. De acuerdo a lo indicado: = PPV / VpEsta ecuacin presenta la relacin entre la Velocidad de Partcula; PPV, la deformacininducida , para una roca con Velocidad de la Onda de Compresin; Vp. Esta ecuacin supone una elasticidad lineal de la roca a travs de la cual la vibracin est propagndose y hace una estimacin razonable para la relacin entre la roca fracturaday la vibracin inducida.67

De la ley de Hooke y asumiendo un comportamiento elstico de la roca, la Velocidad dePartcula Mxima (Crtica), PPVc, que puede ser soportada por la roca antes de que ocurra el fallamiento por tensin, es estimada conociendo la Resistencia a la Traccin t, el Mdulo de Young, E, y la Velocidad de propagacin de la Onda P, Vp, usando la ecuacin:PPVc = (t * Vp) / EEn funcin de los antecedentes proporcionados a ASP BLASTRONIC por diferentesMinas, se emple la ecuacin anterior para estimar en primera aproximacin la Velocidad de Partcula Mxima o Crtica para algunos tipos de roca ms frecuentes.En la tabla siguiente, se resume los datos y el valor calculado para los tipos de rocaanalizados. En la ltima columna, se muestra el clculo del PPVc, definido como el nivel sobre el cual se generar un dao produciendo nuevas fracturas a la roca. Una estimacin del nivel de Velocidad de Particula sobre el cual se produce el dao ms intenso (trituracin), puede ser estimada como el valor aproximado a 4 veces el nivelpara el dao incipiente (4 x PPVc).Estimacin de la Velocidad de Partcula Crtica Terica en distintos tipos de rocaFuente: MONITOREO Y MODELAMIENTO DE VIBRACIONES PARA LA EVALUACIN Y OPTIMIZACIN DE LAS VOLADURAS DE DESARROLLO HORIZONTAL, APS BlastrocnicsFinalmente, se estima que un nivel equivalente a la cuarta parte, es decir el 25% delvalor de PPVc, es suficiente para iniciar extensin de fracturas preexistentes. Se sugiere68

ocupar este nivel de PPVc, como lmite conservador y a partir del cual se debencontrolar los diseos de carguo para que las voladuras no ocasionen dao al macizo rocoso.Los valores de Velocidad de Partcula Crtica calculados en la anterior, son producto delas caractersticas fsicas de la roca, y la precisin en su estimacin depende de la calidad y cantidad de los datos de ensayos ocupados en su clculo, recordndose que sigue siendo una estimacin y deben constantemente ajustarse con mediciones en terreno, que den cuenta cuantitativamente del dao y que permitan establecer con mayor precisin e in-situ, la capacidad del macizo rocoso para soportar niveles de vibracin enel rango estimado.Estas diferencias refleja la gran importancia que tiene establecer para cada tipo demacizo rocoso en particular los lmites de dao, los que estn directamente relacionados con sus propiedades geomecnicas y por tanto deben ser estimados en formaindependiente no slo en cada mina si no en cada dominio geomecnico de la misma.El dao es causado principalmente por 3 mecanismos que son; la generacin de nuevasgrietas en la roca al superar un nivel crtico de velocidad partcula, extensin y apertura de fracturas existentes por la accin de una excesiva presin de gases, y finalmente, la desestabilizacin de bloques, cuas, etc., debido a la alteracin de las propiedades de las estructuras geolgicas. De estos mecanismos, es importante reconocer que los dos primeros afectan al campo cercano (< 50 metros del lmite de la voladura), mientras queel ltimo mecanismo puede ocurrir en el campo lejano (> 50 metros).La gran cantidad de variables que interactan en una voladura, hace necesario el adaptary desarrollar tcnicas que permitan una ptima evaluacin de este proceso, antes, durante y despus de su ocurrencia, as como de una adecuada cuantificacin y controldel dao que ella puede producir.69

1.7.- MONITOREO DE LAS VIBRACIONES1.7.1.- OBJETIVO DEL MONITOREO DE LAS VIBRACIONES:La medicin de las vibraciones tiene como objetivo principal detectar y registrar el movimiento vibratorio de la tierra. Estas medidas deben describir de la mejor forma el evento vibraciones, para lo cual se requiere medir tres componentes ortogonales quedefinan: amplitud, velocidad y aceleracin de la partcula, en funcin del tiempo t.El monitoreo de vibraciones se puede realizar para determinar slo el nivel mximo departculas, o si se requiere, un registro de toda la onda para determinar un modelo de vibraciones, en ambos casos es de especial inters tener algunas consideracionesreferente al registro que se obtiene.El registro obtenido entrega una onda que el eje de las Y representa la magnitud de lavibracin y el eje de las X el tiempo, siendo cada uno de estos registros el que corresponde a cada uno de los ejes en que se mide, es decir vertical, transversal olongitudinal.partculas.LasiguientefiguraindicaunregistrogenricodelavelocidaddeRegistro Genrico de la Velocidad de Partculas70

