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70 139

VOLADURAS DE PRE-CORTE EN LOS TAJEOS DE EXPLOTACION Tajeo abierto con techo cortado por precorte precor te

Perforació ión n (pr (prec eco orte)

Vola lad dura

Carguío de cartuchos de dinamita espaciada para cortar el techo en tajeos abiertos, con perforación de taladros de alivio sin carga para me orar e r es esu a o e c or or e

 Altura máxima de perforación de anillos

Taladro sin carga

Taladro cargado

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140

VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO

SOLUCION MOTIVO

Ninguna

Sobreexcavación general

Ninguna

Ninguna

Sobrecarga Fila anterior de taladros sobrecargados

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71 141

VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO RESULTADO DE LA VOLADURA SOLUCION PERFIL DE ESCAVACION

FAL LA

MOTIVO

Sobreexcavación alrededor de los taladros

La presión de taladro es superior a la resistencia dinámica a compresión de la roca

Sobreexcavación entre los taladros

Espaciamiento entre taladros demasiado pequeño

Roca sobresaliente entre los taladros

Espaciamiento excesivo entre los taladros

Disminuir la densidad linear  de carga y aumentar el desacoplamiento

 Aumentar el espaciado entre taladros

Reducir el espaciado entre taladros y aumentar  ligeramente la carga

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142

PRESION DENTRO DEL TALADRO PB La presión de barreno, que es la presión ejercida en la expansión de los gases de detonación, puede estimarse para cargas acopladas a partir de la ecuación: 6

PB  228 x 10  x Pc  x

VD

2

1  0.8Pe

Donde: PB = Presión de barreno (Mpa). Pc = Densidad del explosivo (g/cm3). VD = Velocidad de detonación (m/s).

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72 143

INTRODUCCION TEORIA DE LA VOLADURA CONTROLADA c RES c1

f 

c

ROCA

f RES RES f 1

f RES RES BARRENO

f  c

c f  S/2 S

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144

DIAMETRO DE LOS TALADROS En tún túnele eles y obr obras subte ubterrráne ráneas as los los diám iámetro etros s de perf perfor orac ació ión n más más util utiliz izad ados os varí varían an entr entre e 32 y 65 mm, mm, realizándose algunas experiencias con barrenos de hasta 75 mm. En minería subterránea, y según el método de explotación, los diámetros varían entre 50 y 65 mm, como por ejemplo en el , llegando a los 165 mm en el y .

rodea al barreno y es afectado por la voladura es directamente proporcional al diámetro del mismo, siempre que se mantenga una relación constante entre su longitud y diámetro. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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73 145

NIVEL DE TENSION PARA DISTINTOS DIAMETROS DE TALADRO Y CARGA    A    C    E   N   O    D   O    R    L   I    A    E   S    N   L    I    T E    N

0,9 m

6”

DISTANCIA AL PUNTO DE OBSERVACION

1,0

0,75 0,50 , 0

PARED BARRENO

0,50 0,25 0

2”

0,50 0,25

PARED PA RED BARRENO

 AIRE

0,50 0,25 0

PARED BARRENO

 AGUA

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146

INFLUENCIA DEL DIAMETROS EN LOS COSTOS DE VOLADURA Sin embargo, y espec especia ialm lmen ente te en trab trabajo ajos s subt subter errá ráne neos os,, ha ue tene tener  r  en cuen cuenta ta que que un aume aument nto o del diámetr diámetro o de perforac perforación ión trae como consecuenci ncia inmedia inmediata ta una elevaci elevación ón de los costes costes de sostenim sostenimient iento o de la roca, debiendo enco encont ntra rarr la comb combin inac ació ión n diámetr diámetro-c o-carg arga a del barren barreno o que proporcione un coste de excavaci excavación ón y sosteni sostenimie miento nto mínimo, como se oberva.

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

32

22

17

11

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74 147

PRESION DENTRO DEL TALADRO PB La presión de barreno, que es la presión ejercida en la expansión de los gases de detonación, puede estimarse para cargas acopladas a partir de la ecuación:

VD

6

PB  228 x 10  x Pc  x

2

1  0.8Pe

Donde: PB = Presión de barreno (Mpa). Pc = Densidad del explosivo (g/cm3). VD = Velocidad de detonación (m/s).

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EFECTO AMORTECEDOR DOBRE LA PRESION PB El efecto amortiguador sobre , al expansionarse los gases en la cámara de aire, puede cuantificarse a partir del cociente entre el volumen de explosivo y volumen de barreno elevado a una potencia 1.2. que es aproxi aproximad madame amente nte el ratio ratio de los calores calores específ específico icos s de los gases gases de explosión, así resulta:

V e   V   b

PBc  PB x 

1, 2

  PB x  

d   C 1   D 

2, 4

Donde: d = Diámetro de la carga. D = Diámetro Diámetro del barreno. C1 = Cociente entre la longitud de la carga y la longitud del barreno (C1 = 1, para cargas continuas).

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75

DISEÑO DEL ESPACIAMIENTO PARA VOLADURA CONTROLADA CONT ROLADA

149

PBe  x  D  ( S  D)  x  RT 

S 

 D x ( PBe  RT )  RT 

Donde: S = Espaciamiento Espaciamiento entre barrenos. barrenos. D = Diáme Diámetro tro del barreno. barreno. PBe = Presión de barreno efectiva. RT = Resistencia a tracción.

