Cálculo de Retardos by Alejandro Mantecon

Cรกlculo de Retardos PARA CONTROLAR VIBRACION

PyroSmart

Elementos Bรกsicos en un Explosivo

Volumen de gases generados

Velocidad de gases generados

Tipo de gases generados

Sensibilidad para generar esos gases

PyroSmart

Explosivo

Abreviaci贸n

VOD (m/s)

Densidad (grms/cm3)

1,3,5-Trinitrobenceno

TNB

7450

1.6

1,3,5- Triacido-2,4,6-Trinitrobenceno

TATNB

7300

1.71

Trinitotolueno

TNT

6900

1.6

Trinitroanilina

TNA

7300

1.72

Tetryl

7570

1.71

Acido P铆rico

7350

1.7

Dunnite

7150

1.6

Picrato de Metil

6800

1.57

Picrato de Etil

6500

1.55

Trinitrocresol

6850

1.62

7350

1.8

Nitrato de Metil

8000

1.21

Nitroglicol

8000

1.48

Triaminotrinitrobenceno

TATB

Nitroglicerina

7700

1.59

Pentaeritritol Tertranitrato

PETN

8400

1.7

EDNA

7570

1.65

Nitroguanidine

8200

1.7

Ciclotetrametiene Tetranitramina

RDX

8750

1.76

HMX

9100

1.91

HNIW o CL-20

9400

2.04

Sorguyl

9150

1.95

Fulminato de Mercurio

4250

3.0

5270

1.3

Nitrato de Amonio

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Comparativo de velocidades Artefacto

Velocidad

Autom贸vil

80 a 120 Kms/Hr

Autom贸vil de carreras

240 a 300 Kms/Hr

Avioneta

350 a 400 Kms/Hr

Avi贸n comercial

900 Kms/Hr

Avi贸n militar de combate

1,250 kms/Hr

ANFO

18,972 Kms/Hr

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Diferencias entre el dispositivo pirotécnico fragmentador y los explosivos

1. Los explosivos pueden detonar en su paquete o embalaje mientras que los cartuchos propelentes no reaccionan en su embalaje en forma espontánea. 2. Los explosivos son desarrollados para detonar mientras los propelentes están diseñados para deflagarse. 3. Los explosivos producen una onda de choque destructiva acompañada de altos niveles de vibración con daño laterales en rocas y concreto mientras los propelentes por su presión producen ondas más controlables y menores niveles de vibración. 4. La fragmentación de rocas producida por explosivos convencionales produce un importante número incontrolable de vuelo de partículas, gases nocivos y polvo en las áreas de trabajo. El uso de cartuchos con propelentes incrementa sustancialmente el control de vuelo de partículas, bajas concentraciones de gases y mínimas cantidades de polvo. 5. La fragmentación de rocas y concreto en áreas cerradas mediante el uso de cartuchos propelentes favorece el ingreso de personal a las zonas de trabajo segundos después de su activación mientras que con uso de explosivos convencionales en muchos casos la zona de trabajo debe ser evacuada hasta 4 horas después de la activación de los productos.

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deflagración • Una deflagración es una combustión súbita con llama a baja velocidad de propagación, sin explosión. Se suele asociar, erróneamente, con las explosiones, usándose a menudo como sinónimo. • Las reacciones que provoca una deflagración son idénticas a las de una combustión, pero se desarrollan a una velocidad comprendida entre 1m/s y la velocidad del sonido. • En una deflagración, el frente de llama avanza por fenómenos de difusión térmica. Por el contrario, en una detonación la combustión está asociada a una onda de choque que avanza a velocidad superior a la del sonido. • Para que se produzca una deflagración se necesita:  1º.- Una mezcla de producto inflamable con el aire, en su punto de inflamación.  2º.- Una aportación de energía de un foco de ignición.  3°.- Una reacción espontánea de sus partículas volátiles al estimulo calórico que actúa como catalizador o iniciador primario de reacción.