1.7.2.- OBTENCIN DE DATOS A PARTIR DEL MONITOREO DEVIBRACIONES:LAS1.7.2.1.- Verificacin del Mximo Desplazamiento:A partir de estos registros se puede obtener informacin del nivel de vibraciones que se obtiene en cierto tiempo de la onda, lo cual puede ser asociado a un taladro o a varios taladros detonados en forma simultnea.Sin embargo a este nivel de vibraciones que se identifique, se debe verificar que el desplazamiento del gefono no haya superado el nivel mximo permitido (2mm) lo cualse puede verificar mediante la integracin de la onda.Para realizar la integracin de la onda se puede realizar en forma directa con el softwareBlastware del Minimate Plus, utilizando la funcin Integrate sobre la onda de velocidad, la cual entrega los valores de desplazamiento de la onda completa.Desplazamiento Permitido del Gefono (< 2mm)71

Desplazamiento Excesivo del Gefono (>2mm)1.7.2.2.- Eficiencia Relativa del Explosivo:La magnitud de las vibraciones terrestres y areas en un punto determinado vara segn la carga de explosivo y la distancia de dicho punto al lugar de la voladura.Frente a problemas de vibraciones, algunos usuarios plantean reducir el consumoespecfico de explosivos en las voladuras en un 20% con respecto al ptimo. Los resultados de los niveles de vibracin medidos se han multiplicado por 2 y por 3, comoconsecuencia del gran confinamiento y mala distribucin especial del explosivoorigina una falta de energa para desplazar y esponjar la roca fragmentada.que72

Medicin de Vibraciones de una Voladura en FrentesZona 1: En el arranque es normal ver una alta concentracin de carga explosiva y el usode tiempos de retardo muy cortos entre si, lo que produce el efecto sumatorio de las ondas. Por lo tanto el nivel de vibraciones es mayor con respecto al total de la voladura.Zona 2: En el resto de taladros la concentracin de carga explosiva es menor y lostiempos de retardo mayores entre si, lo que origina que no se produzca el efecto sumatorio de las ondas y por consiguiente el nivel de vibraciones es menor con respectoal resto de la voladura.1.7.2.3.- Cargas detonando en una secuencia determinada:El intervalo de retardo entre la detonacin de taladros puede referirse al tiempo de retardo nominal o al tiempo de retardo efectivo. El primero es la diferencia entre los tiempos nominales de iniciacin, mientras que el tiempo de retardo efectivo es la diferencia de los tiempos de llegada de los pulsos generados por la detonacin de lostaladros disparados con periodos consecutivos.En lo relativo al tiempo mnimo de retardo para eliminar las interferencias constructivaso con efectos sumatorios, en los primeros estudios realizados por Dubai (1963) se73Zona 1Zona 2

propona intervalos de 8 MS y 9 MS, calculados a partir de los experimentos llevados acabo en canteras de caliza. Langefors (1963) que con intervalos mayores a 3 veces el periodo de vibracin puede suponerse que no existe colaboracin entre taladros adyacentes detonados de forma secuenciada, debido a la amortiguacin de los seales. Wiss y Linehan (1978) sugiere un tiempo de retardo sucesivo de 17 MS, para eliminar el efecto sumatorio de las vibraciones. En otro estudio de la Nobels Explosives Co. deGran Bretaa sobre voladuras secuenciadas, con tiempos de retardo entre cargasoperantes inferiores a los 25 MS se confirma la existencia deconstructivas en el nivel mximo de vibracin.interferenciasInfluencia del intervalo de retardo en el nivel mximo de vibracin.Fuente: Manual de Perforacin de Lpez Jimeno1.7.2.4.- Dispersin de los tiempos de encendido de los retardos:Cuando en la voladura existen varios taladros con detonadores que poseen el mismo tiempo de retardo nominal, la carga mxima operante suele ser menor que la total, debido a la dispersin en los tiempos de salida de los detonadores empleados, siempre que el intervalo de retardo sea suficientemente grande para que no existan interferenciasconstructivas entre las ondas generadas por los distintos grupos de taladros.Vamos a considerar el total de detonadores con el mismo tiempo de retardo nominaldebido a que hay probabilidad de que todos detonen en simultneo y es la posibilidad ms crtica para originar mayor vibracin y dao.74

1.7.2.5.- Resultados de Campo:Esquema de como se realiz la toma de datosTj 052 usando Dinamita:Tj 052 usando Emulsiones:75

Tj 828 usando DinamitasTj 828 usando EmulsionesTj 748 usando DinamitasTj 748 usando Emulsiones76

1.8.- MODELAMIENTO DE VIBRACIONES CAMPO LEJANO:Una de las grandes problemticas para la obtencin de los modelos de vibraciones, es la calidad de la informacin que se utiliza para ello, principalmente cuando se obtienen datos a partir de mediciones de vibraciones realizadas en voladuras regulares de la mina, ya sean en voladuras de produccin o amortiguadas, la problemtica en cuestin es identificar claramente a que taladro o taladros estn asociados los diferentes peak devibraciones que se obtienen en cada registro.1.8.1.- DATOS DE LABORATORIO:Estas muestras de bloques rocosos por cada tajeo han sido llevadas para su anlisis yevaluacin a la Pontificia Universidad Catlica del Per.seleccionadas de los tajeos 052, 828 y 002.EstasmuestrasfueronEnsayo de propiedades fsicasEnsayo de compresin simple Ensayos de compresin triaxial Ensayos de constantes elsticas1.8.1.1.- Ensayo de Propiedades Fsicas:Los ensayos re realizaron segn la norma ASTM D 2216 98 Los resultados son los siguientes:1.8.1.2.- Ensayo de Compresin SimpleLos ensayos se realizaron segn la norma ASTM D 2938Los resultados son los siguientes:77