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150

DISEÑO PARA CONDICIONES DE TENSIONES IN SITU ALTAS Y ESPACIAMIENTO PARA RECORTE Si las las tens tensio ione nes s in situ situ son son alta altas, s, la ecua ecuaci ción ón ante anteri rior or pued puede e plano de precorte:

S 

 D x ( PBc  RT    N  )  RT    N 

En las las vola voladu dura ras s de reco recort rte, e, la rela relaci ción ón entr entre e la pied piedrra y el espaciamiento debe ser:

 B  1,25  x S  Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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76 151

ECUACION DE BERTA PARA DISEÑO DEL ESPACIAMIENTO 2

S  

2 x PE s  x Pe  x d   RT  x D

 D

Donde: S = Espaciami Espaciamiento ento entre entre barrenos barrenos (mm) PEs = Presión específica (MPa) P = Dens Densid idad ad del del ex losi losivo vo /cm /cm3 d = Diámet Diámetro ro de la carga carga de explos explosivo ivo (m) D = Diámet Diámetro ro del barren barreno o (m) RT = Resistencia a tracción de de la roca (Mpa)

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152

PROFUNDIDAD DE LOS BARRENOS PARA LA VOLADURA CONTROLADA CONT ROLADA En lo que se refiere al límite de profundidad en una voladura de precorte, teóric teóricame amente nte no existe, existe, pero los proble problemas mas deriva derivados dos de la falta falta de para parale leli lism smo o de los los barr barren enos os son son los los que que cons consti titu tuye yen n la verd verdad ader era a limitación. Por ejemplo, para barrenos de 32 a 65 mm inclinados el limite suel suele e esta estarr entr entre e los los 15 y 20 m. desv desvia iaci cion ones es míni mínima mas s pued pueden en conseguirse en barrenos de gran diámetro con perforadoras de martillón en fondo. En deter determi mina nada das s cond condic icio ione nes, s, los los resu result ltad ados os de las las vola voladu dura ras s de contorno pueden mejorarse con los barrenos guía, o vacíos, situados . rocas competentes, la carga de todos los barrenos es generalmente más efectiva que la carga alterna de éstos, debido a que en este segundo diseño el espaciamiento debe reducirse significativamente y, por lo tanto, aumentar la perforación por unidad de superficie creada.

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77 153

DENSIDAD LINEAL DE CARGA EXPLOSIVA La determinación de la densidad lineal de carga de explosivo debe realizarse teniendo en cuenta las siguientes premisas: Produci ucirr  Prod

una una resi resión ón de barr barren eno o infer inferio iorr a la resist resistenc encia ia dinámica a la compresión de la roca.

 Controlar

el nivel de vibración generado en la voladura que induce unas tensiones en la roca susceptibles de producir  roturas en la misma. Fig. 25.18

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154

VELOCIDAD DE PARTICULA PARTICULA EN EN FUNCION DE LA CONCENTRACION LINEAL DE CARGA Y DISTANCIA 3000

   )   s    /   m   m    (

   A    L    U    C    I 2000    T    R    A    P    E    D    D    A    D    I 1000    C    O    L    E    V

3m

DS 0.7

-1,5

v(mm/s) = 700 Q(kg) x DS (m)

0,2

0,5

1,0

1,5

1

2,5 kg/m

2 DISTANCIA DS (m)

3

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78 155

CALCULO CALCU LO DE LA CANTID CANTIDAD AD DE EXPLOSIVO EXPLOSIVO NECESARIO Para resolver el problema del corte de la roca a la cota o profundidad desea, la concentración de carga en el fondo del barreno debe ser el doble de la normal en una longitud igual a . Concentraciones de carga mayores provocarían agrietamientos y sobre excavaciones en el fondo de la superficie. Para el cálculo aproximado y rápido de la cantidad de explosivo necesario para diseñar una voladura de contorno pueden emplearse las siguientes expresiones:

a

k  / m  8 5 x 10   D mm 5

b) qs (kg / m )  2

2

 D (mm)

130

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156

DIAMETRO Y CONCENTRACION LINEAL DE CARGA CONCENTRACION DE CARGA POR Ud. 1 DE LONGITUD  0   ,  0 

 ,  1 

 0   ,  0   1 

 1   0 

 0   ,  1 

 1   ,  0 

 1   0 

 D  I    A   M  E   T   R  O

 1   ,  0 

 G  u  s   t    a  f    s   s   o  n

 D  u  P   o  n  t  

 q =  k   x  D

 l    

 1   0   0 

 (    m  m  )  

 C  .  I    .  L 

 2  

 (    K   g  /    m  )    (    I    b   1   /    0   i    e  )  

 L   a  n  g  e  f    o  r   s   a  n  d   K   i    h   l    s   t    r   o  m

 1   0 

 (    p  u  l    g  )  

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79 157

CONCENTRACION LINEAL DE CARGA DE CORDON DETONANTE EN FUNCION DEL ESPACIAMIENTO La fórmula para calcular la densidad de carga en función de un espaciamiento prefijado es: = 300. S2 Donde: qI = Densidad lineal de carga (g/m) S = Espaciamiento (m) Ejemplo.

recorte perforada con barrenos de 50mm y espaciados 40 cm?

qI = 300. 0,42 = 48 g/m = 50 g/m Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

158

RETACADO En rocas rocas compet competent entes, es, la longit longitud ud de retaca retacado do oscila oscilará rá entre 6 y 10 veces el diámetro se realizará con el propio detrit detrito o de la perfor perforaci ación, ón, auxili auxiliánd ándose ose con un tapón tapón de papel o cotón en la base del mismo, según el diámetro del barreno.