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Detonación

• Una detonación es un proceso de combustión supersónica que implica la existencia de una onda expansiva y una zona de reacción detrás de ella. Se diferencia de la deflagración, que es una combustión subsónica. Una detonación es un drástico proceso de transformación de la energía que contiene un material, casi siempre de naturaleza química, que se intercambia a elevadas velocidades con el medio adyacente. Así, para medir el poder detonante de un material con propiedades explosivas, se utiliza la definición de "poder detonante" y se expresa en metros por segundo, dadas las características particulares del material químico en cuestión.

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Dureza de la roca Clasificación de Dureza

Rango de Dureza (MPa)

Tipos de Roca

Muy débil

10 a 20

Rocas sedimentarias compactadas

Débil

20 a 40

Rocas sedimentarias cementadas

Medio

40 a 80

Algunas rocas ígneas de baja densidad

Dura

80 a 160

Rocas ígneas; algunas rocas metamórficas y rocas de grano fino

Muy Dura

160 a 320

Cuarcitas, rocas ígneas de alta densidad

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Dureza de la roca Clasificaci贸n de Dureza

Rango de Dureza (MPa)

Dureza MOHS

Muy blanda

-10

1-2

Blanda

10 a 30

2-3

Medio Blanda

30 - 60

3 - 4.5

Medio Dura

60 - 102

4.5 a 6

Dura

120 - 200

6-7

Muy Dura

+ 200

+ 400

8 9 10

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Dureza de la roca Dureza

Sustancia o Mineral

Talco

Yeso

Calcita

FlĂşor

Apatita

Titanio, Pirita de Hierro, Ortoclase

Cuarzo

Acero Endurecido

Carburo de Silicio

Diamante

Dureza de otros objetos comunes: UĂąas 2.5

Monedas de cobre: 3

Vidrio: 5.5

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Dureza de la roca Tipo de Roca

Fuerza a la Compresi贸n (MPa)

Fuerza a la Tensi贸n (MPa)

Densidad (Mg/M3)

Porosidad

Granito

100 a 250

7 a 25

2.6 a 2.9

0.5 a 1.0

Diorita

150 a 300

15 a 30

Diabase

100 a 350

15 a 35

2.7 a 3.05

0.1 a 0.5

Grabbo

150 a 300

10 a 30

2.8 a 3.1

0.1 a 0.2

Gneis

50 a 200

5 a 20

2.8 a 3.0

0.5 a 1.5

M谩rmol

100 a 250

7 a 20

0.5 a 2.0

Slate

100 a 200

7 a 20

2.6 a 2.7

0.1 a 0.5

Cuarcita

150 a 300

10 a 30

2.6 a 2.7

0.1 a 0.5

Arenisca

20 a 170

4 a 25

2.0 a 2.4

10 a 30

Caliza

30 a 250

5 a 25

2.2 a 2.6

5 a 20

Dolomita

30 a 250

15 a 25

2.5 a 2.6

1a5

Hierro

900 a 1500

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Frecuencia S铆smica Clase de Formaci贸n

Velocidad de propagaci贸n de la onda s铆smica longitudinal (m/s)

Capa meteorizada

300 - 900

Aluvines modernos

350 - 1500

Arcillas

1000 - 2000

Margas

1400 - 4500

Conglomerados

2500 - 5000

Calizas

4000 - 6000

Dolomitas

5000 - 6000

Sal

4500 - 6500

Yeso

3000 - 4400

Anhidrita

3000 - 6000

Gneis

3100 - 5400

Cusrcitas

5100 - 6100

Granitos

4000 - 6000

Gabros

6700 - 7300

Dunitas

7900 - 8400

Diabasas

5800 - 7100

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Frecuencia Sísmica Clase de Formación

Velocidad sísmica (m/s)

Dura

> 4,000

Media

2,000 - 4,000

Blanda

< 2,000

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Velocidad sísmica y Factor de Carga Potencia (Pa)

Velocidad sísmica (m/s)

Factor de Carga (en Kg de ANFO/Mt 3)