Nota: Estandarizado segn Protodyakonov (L/D = 2)1.8.1.3.- Ensayos de Compresin TriaxialSe ha ensayado 3 testigos por cada muestra entregada. Los ensayos se realizaron segnla norma ASTM 2664 95.Los resultados son los siguientes:1.8.1.4.- Ensayos de Propiedades ElsticasLos resultados son los siguientes:78

Coeficiente o Relacin de Poisson: Es el radio de contraccin transversal a expansinlongitudinal de un material sometido a esfuerzos de tensin, o sea, es una medida de su fragilidad. Cuanto menor el radio de Poisson, mayor la propensin a rotura.Mdulo de Young: Es una medida de la resistencia elstica o de la habilidad de unaroca para resistir la deformacin. Cuanto mayor el mdulo de Young mayor dificultad para romperse.1.8.1.5.- Clculo de la Velocidad de Onda P:Es la velocidad a la cual una roca transmitir las ondas de compresin. Como a este tipo corresponden las ondas sonoras, tambin se le refiere como velocidad de ondalongitudinal. Es una funcin del ndice de calidad del tnel (Bieniawski 1979).Clculo de ndice de calidad del tnel: Q Bieniawski 1979RMR = 9 LnQ + 44Q = Exp( RMR 44 )/9Clculo de la velocidad de la onda P: Vp (m/s)Vp = (1000*Log Q )+ 3,500Usualmente cuanto mayor sea la velocidad de la onda P, se requerir explosivo demayor velocidad de detonacin para romperla.La velocidad de la Onda P est relacionada directamente con la impedancia, laimpedancia es la relacin de la velocidad de la onda P y densidad de la roca versus la velocidad de detonacin y la densidad del explosivo.Donde:Nz : Relacin de la impedancia del explosivo y la de la rocae : Densidad del explosivo (gr/cc)r : Densidad de la roca (gr/cc)Vod : Velocidad de detonacin del explosivo (m/s) Vs : Velocidad de la Onda P (m/s)79

Esto significa que la onda explosiva se transmite tanto mejor a la roca cuanto ms seacerca la impedancia del explosivo a la de la roca, dado que Nz tender hacia 1.0De la informacin anteriormente mencionada calcularemos la velocidad de la Onda Ppara los tajeos en estudio.1.8.2.- CLCULO DE LA VELOCIDAD PICO DE PARTCULA CRTICA(VPPC) DE LOS TAJEOS:Para realizar el modelamiento de las vibraciones antes vamos a realizar el clculo de la Velocidad Pico Partcula Crtica (VPPC) de los tajeos en evaluacin tanto con el uso dedinamitas como con el uso de emulsin.EDonde:Vppc = Velocidad Pico Partcula Crtica (mm/s)t = Resistencia a la Traccin (MPa) Vp = Velocidad de la Onda P (m/s)E = Mdulo de Young (GPa)VPPC Tj 052:1.17VPPC Tj 828:1.51VPPC Tj 748:1.6980Vppc 0.83 * 3306.18 1623.75mm / sVppc 0.69 * 3068.20 1402.03mm / sVppc 0.439 * 2579.18 967.74mm / sVppc t *Vp

1.8.3.- MODELAMIENTO DE LOS TAJEOS:Como se ha mencionado anteriormente, los modelos de vibraciones que permitan predecir el nivel de vibraciones se pueden determinar a partir de mediciones de terreno,de estas mediciones se deben obtener principalmente tres antecedentes, a saber:El nivel de vibraciones que genera la detonacin de una carga de explosivo.La cantidad de explosivo que genera cierto nivel de vibraciones, yLa distancia a de la carga al punto a la cual se mide el nivel de vibraciones.Con los datos obtenidos en los monitoreos de los tajeos usando emulsin y dinamita seobtuvieron los siguientes modelos matemticos basados en el criterio de Devine.Tj 052 usando dinamita:50.020.0Del grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 052 con el uso de dinamita:d 904.97x-1.1064y =W81Velocidad Pico Partcula (mm/s)1.1064Vpp 904.97 * Modelamiento de Vibraciones Tj 052 con Dinamitay = 904.97x -1.1064R 2 = 0.929240.030.012.014.016.018.020.022.024.0Distancia Escalar

Tj 052 usando emulsin:Del grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 052 con el uso de emulsin:d y = 1723.6x-1.2985WTj 828 usando dinamita:100.0060.00Del grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 828 con el uso de dinamita:d y = 1232.1x-0.9665W82Velocidad Pico Partcula (mm/s)Velocidad Pico Partcula(mm/s)0.9665Vpp 1232.1* Modelamiento de Vibraciones Tj 828 usando Dinamitay = 1232.1x -0.9665R 2 = 0.974990.0080.0070.0014.0015.0016.0017.0018.00Distancia Escalar19.0020.0021.001.2985Vpp 1723.6 * Modelamiento de Vibraciones Tj 052 usando Emulsiny = 1723.6x -1.2985R 2 = 0.929180.0070.0060.0050.0040.0030.0011.0013.0015.0017.0019.00Distancia Escalar