En

rocas

estratificadas

y

fracturadas

se

recomi recomiend enda a relle rellenar nar con materi material al fino fino el espaci espacio o anula anular  r  entre la carga de explosivo y la caña del barreno, a fin de amin aminor orar ar la sobr sobree eexc xcav avac ació ión n por por el efec efecto to de cuña cuña y apertura de los gases de explosión.

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80 159

DISTANCIA ENTRE EL PRE-CORTE  Y LA UL ULTIMA TIMA FILA DE DE TALADROS TALADROS La distancia entre el precorte y la última fila oscila entre 0,33 0,33 y 0,5 0,5 vece veces s la pied piedra ra nomi nomina nall de la vola voladu dura ra de pro ucc ucc n. E

FILA DE PRODUCCION V

FILA DE PRODUCCION 0,5-0,8V

0,5-0,0E

FILA AMORTIGUADA 0,33-0,5V

PRECORTE

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160

ERRORES EN LA APLICACION DEL RECORTE a)

En el caso caso debid debido o a una una sobr sobrec ecar arga ga de las las fila filas s 1 y 2 se produ produce ce una sobre sobre exca excavac vació ión n fuer fuera a del del perfi perfill prev previst isto o y el recorte no resulta efectivo.

2 1 0 Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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81 161

APLICACION CORRECTA DEL RECORTE b)

En este caso se han elegido elegido unas densida densidades des de carga correctas y se consiguen los resultados previstos.

3 2 1 b Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

162

TECNICAS DE VOLADURA CONTROLADA EN DESARROLLO a) Cargas especiales especiales de de acoplamiento acoplamiento lineal. lineal. b Barrenos con estalladuras. c) Cargas entubadas con aristas aristas abiertas. abiertas. t1

t2

t3

t4

p

p

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82 163

MEJORA DEL RENDIMIENTO RENDIMIENTO DE LAS CARGAS DE LOS BARRENOS CON ENTALLADURA

   )    P    M    (

150

   O    N    E    R    R    A    B    E    D100    N    O    I    S    E    R    P

   7  4    P    S    N

50   T   T   R  I  G  U

50

100

150

3

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164

DAÑOS POR EFECTO DE VOLADURA  Y LA GEOMETRIA DEL TUNEL

Zona de tolerancia

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83 165

CAUSAS DE SOBRE-EXCA SOBR E-EXCAV VACION (DAMAGE TO TUNNEL WALL, DTW) 

Causas operacionales • Tipo de explosivo y factor de potencias •  Tiempo de retardo • Plano de voladura • Error o desviaciones en la perforación • Diámetro y largo de los taladros con carga y sin carga



Causas geotécnicas y de divergencia geotécnicas • Orientación, espaciamiento y relleno de diaclasas, resistencia de la roca, , • Divergencia de los taladros para obtener obtener la localización de la sección del túnel proyectado (0.20m por 1m de avance) y está relacionado con el espacio mínimo para posicionamiento del jumbo

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166

TIPOS DE SOBRE-EXCAV SO BRE-EXCAVACION ACION Comprimento da pega Furo real

+ + +

+ + +

+ + +

Periferia do túnel

1

Posicao do furo

+

+

+

+

Posicao do furo

Contorno real 2

+

+

+

+ +

+

+ +

+ +

+

+

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84 167

ECUACION DE LA SOBRE-EXCAV SOB RE-EXCAVACION ACION PERIFERICA POR DIVERGENCIA PERIFERICA   Pt   S . L

d 

2

,

 ,

 

Donde: Sobre-excavación debido a la divergencia periférica, SE d, perímetro de la sección del túnel, Pt, sección ión de excavación de proyecto del túnel, S, y avance por disparo del del túnel únel,, L, teni tenien endo do en cue cuenta nta que que el desv desvío ío de tolerancia es de 0,20m para avance de 1 metro de túnel. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

168

COMPORTAMIENTO DE LA DIVERGENCIA PERIFERICA 25           20   )                      %(              a               c   i          r 15                   éf               r   i          e            P               a   i          c 10          n          e               gr            e               v   i 5            D

y = 20x 1 R2 = 1

0 0

1

2

3

4

Comprimento do furo (m)

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85 169

SOBRE-EXCAVACION DEBIDO A CAUSAS GEOLOGICAS, GEOTENICAS Y OPERACIONALES

. SE go %  a  b.P  c Ln Donde: La sobre-excavación debido a causas geológicas, geotécnicas y operacionales, SEgo, carga específica periférica, Pf , cal calidad del macizo rocoso, Q. Las letras a,b,c son factores que incluyen la concentración de la carga explosiva, retardo, plano de voladura, errores de perforación, diámetro y largo de los taladros con carga y sin carga.