575

3,000

0.230

343

2,500

0.130

250

2,000

0.130

160

1,200

0.080

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Periodo de Retardos Retardo

Serie MS

Retardo

Serie MS

300

350

400

450

100

500

125

600

150

700

175

800

200

250

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Periodo de Retardos Retardo

Serie LP

Retardo

Serie LP

4600

200

5500

400

6400

600

7450

1000

8500

1400

9600

1800

10700

2400

3000

3800

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Bordo Konya

B = 0.012 (( 2 Dex) + 1.5) De Dro

TĂŠcnica Sueca

B = 8 x 103 De (Prv)1/3 Dro

B = 45 x De

Donde: B: Bordo (m) Dex: Densidad del Explosivo (g/cm3) Dro: Densidad de la roca (g/cm3)

De: DiĂĄmetro del Explosivo (mm) Prv: Potencia relativa en volumen

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Espaciamiento Konya

Técnica Sueca

E = 1.4 x B

E = L + 2B 3

E = 2B

E = L + 7B 8

Iniciación con retardos y bancos altos

Iniciación instantánea y bancos bajos

Iniciación instantánea y bancos altos

Iniciación retardada y con bancos bajos

E =1.25 x B

Donde: E: Espaciamiento (m) B: Bordo (m) L: Longitud de la perforación (m)

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SOBRE BARRENACIÓN Konya

Técnica Sueca

Sb = B x 0.3

Donde: Sb: Sobre barrenación (m) B: Bordo (m)

PyroSmart

MODULO DE RIGIDEZ Konya H/B Donde: H: Altura del banco (m) B: Bordo (m)

M贸dulo de Rigidez

Fragmentaci贸n

Pobre

Regular

Buena

Excelente

Sobre presi贸n del aire

Severa

Regular

Buena

Excelente

Vuelo de roca

Severa

Regular

Buena

Excelente

Vibraci贸n

Severa

Regular

Buena

Excelente

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TACO Konya

T茅cnica Sueca

T = 0.7 x B

Donde: T: Longitud del Taco (m) B: Bordo (m) Nota: La longitud del taco es igual al B cuando el material a utilizar es muy fino. La falla en la realizaci贸n de un buen sellado del barreno puede provocar ruido, fragmentaci贸n pobre en la parte superior del banco, rocas de sobre tama帽o y onda expansiva.

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CONCENTRACION LINEAL DE LA CARGA Konya

Técnica Sueca

Qbk = 0.078539 x Dex x De2

Donde: Qbk: Concentración líneal de la carga (Kg/m) Dex: Densidad del explosivo (g/cm3) De: Diámetro del explosivo (cm)

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DIAGRAMA Di谩metro del barreno

Bordo (B)

Nivel del Banco

Taco = B x 0.7

Back Break y vibraci贸n

Altura del banco

Carga de Columna CC = L - Taco - CF

Longitud del barreno (L) Piso Sobre barrenaci贸n Carga de Fondo CF = 1.3 x B

PyroSmart

Retardos de barreno a barreno th = Th x E Donde: th: Retardo de barreno a barreno (mS) Th: Constante de retardo de barreno a barreno E: Espaciamiento (m)

Roca

Constante Th (mS/m)

Arenas, margas, carb贸n

6.5

Algunas calizas y esquistos

5.5

Calizas compactas, m谩rmoles, algunos granitos y basaltos, cuarcita y algunas gneis

4.5

Feldespatos porfiricos, gneis compactos, mica, magnetitas

3.5 PyroSmart

Retardos entre líneas tr = Tr x B Donde: th: Retardo entre lineas (mS) Th: Factor de tiempo entre líneas (mS/m) B: Bordo (m)

Constante Tr (mS/m)

Resultado

6.5

Violencia, onda expansiva, Back Break, vibración

8.0

Pila de material alta cercana a la cara, onda expansiva y rompimiento moderados

11.5

Altura de la pila promedio, onda expansiva y rompimiento promedio

16.5

Pila de material disperso con Back Break mínimo, baja vibración

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Comparación de sistemas timing Pirotécnico