Tj 828 usando emulsinDel grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 828 con el uso de emulsin:d y = 1359.3x-0.9305Tj 748 usando dinamita:WDel grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 748 con el uso de dinamita:d y = 1507.6x-1.1479W83Velocidad Pico Partcula (mm/s)Velocidad Pico Partcula (mm/s)1.1479Vpp 1507.6 * Modelamiento de Vibraciones Tj 748 usando dinamitay = 1507.6x -1.1479R 2 = 0.956680.0060.0040.0020.0013.015.017.019.021.023.025.0Distancia Escalar0.9305Vpp 1359.3 * Modelamiento de Vibraciones Tj 828 usando emulsiny = 1359.3x -0.9305R 2 = 0.9048160.00140.00120.00100.0080.0010.011.012.013.014.015.016.017.0Distancia Escalar

Tj 748 usando emulsin:Del grfico se obtiene la siguiente frmula que simula el comportamiento vibracionaldel macizo rocoso para el tajeo 748 con el uso de dinamita:d y = 1656.6x-1.2276W1.9.- ANLISIS DE LOS DAOS ORIGINADOS POR LA VOLADURA DEROCAS:Hoy en da el control de los efectos adversos de vibraciones causadas en la Ingeniera Civil y Minera, se logra mediante el acatamiento de los niveles sugeridos en las normas especficas, as como mediante el diseo y manejo apropiado de los respectivos equipos y procesos causantes de las vibraciones. Por ejemplo los niveles de vibracin causados por voladuras se pueden reducir mediante la limitacin de las cargas o secuenciando las voladuras de tal forma que la energa transmitida al suelo sea distribuida en el tiempo, lo cual disminuye las velocidades mximas de vibracin. Hoy en da hay tcnicas an ms sofisticadas, que mediante una secuenciacin muy controlada (y previamente diseada) logran fenmenos de interferencia destructiva y directividad en el campo de ondasgenerado por la voladura.Los valores mximos de velocidades de partcula permitidos o recomendados varan deuna norma a otra. Quizs el valor indicativo que ms se ha implantado es el de 2 pulg/s84Velocidad Pico Partcula (mm/s)1.2276Vpp 1656.6 * Modelamiento de Vibraciones Tj 748 usando emulsiny = 1656.6x -1.2276R 2 = 0.8968100.0080.0060.0040.0010.012.014.016.018.020.0Distancia Escalar

(50.8 mm/s), que se fundamenta en voluminosas observaciones de Langefors yKihlstrm (Bollinger, 1980; Persson et al., 1994), quienes en 1963 establecieron, para diversos tipos de suelos, valores de la velocidad de partcula pico y sus efectosasociados.Por otro lado, es importante evaluar las vibraciones en 3 direcciones ortogonales (comoalgunas normas lo exigen), con el fin de observar asimetra de radiacin en las voladuras, propiedades de los diferentes tipos de onda generadas, as como observarparticularidades de la transmisin de ondas elsticas en el suelo.1.9.1.- NORMATIVIDAD INTERNACIONAL EN EL MANEJO DE LASVOLADURAS:Todas estas normas han sido elaboradas en pases con condiciones de suelos y tipos demateriales y estructuras diferentes a las usuales en Per; su aplicacin local requiere entonces, como primer paso, un proceso de anlisis de estas normas, al encontrar lafactibilidad de uso de las normas se realiza el proceso de adaptacin de ellas.Resumen de las Normas Internacionales ExistentesFuente: VIBRACIONES CAUSADAS POR ACTIVIDAD HUMANA: caracterizacin, efectos y manejo en la Ingeniera Civil - Universidad del Valle, Santiago de Cali.85

Resumen de velocidades mximas indicativas de las diferentes normas internacionalesFuente: VIBRACIONES CAUSADAS POR ACTIVIDAD HUMANA: caracterizacin, efectos y manejo en la Ingeniera Civil - Universidad del Valle, Santiago de Cali.La definicin de los niveles mximos de vibracin admisibles depende no solo de laamplitud, sino tambin de la frecuencia. De hecho, la mayora de las normas internacionales, por ejemplo USBM - RI 8507 (1981, USA), DIN 4150 (1984, Alemania), Norma UNE 22-381 (1993, Espaa), entre otras, establecen los criterios de dao para estructuras sometidas a vibraciones, a partir de una serie de amplitudes (normalmente velocidades de vibracin) que son directamente proporcionales a lafrecuencia de la vibracin.Se puede ver que, no todas esas normas trabajan con los valores de (PVS, peakvelocity sum). Algunas consideran la mayor de las componentes (PPV) asociadas a la medicin.1.9.2.- INDICE DE DAOS ORIGINADOS POR VOLADURAS (BLASTDAMAGE INDEX)Para calcular el ndice de dao originado por voladura primero se tiene que calcular el Vector Suma de las Velocidades Pico de Partcula.86

VppL: Velocidad Pico Partcula Longitudinal (mm/s)Vppt: Velocidad Pico Partcula Transversal (mm/s) Vppv: Velocidad Pico Partcula Vertical (mm/s)Para calcular el BDI:Vps: Vector suma de la Velocidad Pico Partcula (m/s)d: Densidad de la roca (gr/cc)Vp: Velocidad de la onda P (km/s)Kv: Constante de calidad del lugar (0.1 - 1)Con el resultado obtenido se procede a comparar los resultados con la tabla para ver quetipo de dao se esta generando.1.9.3.- CRITERIO DE DAO:Intenso fracturamientoCreacin de nuevas fracturas Extender fracturas preexistentes4 * VPPC1 * VPPC * VPPCDel modelamiento de los tajeospodemos elaborar los siguientes cuadros paradeterminar a que distancia comenz a haber dao debido a la voladura. Para ello serealizar una interpolacin de datos.87