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170

CARGA ESPECIFICA PERIFERICA

P f  

n f  .q f   p

Dónde: Carga periférico específico, Pf, área de la secci sección ón perif periféri érica, ca, Ap, larg largo o del del proc proced eder erá á a ros, , e periféricos periféricos taladros, nf, y la carg carga a expl explos osiv iva a por  por  taladro, qf.

   ,              a                   c     i                 l             g                a            n                        ló             o            o                i            e            c             g                       ar            o            e             a             p               c            o            a            e            v            a            a             c                   c     i            s            n            e            c            e             r                         té                b            o            o            e                 S             g   

.

25,000 Pf=0,506 kg/m3- Galería 1 Pf=0,490 kg/m3- Galería 2

20,000 15,000 10,000 5,000 0,000 0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

Qaulidade do macico, Q(Barton)

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86 171

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

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172

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

The light sectioning method was developed to quantify the volumes of rock involved. The method makes use of a radially projected then beam of light

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87 173

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

When projected in a tunnel, and imaged from a distance, the beams highlights the profile of this drift in a Canadian mine Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

174

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

Image processing techniques can be used to calculate the volume of  excavated material. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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88 175

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

Image processing techniques can be used to measure overbreak, as in this example from the Mexican tunnels. The measured tunnel profile is over overla lain in onto onto the the desi design gn profi profile le.. Overb Overbre reak ak (blu (blue) e) and unde underb rbre reak ak (yellow) are defined outside of the of the specified tolerance (green) of  the design. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

176

LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS

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89 177

CASO ESTUDIO EN GALERIAS DE ADUCCION 1 Y 2 DE LA PRESA DE ALQUEVA ALQUEVA - PORTUGAL

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178

LEYENDA DEL PLANO ANTERIOR LEGENDA ZONAMIENTO DE SUPERFICIE - ATERROS, CONSTRUCOES E MATERIALS DIVERSOS

ELEMENTOS GEOLOGICOS - ESTRUCTURAS

- LIMITE GEOLOGICO

-AFLORAMIENTOSDESPERSOS

- FALLO CON AFICIÓN INDICACIÓN NORMAL Y POSSANCA REAL (APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS)

-AFLORAMIENTOSSUMERGIDA

- PIZARRA VERDE W2-3 / F2-4

- PIZARRA VERDE 3-4 / F4-5

( 0  0. 3  - 

0 . 5 m  m ) 

( 0  0. 3  - 0  . 5 m  m ) 

- FALLA INVERSA QUE INDICA INCLINACIÓN PO SSANCA Y REAL (APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS) - LA ESTRATIFICACIÓN QUE INDICA UN SESGO   - ESQUISTOSIDAD CASA DE FRACTURA (5%)

- PIZARRA VERDE W4-5 / F4-5 RESIDUAL DEL SUELO

s

- TALUDE DE EXCAVACION CON CONCRETO PROYECTADO

s METAVOLCANO SEDIMENTARIO COMPLEJO DE MORO FICALHO

 - LINEACIÓN L1 INTERSECT (50/51) CON LA ERRADICACIÓN DE PREJUICIOS - BISAGRAS DE LOS PLIEGUES DE FASE CON LA INDICACIÓN PRINCIPAL VARISCO DE SESGO - DIACLASAS I VERTICALES I - DIACLASAS CON INDICACIÓN DE SESGO

- PIZARRA VERDE

- ESQUISTO VERDE ENCIMERAS DE CUARZO INTERDIGITADA

s1

- DIACLASAS CON INDICACIÓN DE SESGO

ROCAS FILONIANAS - ESPESOR VARIABLE DYKE FELISITICO ENTRELOS A 0,3 m

- EJES DE GALERÍAS Y LA EXCAVACIÓN DEL LÍMITE CENTRAL

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91 181

CASO ESTUDIO EN TUNEL 1 Y TUNEL 2 DE LA PRESA PRESA DE DE ALQUEV ALQUEVA - PORTUGAL 2

 A

1,521

b

30,303

c

2,657

74%

. SE  %  1 521  30 303.P  2 657 Ln

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182

ESPESOR DE D E SOBRE-EXCA SOBR E-EXCAV VACION MAXIMA PAGADA POR EL DUEÑO DE LA OBRA Método de excavación Perforación y voladura con explosivos (perforación y voladura) Siega (rozadora) Suelo sin protección (suelo, sin blindaje) Escudo (escudo)

D: Línea de sobre-excavación pagada por el dueño de la obra (Norma Suiza SIA 198)

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92 183

COMPRACION DE LA SOBRE-EXCAVACION MEDIDA COM LA CALCULADA

Galeria

Medida (%)

Calculada (%)

diferencia(%)

