Vibración con PYROBLAST-C ®

Entendiendo la vibración Por Alejandro Mantecón

¿Qué es la vibración?

La vibración es una oscilación mecánica en torno a una posición de referencia.

Es la variación, normalmente con el tiempo, de la magnitud de una cantidad con respecto a una referencia especí ca cuando dicha magnitud se hace alternativamente más grande y más pequeña que la referencia.

fi

Por Alejandro Mantecón

Se entiende por vibración a un fenómeno de transmisión de energía mediante la propagación de un movimiento ondulatorio a través de un medio.

La activación de PYROBLAST-C ® con nada en el interior de un barreno genera un volumen de gases a una presión elevada, lo que a su vez produce un aumento de la presión ejercida sobre las paredes del barreno. Esto se mani esta en forma de onda de deformación a través de la masa en torno al barreno.

Es preciso hacer una distinción entre aspectos bien diferenciados del fenómeno. Uno de ellos es la propagación o transmisividad de la vibración por el medio y otro es el movimiento propio que el paso de la vibración genera en las partículas del medio.

Cabe entonces diferenciar entre dos tipos de velocidades: A. Velocidad de onda o aquella con la que la vibración se propaga por el medio y B. Velocidad de partícula o aquella relativa a las oscilaciones que experimente una partícula excitada por el paso de la onda de energía vibratoria. En este segundo caso, la partícula posee una serie de parámetros medibles tales como el desplazamiento, velocidad, aceleración de partícula y frecuencia del movimiento ondulatorio. Su duración también tiene cierta importancia de cara al análisis de sus efectos sobre infraestructura.

fi

fi

Por Alejandro Mantecón

Elementos 1=. Amplitud.

2 = Amplitud de pico a pico.

3 = Media.

4 = Periodo.

La vibración del suelo se mide en términos de velocidad máxima de partículas (PPV) con unidades en mm/s.

Cabe señalar que el PPV se re ere al movimiento dentro del suelo de las partículas moleculares y no al movimiento de la super cie. El valor de desplazamiento en mm se re ere al movimiento de partículas en la super cie (movimiento de la super cie).

La velocidad máxima de las partículas (PPV) es el parámetro más básico y directo del evento de vibración para conectarse con el incremento de tensión.

fi

fi

fi

fi

fi

Por Alejandro Mantecón

La velocidad de partícula límite impuesta por las normativas depende de la frecuencia de vibración. La peor situación se producirá cuando la frecuencia de la onda que va a excitar una determinada estructura es igual a la frecuencia o a una de las frecuencias de resonancia de dicha estructura. En este caso se produce la máxima absorción de energía por parte de ella y hay mayor probabilidad de daños.

Es por ello importante conocer la frecuencia que poseen las vibraciones producidas y la velocidad de partícula.

La frecuencia es la medida del número de veces que se repite un fenómeno por unidad de tiempo. La frecuencia en los fenómenos ondulatorios, tales como el sonido, las ondas electromagnéticas (como las de la radio o la luz), las señales eléctricas y otras ondas, expresa el número de ciclos que se repite la onda por segundo.

Por Alejandro Mantecón

¿Por qué es importante atender la vibración?

La vibración en el piso puede causar graves daños estructurales, pero también puede ser una molestia para los residentes locales. También la vibración puede provocar la inestabilidad de taludes, caída de roca en túneles, daños estructurales a paredes en edi caciones con afectaciones severas, daños en uniones de tuberías, ductos, estructuras y vías de comunicación.

Existen varios estándares con límites claros para la vibración en función al tipo de edi caciones existentes en las zonas aledañas. Estos niveles establecen los límites máximos en mm/seg para la vibración resultante de los trabajos de fragmentación de roca o demolición.

En general, las magnitudes de las vibraciones del suelo que se consideran capaces de causar daños estructurales a los edi cios son superiores a 15 mm/s.

fi

fi

fi

Por Alejandro Mantecón

Estándares País

Nombre

Fecha

Alemania

DIN4150

1975

Brasil

CETESB D7.013

1998

Escocia

PAN50

2000

USA

USBMRI8507

1980

USA

OSM 817.67

1983

España

UNE 22-381-93

1993

Francia

Recomendaciones GFEE

2001

Internacional

ISO4866

1990

Italia

UNI9916

1991

Nueva Zelanda

MZS 4403

1976

Portugal

NP 2074

1983

Reino Unido

BSI 6472

1992

Reino Unido

BSI 7385

1993

Suecia

SS 460 48 46

1991

Suiza

SN 640 312a

1992

Efectos de la vibración en seres humanos Magnitud

Efecto

0.1 mm/seg

No detectable

0.15 mm/seg

Casi no detectable

0.35 mm/seg

Muy bajo nivel de detección

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 Por Alejandro Mantecón

Comprensión de la vibración La roca a través del cual las ondas viajan es considerada un medio elástico, compuesto por innumerables 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.