Para la elaboracin se consider las mayores y menores cargas de explosivos detonandoen simultneo (carga operante).Hay que tener en consideracin que los cuadros de madera estn separados cada 1.5m.Tj 052 Dinamita:Carga Operante: 3.2kgLa voladura no genera dao desde los 5.95m del tope de la labor. Entre 1.68m y 5.95mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.68m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.88

Carga Operante: 2.4kgLa voladura no genera dao desde los 5.15m del tope de la labor. Entre 1.46m y 5.15mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.46m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.Tajo 052 Emulsin:Carga Operante: 4.32kgLa voladura no genera dao desde los9.55m del tope de la labor. Entre 3.25m y 9.55mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 3.25m y 1.11m hay creacin de nuevasfracturas y entre 1.11 y el tope hay intenso fracturamiento.89

Carga Operante: 3.24kgLa voladura no genera dao desde los 8.25m del tope de la labor. Entre 2.82m y 8.25mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 2.82m y 0.96m hay creacin de nuevas fracturas y entre 0.96 y el tope hay intenso fracturamiento.Tj 828 Dinamita:Carga Operante: 3.2kgLa voladura no genera dao desde los 6.59m del tope de la labor. Entre 1.56m y 6.59mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.56m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.90

Carga Operante: 2.4kgLa voladura no genera dao desde los 5.67m del tope de la labor. Entre 1.36m y 5.67mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.36m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.Tj 828 Emulsin:Carga Operante: 4.32kgLa voladura no genera daodesde los 8.93m del tope de la labor. Entre 2.01m y 8.93mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 2.01m y el tope hay creacin de nuevasfracturas.91

Carga Operante: 3.24kgLa voladura no genera dao desde los 7.73m del tope de la labor. Entre 1.74m y 7.73mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.74m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.Tj 748 Dinamita:Carga Operante: 3.2kgLa voladura no genera daodesde los 5.6m del tope de la labor. Entre 1.68m y 5.6mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.68m y el tope hay creacin de nuevasfracturas.92

Carga Operante: 2.4kgLa voladura no genera dao desde los 4.85m del tope de la labor. Entre 1.45m y 4.85mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 1.45m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.Tj 748 Emulsin:Carga Operante: 4.0kgLa voladura no genera daodesde los 3.14m del tope de la labor. Entre 0.88m y 3.14mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 0.88m y el tope hay creacin de nuevasfracturas.93

Carga Operante: 3.0kgLa voladura no genera dao desde los 2.72m del tope de la labor. Entre 0.76m y 2.72mhay extensin de fracturas pre-existentes. Entre 0.76m y el tope hay creacin de nuevas fracturas.1.10.- TCNICAS USADAS PARA REDUCIR LAS VIBRACIONES:En base a los resultados de los controles y estudios de vibraciones (de mayor o menor complejidad), con el conocimiento de las tcnicas bsicas de voladuras y empleando los nuevos explosivos y sistemas de iniciacin (detonadores secuenciados, incluso de tipo electrnico), es posible realizar diseos de voladuras que reduzcan a niveles imperceptibles (para las estructuras y para las personas) las vibraciones generadas en las voladuras. Aunque es imposible definir una receta universal, ya que cada caso es singular, s es posible definir unas pautas generales de reduccin de vibraciones actuando sobre el diseo de las voladuras que, en la mayor parte de los casos, son deaplicacin.Estas pautas son:En primer lugar, reduccin de la carga operante de las voladuras, a travs de las siguientes opciones:La reduccin del dimetro de perforacin de los taladros.La reduccin de la altura de banco en la excavacin (taladros largos).94

Cuando ni lo uno ni lo otro sea posible, por causas operativas (altura de bancodefinida de antemano en una explotacin o dimetro de perforacin fijado por la maquinaria disponible o por los niveles de produccin requeridos), es posible llevar a cabo el seccionado de cargas dentro de un taladro, hacindolas detonar en tiempos distintos.Una herramienta imprescindible para lograr la reduccin de la carga operante es el empleo de detonadores secuenciadores, que permiten la detonacin de todas y cada una de las cargas que componen una voladura en un tiempo distinto.Es importante no confundir la reduccin de la carga operante con la carga mxima de la voladura, ya que es posible realizar una voladura de gran tamao con cargas operantes reducidas.Tambin es importante no confundir la carga operante con la carga especfica; si sta se reduce mucho, puede ocurrir que no se produzca arranque de material y la mayor parte de la energa se emplee en generar vibraciones, producindose el resultado inverso al buscado, cuanto ms confinada est una voladura, msvibraciones generar sta.A continuacin, ajustar la secuenciacin a las frecuencias predominantes del terreno.Los detonadores secuenciadores ofrecen una versatilidad suficiente (mejorada con los detonadores electrnicos) como para adaptar la secuencia de detonacin de las cargas de las voladuras a la frecuencia predomnate del terreno en el punto de medida. Una variante de esta medida correctora es focalizar el tren de ondas en elsentido inverso a la posicin de la estructura.Otra medida preventiva es crear o aprovechar pantallas o discontinuidades entre elmacizo rocoso donde se lleva a cabo la voladura y la estructura a proteger. En este sentido, se est extendiendo la tcnica del precorte para crear ese tipo de discontinuidad (si bien tiene otros inconvenientes de confinamiento de cargas que hay que tener en cuenta al disearlo, para no provocar males mayores con el precorte que con la voladura principal). Tambin se pueden aprovechar las caras libres de los bancos, orientando la salida de la voladura de tal manera que las vibraciones viajen preferentemente en sentido contrario a la posicin de la estructuraa preservar.95