 Aducción 1

14,825

15,885

+ 1,06

 Aducción 1

14,315

13,436

- 0,879

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184

DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA DE SUIZA – GALER GALERIA IA DE DE ADUCCIO ADUCCION N1 19,92

28

 A

26

B

18,38

24

16,85

22

15,32

  o 20   a 18   g

13,79

  r   a   c   e   r    b   o    S

12,23

   )   m    /         3

  m   o   a   g   r   a   c   e   r    b   o    S

10,72    (

16 14

9,19

12

7,66

10

6,13 4,60

8 6

X X X X XX XX

X XX X

X X X X X XX X XX X X X XX XXX X XX XX X X X X X XX XX XX XX X X X X X X

X X XXX

X X X X X

X X X XX XXX

1,53

XX X X X X X X XX X X X X X XX XXX X X X XX XX X X X X X X X X X X X

4

3,06

2

1,53

0 100

150

200

250 La longitud del túnel, pk

X

300

350

400

Norma Suiza: 0,4 m Sobreescavación media calculada

Norma Suiza: 0,61 m

Divergencia sobrecargar 

Divergencia sobrecargar + operacional

450

Media sobrecargar medido

Divergencia Divergenc ia sobrecarg sobrecargar ar + geotécnico operacional

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93 185

DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA DE SUIZA – GALER GALERIA IA DE DE ADUCCIO ADUCCION N2 28

 A

26

19,92

B

C

18,38

24

16,85

22

15,32

20

13,79

  o   a 18   g   r   a 16   c   e   r 14    b 12   o    S 10

   )   m    /

12,23    3 10,72 9,19 7,66 6,13

8

4,60

6

1,53

4

3,06

  m    (   o   a   g   r   a   c   e   r    b   o    S

1,53

0 50

100

150

200

250

300

350

400

450

La longitud del túnel, pk

Norma Suiza: 0,4 m Sobreescavación media calculada Divergencia sobrecargar  Divergencia sobrecargar + geotécnico operacional

Norma Suiza: 0,61 m Media sobrecargar medido Divergencia sobrecargar + operacional

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186

DISTRIBUCION DE LOS TIPOS DE SOBREEXCAV EXCA VACION EN LA L A GALERIA DE ADUCCION ADUCC ION 1 (A) Y GALERIA DE ADUCCION 2 (B)

0,186

b)

a)

15,581

38,665

Divergencia Divergenc ia Periférica

Divergencia Periférica

Operacionall (%) Operaciona Geotécnica Geotécnic a (%)

45,713 54,101

Operacional (%) Geotécnica (%)

,

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94 187

3. DISEÑO DE VOLADURA PARA EVITAR DAÑO A ESTRUCTURAS

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188

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES GEOLOGIA LOCAL Y CARACTERISTICAS DE LAS ROCAS En los los maci macizo zos s roco rocoso sos s homo homogé géne neos os y masi masivo vos s las las vibr vibrac acio ione nes s se prop propag agan an en toda todas s las las dire direcc ccio ione nes, s, pero pero en estru estruct ctura uras s geol geológ ógic icas as complejas, la propagación de las ondas puede variar con la dirección y por consiguiente presentar diferentes índices de atenuación o leyes de propagación. La presencia de suelos de recubrimiento sobre substratos rocosos afecta, generalmente, a la intensidad y frecuencia de las vibraciones. Los suelos tienen unos módulos módulos de elasticidad elasticidad inferiores inferiores a los de las rocas , or ello , las las velo veloci cida dade des s de prop propag agac ació ión n de las las onda ondas s dism dismin inuy uyen en en esos esos materiales. La frecuencia de vibración disminuye también, pero el desp despla laza zami mien ento to aume aumenta nta sign signif ific icat ativ ivam amen ente te confo conforme rme los los espesores de recubrimiento son mayores.

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95 189

FRECUENCIAS DOMINANTES EN OPERACIONES CON VOLADURA PORCENTAJE DE CASOS PORCENTAJE DE CASOS (X 100) (X 100)  0   1   0   2   0   3   0   4   0   F   R  5   E  0   C  U  E   6   0   N  C  7   I    A   0   H  2  8   0   9   0   1   0   0   1   1   0   1   2   0 

 O  B   R

 C  A   N

 S   P   U  B   L   I    C  A   S 

 E   R  A   S 

 M  I    N  A   S   D  E   C   R  B   O  N

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190

FRECUENCIAS DOMINANTES EN OPERACIONES EN MINAS DE CARBON  Y CANTERAS CANTERAS   Estudios

estadísticos realizados sobr sobre e más más de 2700 2700 regi regist stro ros s realizados por Nobel´s Explosiv Explosive e Compay Compay Limited, Limited, se obs observa que el 90% de las voladuras en minas de carbón producen frecuencias inferiores a 20 Hz. La cantidad de voladuras en canteras dan lugar  a frecuencias entre 4 y 21 Hz en un 80%.

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96 191

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES PESOS DE LA CARGA EXPLOSIVA La magnitud de las vibraciones terrestres y aéreas en punto determinado varía según la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto al lugar de la voladura. En voladuras donde se emplea más de un número de , intens intensida idad d de las vibracio vibraciones nes y no la carga carga total total emplea empleada da en la voladu voladura, ra, siempre que el intervalo de retado sea suficientemente grande para que no existan interferencias constructivas entre las ondas generadas por los distintos grupos de barrenos. El peso de la carga operante es el factor individual más importante que afecta a la generación de las vibraciones. La relación que existe entre la intensidad de las vibraciones y la carga es de tipo potencia, y así por ejemplo para velocidad de partícula se cumple:

Según U.S. Bureu of Mines a=0.8

V   Q

a

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192

VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES VIBRACIO NES DISTANCIA AL PUNTO DE VOLADURA La dista distanc ncia ia a las las vola voladu dura ras s tien tiene, e, al igua iguall que que la carg carga, a, una una gran gran . aumenta la intensidad de las vibraciones disminuye de acuerdo a una ley del tipo:

V  

1

 D

b

Donde el valor de , según el U.S. Bureau of Mines, es del orden de 1,6. Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuación de los componentes de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra actúa como un filtro filtro pasa pasa-b -baj aja. a. Así a gran grande des s dista distanc ncia ias s de las las vola voladu dura ras, s, las las vibrac vibracion iones es del terreno terreno conten contendrán drán más energía energía en el rango rango de las frecuencias bajas.