Electrónico

Precisión dentro del rango de ±10%

Precisión dentro del ± 0.5 mS

Retardo en el tubo de choque

No existe retardo en los conectores

Retardo en el cordón detonante

No existe retardo en los cables de conducción

Limitado rango de retardos

Cualquier escenario posible de rangos (con incrementos desde 1 mS)

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Comparación de sistemas Confiabilidad de voladura Pirotécnico

Electrónico

Desconocida funcionalidad del detonador

Funcionamiento del detonador conocido

Desconocida funcionalidad del Shock Tube

Funcionamiento del activador de retardos conocido

Desconocida funcionalidad de los amarres

Funcionamiento de los amarres o circuitos conocido

Desconocida funcionalidad del sistema de iniciación

Aseguramiento del 100% del sistema de iniciación

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Iniciador J-Tek

PyroSmart

Sistema J-Tek

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Intervalo insuficiente (menos de 6 mS/m entre l铆neas) Fragmentaci贸n excesiva. Material lanzado sobre el banco.

Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado

Dif铆cil rezaga y cargado del material, fragmentaci贸n deficiente PyroSmart

Intervalo corto (menos de 6 a 12 mS/m entre l铆neas) Fragmentaci贸n moderada.

Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado

Material compacto. Adecuado para operaci贸n de pala. PyroSmart

Intervalo largo (menos de 6 a 30 mS/m entre l铆neas) Sin finos o sobre fracturaci贸n

Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado

Material suelto y extendido. Adecuado para rezaga con cargador frontal PyroSmart

Las vibraciones se refieren a oscilaciones mecรกnicas desde un punto de equilibrio

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Vibración La vibración es uno de los efectos que pueden generar daños debido a la generación o contribución a:

• • •

Inestabilidad de taludes

•

Daños en uniones de tuberías, ductos, estructuras y vías de comunicación.

Caída de roca en túneles Daños estructurales a paredes en edificaciones con afectaciones severas.

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Onda de Choque

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Alfred P Murrah Federal Building 01

12 PSI 23 PSI

B10

B11

A10

A11

27 PSI

12 PSI

54 PSI A1

375 PSI 1,457 PSI 4,000 PSI 18,500 PSI Carro Bomba

62,500 PSI 500,000 PSI

Efectos de la vibraci贸n en seres humanos 0.1 mm/seg

No detectable

0.15 mm/seg

Casi no detectable

0.35 mm/seg

Muy bajo nivel de detecci贸n

1.00 mm/seg

Siempre detectable

2.00 mm/seg

Claramente detectable

6.00 mm/seg

Fuertemente detectable

14.00 mm/seg

Muy fuertemente detectable

17.8 mm/seg

Severamente detectable

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Factores que inciden en los resultados de las voladuras

• • • • • • •

Propiedades de los explosivos utilizados Cantidad de explosivos utilizados (*) El sistema de iniciación La distribución de los explosivos en la voladura La estructura de la roca y la condición de los estratos La geometría en su conjunto Otros Factores PyroSmart

Comprensión de la vibración

•

La roca a través del cual las ondas viajan es considerada un medio elástico, compuesto por inumerables partículas individuales

•

Como resultado de una perturbación, esas partículas inician un movimiento oscilatorio aleatorio, la onda de movimiento ha sido generada. Cada partícula transmite energía sucesivamente a la siguiente.

•

El total de energía de onda de movimiento generado en la roca alrededor de una voladura varía DIRECTAMENTE de la cantidad de explosivos detonados.