Por ltimo, de forma genrica, indicar que esquemas de perforacin y voladuraequilibrados con cargas ajustadas al arranque y fragmentacin deseado y con secuenciaciones adecuadas suelen ser sinnimo de voladuras de calidad y con escasas vibraciones generadas, siendo preciso emplear los criterios y frmulas declculo internacionalmente usadas para llegar a estos diseos.1.11.- CLCULO DE LA CARGA MXIMA POR RETARDO:Los intentos de modelar el comportamiento de las estructuras, debido a las vibraciones originadas por voladuras han demostrado su ineficacia, debido a la enorme variabilidad y complejidad de los parmetros que intervienen en la propagacin de las ondas. Por esa razn, generalmente se busca cuantificar los criterios de dao estructural, a partir dedatos experimentales.Las ecuaciones empricas usan metodologas basadas en criterios de retroanlisis, paradeterminar los valores de las constantes empricas en funcin de la mejor correlacin estadstica posible.Para el clculo de la Carga Mxima por Retardo partamos de la ecuacin bsica:d W La creacin de nuevas fracturas se originar cuando se sobrepase la Vppc en losalrededores del lugar donde se realice latenemos:voladura. Como K y son constantes,Wmx KDe sta forma, se genera una herramienta til de trabajo, ya que es posible establecercon rigor curvas de isovalores de velocidades de vibracin previsibles en las inmediaciones de los disparos, definiendo reas que, en cualquier instante, pueden ser comparadas con las estructuras que ocupan la superficie, acorde al avance de lostrabajos de voladura, sea alejndose o aproximndose a las estructuras.962Vppc * d Vpp K *

Para el clculo de la Carga Mxima por retardo se considera d = 1.5m debido a que es laseparacin entre los cuadros de madera.Como describimos anteriormente las cargas operantes usadas para las pruebas fueronlas siguientes y podemos apreciar que slo en la prueba con las dinamitas nosobrepasa las cargas mximas por retardo, por consiguiente no se sobrepasa la Vppc.se97

1.12.- APLICACIN EN OTRAS UNIDADES MINERAS EN OPERACIONESDE TALADROS LARGOS:MINA ARCATA Tj 676En esta unidad minera tenemos taladros largos en vetas angostas cuyo ancho promediode veta es 0.8 m.La malla de perforacin es cuadrada de 0.8m x 0.8m. Dimetro de Perforacin: 2Longitud de los taladros: 10mAntes de los monitoreos:Carga total x taladro = 10 KgDistancia = 1.5 metros VPP = 1503.38 mm/sComo se observa en la figura, antes de la realizacin de los monitoreos se disparaba lostaladros de una misma fila con un mismo nmero de retardo en la parte final y central del taladro, lo que originaba una carga operante de 20 kg.98

Esto trae como consecuencia que haya mucha carga explosiva detonando en simultneo,lo que origina la inestabilidad de la zona en donde se realizan los trabajos de taladros largos, alterando la estabilidad de las cajas principalmente.Resultados:Debido a la excesiva carga explosiva detonando en simultneo, se debilitaron las cajasdel tajeo originando un accidente al equipo de limpieza con telemando.99

INICIO DE LOS TRABAJOS DE MONITOREO:Ubicacin del equipo con respecto a la voladura:Cabe mencionar que la ubicacin del punto de monitoreo es fundamental para la tomade datos, que en nuestro caso y por la accesibilidad se ubic en un punto estratgico dndonos una buena confiabilidad en la toma de datos.Pintado de la veta:100

Instalacin del gefono:En la foto observamos la ubicacin del gefono para lo cual se tom en consideracin latcnica de plancha empernada a la roca a travs de un split set y cuyo objetivo principales mantener fijo el gefono simulando el comportamientorocoso.vibracionaldelmacizoToma de datos:Modelamiento del comportamiento del macizo rocoso:101

Donde la ecuacin que se aproxima al modelamiento y comportamiento de lasvibraciones en cualquier punto sobre el macizo rocoso es igual a:EntoncesComo podemos observar el coeficiente de correlacin nos da cierta certeza de laexactitud en la precisin de la ecuacin, la cual debe ir mejorando en funcin a la mayor cantidad de toma de datos, ya que la evaluacin realizada esta hecha desde el punto devista de campo lejano.Clculo de la VppcPara estimar la carga mxima por retardo y minimizar el dao al macizo rocoso debemos de estimar la Velocidad pico partcula Crtica.Para la obtencin de la resistencia a la traccin se recogieron muestras del tajo 676 y sehicieron pruebas de carga puntual obteniendo los siguientes resultados:t: 6.7 MPaVp: 3829 m/sE: 31.2 GPaReemplazando en la ecuacin que estima la velocidad pico partcula obtenemos:VPPCritica = 823.00 mm/s102- 1.0973VPP = 663.2 (d)(W)VPP = 663.2 (De)-1.0973