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97 193

EFECTOS DE LA DISTANCIA DISTANCIA Y FALLAS FALLAS EN LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULAS

a. EFECTO DE LA DISTANCIA

b. EFECTO DE LA GEOLOGIA

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194

INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LAS VIBRACIONES Fren Frente te a prob proble lema mas s de vibr vibrac acio ione nes, s, algu alguno nos s usua usuari rios os p an ean re re uc r e consumo es espec co e as vo vo a ura uras, pero no hay nada más alejado de la situación de nivel mínimo, pues se han llegado a registrar voladuras en las que bajando el consumo de explosivo un 20% con respecto al ópti óptimo mo,, los los nive nivele les s de vibr vibrac ació ión n medi mediad ados os se han han multiplicado por 2 y por 3, como consecuencia del gran originan una falta de energía para desplazar y esponjar la roca fragmentada.

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98 195

TIPO DE EXPLOSIVO Y LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE LAS PARTICULAS  Así, pues, la primera consecuencia consecuencia práctica es que aquellos aquellos exp os vos qu que generan pres ones e arreno m s a as provocarán niveles de vibración inferiores. Estos explosivos son los de baja densidad y baja velocidad de detonación, por ejemplo el ANFO. Si se compara una misma cantidad de ANFO con un hidrogel común, o un hidrogel aluminizado, la intensidad de las vibraciones generadas por  , . Tal afirmación ha sido corroborada por diversos técnicos como Hagan y Kennedy (1981), Matheu (1984), etc.

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196

INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LA VELOCIDAD DE LAS PARTICULAS    ) 150   s    /   m   m    (    A    L    U    C    I    T 10 0    R 100    A    P    E    D 75    D    A    D    I    C    O 50    L

RIESGO DE PROYECCIONES

   V

25

0,25 0,3 0,4 0,5 0,35 0,45

1

1,5

2

2,5 3

CONSUMO ESPECIFICO (Kg/m3 )

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99 197

TIEMPOS DE RETARDO Y VELOCIDAD DE VIBRACION En lo rela relati tivo vo al tiem tiempo po míni mínimo mo de reta retard rdo o para para elim elimin inar ar las las inte interf rfer eren enci cias as const constru ruct ctiva ivas s o con con efect efectos os sumat sumator orio ios, s, en los los intervalos de 8 ms y 9 ms, calculados a partir de los experimentados llevados a cabo en canteras de caliza. Langefors Langefors (1963) señala que con intervalos intervalos mayores de 3 veces el período de vibración puede suponerse que no existe colaboración entr entre e barre barreno nos s adya adyacen cente tes s deto detona nados dos de form forma a secue secuenci nciad ada, a, debido a la amortiguación de las señales. Wiss y Linehan (1978) sugieren un tiempo de retardo nominal entre períodos de retardo sucesivos de 17 ms, para eliminar el efecto sumatorio de las vibraciones.

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198

ECUACION PARA LA DETERMINACION DEL TIEMPO DE RETARDO

e

n



S  x cos   VC 

Donde: te = Tiempo iempo de retar retardo do efecti efectivo vo.. tn = Tiempo iempo de retar retardo do nomina nominal. l. = spac spac am en o en re arre arreno nos. s. VC = Velocidad de propagació propagación n de las ondas sísmicas. sísmicas. = Angulo Angulo entre entre la línea línea de progr progresi esión ón de la volad voladur ura a y la  posición del captador.

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100 199

VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULAS EN FUNCION DEL TIEMPO DE RETARDO    )   s    /   m12   m    (    A    U    C    I    T 9    R    A    P    E    D    A 6    M    I    X    A    M    A 3    D    I    C    O    L    E    V

6

12

18 24 30 TIEMPO DE RETARDO (ms)

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200

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DIAMETRO DIAMETR O Y ALTURA ALTURA DE CORTE La mayoría de las variables geométricas de diseño de las voladuras tienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas.

Diámetro ro  Diámet

de perforac perforación ión..

El aumen aumento to del del diáme diámetr tro o de perfo perfora raci ción ón es negat negativ ivo, o, pues pues la cantidad de explosivo por barreno es proporcional al cuadrado del diámetro, resultando unas cargas operantes en ocasiones muy elevadas.

Altura ra  Altu

de banc banco. o.

