Vibraciones en Tronaduras
Javier Azorín Nelson Durán Anthony Salazar Ítalo Ruíz Sección: 455 ONDAS Perturbación de la propiedad de un medio a
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Javier Azorín Nelson Durán Anthony Salazar Ítalo Ruíz Sección: 455
ONDAS
Perturbación de la propiedad de un medio a través de dicho medio
Tronadura se asocian ondas elásticas o mecánicas, estas se mueven a través de un medio elástico (macizo rocoso)
Movimiento perturbado por litología y discontinuidades del macizo (refracción o reflexión)
COMPONENTES DE UNA ONDA • Amplitud • Longitud de Onda
• Ciclo • Periodo
• Frecuencia • Desplazamiento
GENERACIÓN DE VIBRACIONES Las vibraciones son originadas por la energía transmitida por los explosivos, al macizo.
Zona sísmica
Zona de quiebre
ONDAS DE COMPRESION (P) : Consiste en una serie de movimientos de compresión y tensión, con oscilaciones de las partículas en la misma dirección de propagación. Son las ondas que poseen mayor rapidez y producen cambios de volumen, pero no de forma, en el material a través del cual se propagan.
ONDAS DE CIZALLE (S) : Consiste en oscilaciones de partícula en forma transversal a la dirección de propagación de la onda. En este caso, el material afectado por la onda sufre un cambio en la forma pero no en su volumen. Su velocidad corresponde aprox. entre 1/3 y 1/2 de la rapidez de la onda P (Katsabanis, 2000).
ONDAS RAYLEIGH (R) : Son generadas en la superficie, en respuesta a la interacción de las ondas P y S con la superficie. Confieren un movimiento rotacional o circular a las partículas, con un sentido contrario al de la onda de propagación. Poseen una frecuencia baja y una velocidad que corresponde al 90% de la velocidad de las ondas S.
VR = 0,9 * VS
ONDAS LOVE (Q) : Suelen generarse en la superficie del terreno cuando la velocidad de la onda S aumenta con la profundidad. Producen un movimiento de partículas en dirección transversal a la de propagación. Suelen tener una velocidad levemente mayor que las ondas Rayleigh.
Cuadro de velocidades promedias, en m/s.
Las velocidades de las ondas elásticas son características en cada material, dependiendo de su composición química y de su grado de compactación, habiéndose encontrado que son mayores en las rocas cristalinas (ígneas y metamórficas) que en las sedimentarias.
LEY DE PROPAGACIÓN La intensidad de la vibración en una localidad específica se determina mediante la siguiente relación empírica, usualmente denominada “Ley de Propagación”, que relaciona la velocidad de vibración máxima con la carga de explosivo y la distancia:
Donde: • PPV = velocidad pico de partícula, en pulgadas por segundo (o en mm/s). • K = constante empírica de transmisión de la roca (factor local), 800 para roca suave a 1200 para dura. • DH = distancia horizontal entre la voladura y el punto de medición o registro, en pies o metros. • W = máximo peso de carga explosiva permisible por retardo (mínimo de 8 milisegundos) o carga de explosivo detonado instantáneamente, en libras o kilos (W también se indica con la letra Q en diversa literatura). • n = constante empírica determinada por las condiciones geológicas existentes en el lugar, usualmente 1,6
MONITOREO Y ANÁLISIS DE VIBRACIONES PARÁMETROS A MEDIR
Eficiencia de las cargas explosivas.
Como interactúan las cargas.
Tiempos de retardo y secuencias de iniciación.
Evaluación del precorte.
Estimar la eficiencia del fracturamiento de la roca.
Caracterización del macizo rocoso
(Litología – Discontinuidades)
EFECTO DE LA VIBRACIÓN
Ondas no inciden en el medio de propagación
Vibraciones en las ondas producen un cambio físico en el medio
Ondas de tensión generan fractura ONDAS DE TENSIÓN
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Transducción
Transformación de un tipo de energía a otro
GEOFONO
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN • Elementos Piezoeléctricos generan electricidad al ser sometidos a compresión. (Cuarzo) • Generación de electricidad proporcional a compresión sometida.
ACELEROMETRO PIEZOELÉCTRICO
ANÁLISIS DE LA ONDA COMPONENTES DE COMPORTAMIENTO DE LA ONDA
Desplazamiento: distancia longitudinal del total de la onda
Velocidad: rapidez de la descripción de la oscilación por unidad de tiempo
Aceleración: incremento promedio de la velocidad
Atenuación geométrica: Disminución de la amplitud por distancia recorrida
Atenuación inelástica: debido a estructura heterogénea del macizo rocoso.
ANÁLISIS DE VIBRACIONES ALGUNOS PARÁMETROS A ANALIZAR
Variabilidad en la amplitud de onda en tiros con igual carga explosiva Dispersión de la secuencia de iniciación
Tiros que no han sido iniciados (Tq)
PROBLEMÁTICA DE VIBRACIONES INDUCIDAS POR TRONADURAS
DAÑO CAUSADO POR TRONADURA
Fragmentación de la roca
Fracturas
Calidad
Diseño de tronadura
MECANISMOS QUE LO PROVOCAN
Generación de nuevas grietas
Extensión de fracturas existentes
Desestabilización de Bloques
CONCEPTOS ASOCIADOS A LOS DAÑOS Para el caso del daño en estructuras y edificaciones se usan los siguientes conceptos, mayormente aceptados por las áreas de ingeniería en obras:
Limite de daño: Apertura de fisuras o formación de nuevas Daño menor: Es superficial, no afecta a la resistencia Daño mayor: Debilita la estructura considerablemente Daño cosmético: fisuras de dimensión capilar
CUANDO COMIENZAN LOS DAÑOS
No existe referencia sobre el cual se generan
Se considera que los mayores daños se generan en un VPP: 7,6 pulg/s
Transmisión de vibración por medio de cimientos
Resonancia
COMO AFECTAN A LOS POBLADOS CERCANOS
Población afectada por vibraciones
Bajo el nivel dañino
Tolerancia individual
- Apenas perceptible: PPV = 0,02 mm/s (f = 3 a 25 Hz) - Incómoda: PPV = 0,5 mm/s (f = 30 Hz y 50 mm/s a 5 Hz) - Fuertemente perceptible: PPV = 25 mm/s (f = 2,5 a 25 Hz) para un tiempo de 5 segundos.
EFECTOS DE TRONADURAS Energía explosiva Quiebre, fracturación y deformación del material Proyecciones de rocas Incremento de temperaturas Ondas aéreas Formación de vibraciones sísmicas
Incremento de efectos secundarios
Resultados negativos en poblados cercanos
Efectos cercanos
Efectos lejanos