•

A medida que el movimiento del suelo de onda se propaga hacia el exterior de una explosión, el volumen de la roca sujeto a la onda de compresión se incrementa. PyroSmart

Comprensión de la vibración

•

Debido a que la energía en el suelo es distribuida sobre grandes volúmenes de roca sucesivas el movimiento del suelo tiende a decrecer

•

Por consiguiente, pérdidas de energía ocurren en cada transmisión sucesiva, así que las ondas en tierra de proyectan hacia el exterior disminuyen en intensidad provocando que las partículas vuelvan gradualmente a la posición de reposo

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Daño potencial probable

PPV (mm/seg)

Límite inferior para daños a paredes plásticas

Límite inferior para paredes con estructura sólida

Daños menores

140

>50% daños menores a estructuras

190

50% daños mayores a estructuras

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M谩ximo Peak Particle Velocities (PPV) por la Australian Standars Explosives Code (AS 2187.2 -1993)

PPV (mm/seg)

Casas habitacionales y edificios de una planta. Edificios comerciales no incluidos en la parte inferior de este cuadro informativo

Edificios industriales o comerciales o estructuras con concreto o acero reforzadas.

Edificios de muchos pisos, hospitales, edificaciones de largos pasillos, presas y edificios hist贸ricos

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El criterio normalmente recomendado para uso de explosivos industriales en Australia, basado en el confort humano, está contenido en la normatividad del Australian and New Zealand Environment Council (ANZEC).

El criterio de ANZEC para el control es:

1. Máximo nivel de vibración de 5 mm/seg (PPV)

2. Los niveles de PPV de 5 mm/seg pueden ser excedidos hasta un 5% del total de numero de activaciones en un periodo de 12 meses.

3. El nivel nunca debe exceder los 10 mm/seg

4. Los horarios permitidos para el uso de productos explosivos es de las 0900 horas hasta las 1700 horas de Lunes a Sábado.

5. Los trabajos extractivos mediante el uso de explosivos no pueden ser realizados los domingos o días festivos oficiales.

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El British Standard 7385: Part 2-1993

PPV (mm/seg)

Estructuras industriales reforzadas y edificios comerciales a 4 Hz o superior

15-20

Edificaciones con estructuras ligeras residenciales o comerciales con frecuencias de 4 Hz a 15 Hz

20-50

Edificaciones con estructuras ligeras residenciales o comerciales con frecuencias de 15 Hz a 40 Hz

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El German DIN 4150 Standard para vibración causada por detonación es:

PPV Guide Value (mm/ seg) Estructura Tipo

Frecuencia

< 10 Hz

10 - 50 Hz

50 - 100 Hz

Edificios Industriales

20-40

40-50

Edificios domésticos

5-15

15-20

Edificios de Interés Histórico

3-8

8-10

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Fรณrmula PPV

0.50 B

V= K (R/(Q)

)

Donde: V: Peak Particle Velocity (mm/s) K: Factor constante de la roca en el sitio Q: Carga mรกxima instantรกnea en un evento B: Constante relacionado con la roca en el sitio, normalmente -1.6) R: Distancia de la carga (R/(Q)0.50: Estรก definida como una escala de distancia

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Factores TĂpicos para K en el Sistema MĂŠtrico Decimal

Roca pobremente confinada o altamente fisurada

500

Cara libre en roca normal (normalmente confinada)

1,140

Sobre confinada, roca dura

5,000

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Las regulaciones de la USOSM (US Oﬃce and Surface Mining)

Método 1: Criterio de Limitación del Particle Velocity

Método 2: Criterio de Ecuación de Escala de Distancia

Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación

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Método 1: Criterio de Limitación del Particle Velocity

Distancia desde el sitio de detonación (Pies)

Máximo permitido de velocidad pico de partícula (PPV en Pulgadas/seg)

0-300

1.25

301-5,000

1.0

>5,000

0.75

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M茅todo 2: Criterio de Ecuaci贸n de Escala de Distancia

Distancia desde el sitio de detonaci贸n (Pies)

Factores de escala de distancias a ser usadas sin monitoreo s铆smico en (Pies/ (Lb) )

0-300

301-5,000

>5,000

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Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación.

Permite el uso de los límites del PPV dependiendo de la variación de la frecuencia

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Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación

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Frecuencia

Ademรกs del PPV (Peak Particle Velocity) la Frecuencia es uno de los factores mรกs importantes en el control de la respuesta de las estructuras.