Clculo de la Carga Mxima por Retardo:A una distancia de radio de influencia de 1.5 metros del centro de la voladura y no sobrepasando una VPP que este en el rango mnimo de 823 (roca tipo andesita) ymximo 1100 mm/s (roca tipo prfido), obtenemos el siguiente resultado.Carguo con 2 tacos de 80 cm, 1 deck intermedio de 40cm para disminuir la cantidad deexplosivo en la columna y salida con 2 EXSANELES con tiempos de retardo diferente asegurando que primero salga la parte baja del taladro para poder disminuir la cantidadde explosivo que est detonando en simultneo.Carga total x retardo = 4.5 KgDistancia = 1.5 metros VPP = 907.07 mm/sObservamos que con una mejor distribucin en tiempos de retardo y distribucin decarga, podemos disminuir el nivel de vibraciones tal y como podemos observar en el taladro simulado.1034.0 kilos (prfido) < carga mxima por retardo < 5.5 kilos (andesita)

Resultados:Como se puede observar en las imgenes, la dilucin es mnima, una fragmentacinadecuada y adems se tienen unas cajas muy estables, que son los principales problemas en los trabajos de taladros largos.104

CAPITULO IICONCLUSIONESEl empleo adecuado del Monitoreo de Vibraciones producidas por lasvoladuras, es una tcnica que provee mltiples ventajas en trminos de poder examinar en detalle el proceso de la voladura, constituyndose en una muy buena herramienta para el diagnstico, ya que la adecuada interpretacin del registro de vibraciones permite determinar el grado de interaccin entre las variables de una voladura, pudindose evaluar por ejemplo: cargas detonando en una secuencia de encendido incorrecta; dispersin en los tiempos de encendido de los retardos; detonacin deficiente de cargas; detonaciones instantneas; detonacin de cargas adyacentes por simpata; adems de la cuantificacin de los niveles de velocidad, frecuencia, aceleracin y desplazamiento de laspartculas de roca. En definitiva el rendimiento general del diseo.Los parmetros de ajuste de estos modelos son directamente dependientes delcomportamiento de las vibraciones en cada tipo de roca, los que presentan un amplio rango de variabilidad, y lo que influye fuertemente en los niveles de vibracin predichos por cada uno de ellos, restringindose su aplicacin al sectordonde fueron obtenidos.Las vibraciones producidas por las voladuras y el conocimiento de laspropiedades geomecnicas del macizo rocoso, permiten estimar la probabilidad de ocasionar dao en dicho macizo. Los altos niveles de vibracin pueden daar la roca, produciendo fracturas nuevas o extendiendo y dilatando fracturas existentes. La vibracin en este contexto, puede ser considerada como un esfuerzo o deformacin del macizo rocoso. Se muestra tambin en este trabajo un conjunto de datos representativos de diferentes tipo de rocas y los valores calculados para la Velocidad de Partcula Crtica (PPVc), valor que se puede usar inicialmente como referencia a partir del cual la vibracin produce dao a nivel de la matriz de roca, los valores presentados, tambin dan cuenta de unaimportante variacin en las magnitudes de vibracin que es capaz de resistir105

cada tipo de roca, debiendo en consecuencia tomarse mucha precaucin respectode los valores promedios manejados tradicionalmente.Otro aporte importante del empleo de sta tecnologa, es el de obtener losniveles de velocidad de partcula absolutos, para cada una de las cargas explosivas, las que asociadas a las distancias en que se registra dicha detonacin conforman una buena base de datos, que permite construir modelos confiables de prediccin de vibracin, con los cuales se pueden evaluar diferentes modificaciones a los distintos parmetros de la voladura, tales como tipo y cantidad de explosivo segn distancia y evaluar el dao potencial que esavibracin puede producir.Con los datos recolectados en campo se pudo realizar el modelamiento para cadauno de los tajeos en estudio tanto para dinamitas como para emulsiones.Tj 052Dinamita:d Wd Emulsin:WTj 828Dinamita:dEmulsin:Vpp 1359.3*Tj 748Dinamita:d WEmulsin:1.2276Vpp 1656.6*106d W 1.1479Vpp 1507.6*0.9305d W 0.9665Vpp 1232.1*W 1.2985Vpp 1723.6 *1.1064Vpp 904.97 *