Debe intentarse mantener una relación H/B >2 para obtener una buen buena a frag fragme ment ntaci ación ón y elim elimin inar ar los los probl problem emas as de repié repiés, s, al mismo tiempo que se reduce el nivel de las vibraciones por estar  las cargas menos confinadas. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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101 201

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y ESPACIAMIEN ESPACIAMIENTO TO 

Piedra Piedra y espaci espaciami amient ento. o. para fragmentar y desplazar la roca y parte de la energía del explosivo se transforma en energía sísmica aumentando la intensidad de la s vibraciones. Este Este fenó fenóme meno no tien tiene e su mani manife fest stac ació ión n más más clar clara a en las las vola voladu dura ras s de precorte, donde el confinamiento es total y pueden registrarse vibraciones del orden de cinco veces superiores a las de una voladura convencional en banco. Si la dimensión de la piedra es reducida los gases se escapan y expanden hacia el frente frente libre a una velocidad velocidad mu alta im ulsando ulsando a los fra fra mentos mentos de roca proyectándolos de una forma incontrolada y provocando además un aumento de la onda aérea y el ruido. En lo relativo al espaciamiento, su influencia es semejante a la del parámetro anterior e incluso sudimensión depende del valor de la piedra.

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202

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION B » 60 D IV = INTENSIDAD IV MUY GRANDE (a) B = 60 D

IV GRANDE (b)

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102 203

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION B = 40 D

IV MEDIA

B = 20 D

IV BAJA PERO GRAN EFECTO DE ONDA AEREA

(d)

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204

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA SOBREPERFORACION Y RETACADO  Sobreperforación.

, sección adicional colabora con una cantidad de energía cada vez menor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base, y por lo tanto un porcentaje cada vez mayor de la energía desarrollada por el expl explos osiv ivo o se conv convie ierte rte en vibr vibrac acio ione nes s del del terr terren eno, o, gene genera rand ndo o parale paralelam lamente ente un gasto gasto superfl superfluo uo en perfor perforaci ación ón y explos explosivo ivos, s, y dejando un piso irregular.

e aca o. Si la long longit itud ud de reta retaca cado do es exce excesi siva va,, adem además ás de pres presen enta tar  r  problemas de fragmentación, se aumenta el confinamiento, pudiendo a dar lugar a mayores niveles de vibración

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103 205

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA INCLINACION INCLINAC ION TALADROS Y TAMAÑO TAMAÑO VOLADURA . mejor aprovech echamie miento de la ener nergía al nivel vel del consiguiéndose consiguiéndose incluso una reducción reducción de las vibraciones. vibraciones.

amaño o Tamañ

pis piso,

de las las vola voladu dura ras. s.

Las dimensiones de las voladuras están limitadas, por un lado, por las necesidades de producción, y por otro, por las cargas part partir ir de las las leye leyes s de prop propag agac ació ión, n, tipo tipos s de estr estruc uctu tura ras s a prot proteg eger er y pará paráme metr tros os cara caract cter erís ísti tico cos s de los los fenó fenóme meno nos s perturbadores.

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206

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DESACOPLAMIENTO  Desacoplamiento.

Expe Experi rien enci cias as llev llevad adas as a cabo cabo por por Meln Melnik ikov ov,, empl emplea eand ndo o desacoplamientos del 65 al 75 %, demuestran que se mejora la fragmentación y la uniformidad de la granulometría, y que se dism dismin inuy uye e el porc porcen enta taje je de volad voladur ura a secu secunda ndari ria a entre entre 2 y 10 vece veces, s, así así como como el cons consum umo o espe especi cifí fíco co de expl explos osiv ivo o y la intensidad de las Vibraciones del terreno. n a g. e a a c son se ve a n uenc a e desac desacop oplam lamie ient nto o (rel (relac ació ión n entr entre e el diám diámetr etro o de la carga carga y el diámetro del barreno) sobre la intensidad de las vibraciones.

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104 207

VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA INTENSIDAD DE VIBRACION  Y DESACOPLAMIENTO DESACOPLAMIENTO 1,0    N 0,8    O 0,6    I    C    A 0,4    A    V    I   R    T   B    I    A    V    L    E   E 0,2    D    R    D    N    A    O    I   D0,10    S   I 0,08    S    N    E   N0,06    T   E    T ,    I    O

CALIZA BACYRUS CALIZA MARION  YESO WINN WINNFIEL FIELD D

PENDIENTE = -1,5

0,02 0,01

1

2

4

6 8 10 20 40 60 100 DESACOPLAMIENTO

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208

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION VIBRA CION DUV DUVALL ALL ET AL (1959-1 (1959-1963) 963) - USBM USBM : V = K (D/Q 1/2)-B ………………………………… (1) Where: V = Peak particle Velocity D = Distance of measuring point Q = Maximum Charge per delay in a round Blast B = Slope of the best- fit straight line of the V versus D/Q 1/2 plot in a long – log scale, and K is the intercept on the particle velocity axis when D/Q1/2 = 1

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105 209

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION VIBRA CION LANGERFO LANGERFORS RS – KIHLS KIHLSTROM TROM (1973) (1973) Langer Langerfor fors s – Kihlst Kihlstrom rom (1973) (1973) sugges suggested ted the follow following ing rela relati tion onsh ship ip for for vari variou ous s char chargi ging ng leve levels ls {(Q/ {(Q/D D3/2)1/2} to estimate Peak Particle Velocity.