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Frecuencia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

La frecuencia depende del tipo de explosivo La frecuencia depende también de la geología del sitio, la distancia a la voladura, la secuencia y condición de la voladura en la cara libre A menores frecuencias mayor daño. La presencia de “pata” en la cara del barreno produce bajas frecuencias El efecto de la frecuencia de onda generada durante la voladura esta relacionada directamente a la respuesta estructural, debido a esto puede permitirse mayores niveles de PPV a mayores niveles de frecuencia. Los dispositivos pirotécnicos industriales tienen 450 mHz de frecuencia en roca dura. En roca dura las frecuencias de onda son relativamente mas altas, la frecuencia de onda en mas baja en rocas blandas. El PPV permitido se reduce considerablemente cuando trabajos previos o labrados antiguos subterráneos rodean la estructura en la que se trabaja. PyroSmart

¿Cómo controlar la vibración? 1. Minimice la carga a través del retardo en la iniciación de líneas de barrenos 2. Ejerza un estricto control sobre la plantilla, utilice el menor bordo o espaciamiento entre barrenos. 3. Evitemos “pata” 4. Oriente la barrenación en forma adecuada 5. Optimice la cantidad de explosivos en la detonación 6. Minimice el grado de confinamiento utilizando una cara libre y usando el mínimo de sub barrenación. 7. Incremente la distancia “receptora” de ondas 8. Asegure que la orden de encendido sea la correcta 9. Minimice la frecuencia de detonaciones 10. Interrumpa la continuidad de la masa de la rocas PyroSmart

¿Cómo controlar la vibración?

11. Utilice diámetros menores 12. Utilice donde las condiciones geológicas lo permitan largos periodos de retardo 13. Utilice retardos electrónicos en milisegundos con sistemas de consolas secuenciales con un adecuado número de retardos 14. El uso de pre-splirt o precorte incluyendo barrenos de aire disminuyen sensiblemente la continuidad de la onda 15. Investigue nuevas técnicas de fragmentación de roca

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El término resonancia se refiere a un conjunto de fenómenos relacionados con los movimientos periódicos o cuasiperiódicos en que se produce reforzamiento de una oscilación al someter el sistema a oscilaciones de una frecuencia determinada. En mecánica, la resonancia de una estructura o cuerpo es el aumento en la amplitud del movimiento de un sistema debido a la aplicación de fuerza pequeña en fase con el movimiento.

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Impacto ambiental del ruido

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¿Cómo controlar ruido? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Minimice la carga mediante el retardo de los explosivos. Use una plantilla adecuada justa suficiente para fragmentar en el tamaño esperado. Re cheque el factor de carga para utilizar el mínimo suficiente. Elimine el uso de cordones detonantes en superficie y el moneo o voladuras secundarias. En su caso cubra con una cubierta de material adecuado la zona. Utilice encendidos secuenciados de barrenos. Oriente la cara libre del banco en el sentido opuesto de la recepción sensible. Asegure un taqueado profundo y un óptimo sellado del barreno. Restrinja el trabajo de extracción de roca mediante el uso de explosivos a condiciones climáticas adecuadas. Evite las inversiones térmicas que afectan el efecto del ruido. Evite en las voladuras secundarias la activación de material explosivo en barrenos poco profundos. Utilice una barrera entre el área de detonación y los puntos receptivos

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Conclusiones

• El uso de retardos contribuye a incrementar el control de las voladuras mejorando la fragmentación, disminuyendo el vuelo de roca, los efectos de la sobre presión del aire (onda expansiva) y la vibración. • La vibración es uno de los efectos del uso de explosivos convencionales y puede afectar a estructuras adyacentes al punto de la voladura. • El uso de iniciaciones electrónicas, con periodos de retardo variable, puede mejorar sustancialmente los resultados de una voladura disminuyendo la vibración causada por la resonancia de las ondas, el aseguramiento de la activación de las cargas mediante la verificación de las conexiones y un espectro más amplio de tiempos de retardo.

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www.pyroblast-c.com

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