Con estos modelamientos podemos predecir cual sera la Vpp del tajeo antes de realizarla voladura. La vibracin obtenida (Vpp) no debiera sobrepasar la VPPc calculada para cada tajeo, de lo contrario estaremos contribuyendo a la creacin de nuevas fracturasVPPC Tj 052:1.17VPPC Tj 828:1.51VPPC Tj 748:1.69De todaslas pruebas realizadas en los tajeos en estudio, las nicas que nosobrepasaron las cargas mximas por retardos y por consiguiente no hubocreacin de nuevas fracturas fueron las que se detonaron con dinamita (usando la carga mnima), como mximo 6 taladros por retardo (2.40kg). Las otras demsalternativas sobrepasaron la carga mxima por retardo.A pesar del menor costo por caja de las Emulsiones ($52.34) en comparacincon las Dinamitas ($56.75), al obtener el costo de cada cartucho, encontramos que la dinamita es ms barata (0.18 $/cart en comparacin con la emulsin que es de 0.23 $/cart), esto es debido al nmero de cartuchos que viene por caja. Adems en ambos casos se carga con la misma cantidad de cartuchos por taladrolo que hace que el costo por tajeo sea mayor con emulsin a pesar de haber107Vppc 0.83 * 3306.18 1623.75mm / sVppc 0.69 * 3068.20 1402.03mm / sVppc 0.439 * 2579.18 967.74mm / s

reducido taladros. Siendo el costo en explosivos del tajeo con dinamita masbarato (31.50 $/Tj) que con emulsiones (35.65 $/Tj).En las pruebas realizadas se encontr que los factores de carga son menores conel empleo de dinamitas que con el uso de emulsiones a pesar de haber reducido el nmero de taladros cargados, esto se da debido a la diferencia de densidadesque hay entre uno y otro explosivo.Debido a los resultados obtenidos con las emulsiones (cada de cuadros ysobreexcavacin, lo que origina un costo adicional) se desech el uso de emulsiones al 100% en los frentes.En la aplicacin de taladros largos, en base a estos estudios y parmetrosgeomecnicos, se propuso el diseo de carguo en el que se menciona el uso de decks intermedios el cual reduce el factor de carga, minimizando la vibracin y por ende el dao a la roca creando un ambiente de trabajo seguro para los equipos. Asimismo buscamos minimizar la dilucin presente en este tipo deexplotacin.Los resultados obtenidos sern confiables slo si la tcnica es empleadacorrectamente, mereciendo especial atencin los aspectos de: ubicacin, orientacin y acoplamiento de los gefonos utilizados como sensores, segn y como el instrumento empleado como capturador y analizador de la onda ha sido configurado para la medicin, particularmente en relacin a la resolucin detiempo de muestreo, rangos de velocidad y procedimientos de anlisis.108

CAPITULO IIIRECOMENDACIONESLos monitoreos de vibraciones deben ser realizados por personal entrenado yexperimentado para poder recabar informacin confiable y poder tomar decisiones correctamente.As tambin recordar que a medida que se incremente el nmero de monitoreosen cada zona la ecuacin de vibraciones debe estar variando y ajustndose ms al comportamiento real del movimiento o vibraciones del macizo rocoso. (Parallegar a un modelo confiable).Buscar no siempre el explosivo ms barato, sino el cual pueda realizar undeterminado trabajo eficientemente con el menor costo y que adems no incurra en costos adicionales. Hay que tener en cuenta el costo global y no solo el costodel explosivo.Establecer puntos de monitoreo fijos cuando se desee realizar elcontrol devibraciones para estructuras importantescompresoras, estaciones de bombeo, etc.)enlaoperacin(elcasodepiques,109

CAPITULO IVBIBLIOGRAFASOCIEDAD INTERNACIONAL DE INGENIEROS DE EXPLOSIVOS, Manualdel Especialista en Voladura, 17 Edicin 2008.(CINTEX), Manual de Monitoreo de Vibraciones Generadas por Tronaduras, Anlisisy Modelamiento, Mayo 2006.CARLOS SCHERPENISSE O., Monitoreo y modelamiento de vibraciones para elcontrol y evaluacin del dao por voladuras, ASP Blastronics Octubre 2006.SOCIEDADINTERNACIONALDEINGENIEROSDEEXPLOSIVOS,Fundamentos Prcticos de Voladura, ISEE 2006.VIDAL NAVARRO TORRES, PH.D. - PEDRO MARQUES BERNARDO, M.SC.El BLASTWARE III como herramientas para la prevencin y control ambiental de vibraciones en voladuras, Universidad Tcnica de Lisboa 2004.JESS A. PASCUAL DE BLAS Jefe de Servicio al Cliente Unin Espaola deExplosivos, S.A., Problemtica de las vibraciones en las voladuras, medicin, control y regulacin legal, Marzo 2002.CARLOS R. SCHERPENISSE, ING, WILLIAM R. ADAMSON, PHD, Monitoreoy modelamiento de vibraciones para la evaluacin y optimizacin de las voladuras de desarrollo horizontal, ASP BLASTRONICS S.A. Febrero 2000.LUISENRIQUESNCHEZ,ControlDeVibraciones,DepartamentoEngenharia de Minas Escola Politcnica da Universidad de So Paulo, 1995.deNERIO ROBLES, Excavacin y sostenimiento de tneles en roca, 1994HOEK E. / ET BROWN, Excavaciones subterrneas en roca, Marzo 1985.ENAEX S.A., Manual de TronaduraKONYA, Manual KonyaLOPEZ JIMENO, Manual de Perforacin, 2da Edicin.110

CAPITULO VAPNDICESLos costos de los explosivos por frente usados en las pruebas fueron los siguientes:Tj 052Tj 828Tj 748Los factores hallados durante las pruebas fueron los siguientes:Tj 052Tj 828Tj 748111

Resultados de las Voladuras con Emulsiones:112

Registros tomados con el sismgrafo:Tajeo 828 Ramal Sur113

Tajeo 748 SW114

Tajeo 052115