LFKH : V = K {(Q/D 3/2)1/2}B …………….………….(2) B is the slope of the best – fit straight line of the V versus (Q/D ) plot in a log – log scale scale and K is intercept on the ordinate.

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210

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION VIBR ACION AMBR AMBRASEY ASEYS S – HEND HENDROM ROM For For sphe spheri rica call sy symm mmet etry ry,, Ambr Ambras asey eys s – Hend Hendro ron n (196 (1968) 8) suggested that any linear dimension should be called to the cube cube root root of the the char charge ge weig weight ht.. They They also also prop propos osed ed an inverse power law to relate amplitude of seismic waves and scaled distance. The equation is :

AMHEN : V = K (D/Q1/3)-B

……………………. (3)

The empirical constants K and B are derived from the best – fit straight line of V versus (D/Q 1/3) in log – log plot.

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106 211

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION INDIAN STANDARD EQUATION The empirical relation suggested by Indian Standard (1973) uses a parameter in which blast is scaled to the equivalent s ance or sca e s ance. s e ne as e ac ua distance divided by the cube root of the square of the charge weight. The relationship is of the following form :

IS : V = K = (Q 2/3 /D)B ……………………………… (4)

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212

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION CMRS PREDICTOR EQUATION CMRS has established an efficient blast vibration predictor (pPal Roy. 1991) based on wave propagation law. The equation considers only geometrical spreading as the cause of the decrease amplitude of ground vibration. The equation is –

V = n + K (D/Q1/2)-1 ……………………………… (5) The empir empirica icall consta constants nts ‘’n’’ ‘’n’’ is relate related d to the categ category ory of parame parameter ters, s, which which are influenced by rock properties and geological discontinuities. But the empirical constant ‘’k’’ is related to the category of parameters which are influenced by design parameters including charge weight, distance from the explosion source, charge diameter, delay , , , . . values of empirical constants as well as the index of determination for different type of  rock rock mass mass insitu insitu.. The CMRS CMRS equati equation on involv involves es a very very simple simple calcul calculati ation on for the the determination of charge per delay at any specific distance and the equation is as follows.

Q = [{D(v-n)}/K]2 Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

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107 213

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION RESUMEN Nombre de la ecuación predictor 

Ecuaciónes

,  Ambraseys  Ambrase ys - Hendron Hen dron (1968) (196 8) Langefors - Kihlstrom (1978) Indian Standard Predictor (1973)

Donde v es la velocidad de las partículas de pico (mm / s), la Q MA MAX X carga máxima por retardo (kg), R la distancia entre explosión de cara a punto de control de vibraciones (m), y K y B las constantes de sitio, que puede ser determinada por múltiples análisis de regresión. Dr. Vidal Navarro Torres – Consultor I ntercade

214

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HENDRON (1968) Y DOWDING (1971) Donde: = . DS = Distancia. Q = Carga máxima por retardo. k, n = Constantes empíricas.

v  K  x

 DS  

n

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108 215

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION DEVINE Y DUVALL (1963) Si se utilizan cargas de explosivo cilíndricas, se ha visto por  análisis dimensional que las distancias deben ser  correg as v n o as por a ra z cua ra ra a e a carga, Devine (1962), Devine y Duvall (1963), llegándose a definir  la siguiente ley de propagación. Fig. 33.20:

n

v  K  x 

1/ 2

Q

 

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216

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HOLMBERG Y PERSON (1978) VELOCIDAD DE PARTICULA(mm / s) 163,5 mm / s



½ -1,45

V (mm / s) = 323 (D/Q )

Otr Otros com como Atew Atewe el et al , (197 (1978) 8),, Shoo Shoop p y Daem Daemon on (1983) (1983) no consid considera eram m una simetría de carga particular  y utilizan la siguiente expresión general:

v  K  x Q  x DS a

43m.

 b

DISTANCIA (m)

38 kg CARGA MAXIMA POR RETARDO (kg)

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109 217

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION ECUACION DE DEVINE La ecuación de Devine es comúnmente utilizada para modelar el compo comporta rtami mient ento o de las vibr vibrac acio ione nes s produ product ctos os de trona tronadu dura ras s en campo lejano. La misma, relaciona la PPV(mm/s) con el peso de la carga exp os va g e ona a en orma ns an nea y a s anc a d(m) al punto de observación. Los valores K y α   representan las caracter característ ística icas s de comport comportami amient ento o vibraci vibracional onal del terreno terreno.. Dicha Dicha ecuación se presenta a continuación:

 d   PPV   K  x  1/ 2  W  



a gura gra ca ca os resu a os os y a ecuac n e a us e e o eo de Devine, que caracteriza el comportamiento vibracional del terreno de la uni unidad geotécn écnica donde se realizó el ensay sayo, está stá representada por: 1.9358  d   PPV   1211.3 x  1/ 2  W  

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218

MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION GRAFICO DE LA ECUACION DE DEVINE Modelo de Vibraciones Campo Lejano (Devine) Prueba Especial Especial - Sector F5S Mina Los Bronces 40    )   s    /   m   m    (    k   a   e    P   a    l   u   c    í    t   r   a    P   e    d    d   a    d    i   c   o    l   e    V

30