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 que se proyectan hacia el exterior disminuyen en intensidad provocando que las partículas vuelvan gradualmente a la posición de reposo.

Por Alejandro Mantecón

Hablemos de la frecuencia ‣ 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.

Por Alejandro Mantecón

Hablemos del PPV ‣ A medida que las ondas sísmicas viajan a través de la roca, se producen movimientos de las partículas. Esto se conoce comúnmente como vibración. El movimiento de las partículas de tierra (vibración) ocurre en tres dimensiones que son vertical, radial y transversal. ‣ Cuando hay vibración, cada partícula tiene una velocidad y la velocidad máxima se denomina velocidad máxima de la partícula. Este movimiento generalmente se captura mediante el uso de un sismógrafo y se dan las velocidades máximas de las tres direcciones. ‣ La práctica de la mayoría es utilizar la lectura de la velocidad máxima de las partículas como estándar para medir la intensidad de la vibración del suelo. ‣ Al informar, se utiliza la medida máxima de cualquiera de los tres componentes en lugar del vector resultante de los tres componentes combinados. ‣ En la mayoría de los casos, el PPV está estrechamente relacionado con el potencial de dañar las estructuras más que con la aceleración o el desplazamiento de la roca. Se utiliza una unidad estándar para medir esta vibración máxima, ya sea pulgadas por segundo o milímetros por segundo (1,0 isp = 25,4 mm/s) Por Alejandro Mantecón

Tabla predictiva de vibración con explosivos

Hablemos de los tipos de onda ‣ P-wave. La onda P también se denomina onda de compresión primaria. Es la ola más rápida a través del suelo. Las partículas en la onda se mueven en la misma dirección que la propagación de la onda. La gura muestra las características de la onda P en medio sólido (Atlas 1987).

fi

Por Alejandro Mantecón

‣ S-wave. La onda S también se llama onda secundaria o de corte. Se mueve a través del medio en el ángulo correcto con respecto a la propagación de la onda, pero más lento que la onda P. La onda S se muestra en la gura mientras se propaga en un medio sólido (Atlas 1987).

fi

Por Alejandro Mantecón

‣ R-wave. La onda R se propaga más lentamente que la onda P y la onda S y las partículas se mueven elípticamente en el plano vertical y en la misma dirección que la propagación. A diferencia de los movimientos de partículas unidireccionales de la onda del cuerpo, el movimiento de partículas de la onda superficial de Rayleigh es bidimensional. Estas ondas son similares a las que se producen al dejar caer una piedra en un charco de agua. Cuando la onda de agua pasa por un trozo de corcho, el movimiento del corcho sobre el agua se describe mediante un círculo hacia adelante. Mientras que, en la roca, una partícula seguirá una trayectoria elíptica retrógrada, con una relación entre los desplazamientos horizontal y vertical igual a 0,7. La figura se muestra las características de las ondas de Rayleigh en medio sólido (Atlas 1987). ‣ La onda R-wave es de superficie.

Por Alejandro Mantecón

‣ Love-wave. La Love-wave es una onda superficial con movimiento de partículas polarizadas horizontales. Es una onda transversal que se propaga en una capa superficial de baja velocidad que recubre un medio en el que las ondas elásticas tienen velocidades más altas, como se ilustra en la figura. Las ondas Love son más rápidas que las ondas de Rayleigh y generan un movimiento de partículas que es transversal al de la propagación. Dado que el movimiento de sus partículas es siempre horizontal, las ondas de amor nunca se pueden registrar cuando se utiliza un geófono vertical (Atlas, 1987).

En general, la onda S viaja a una velocidad de ½ a ⅓ de la de la onda P y la Onda Raleigh a una velocidad de 0,9 a 0,95 la onda S (Oriard 1996), (Bauer1981). A pequeñas distancias todas estas ondas llegan simultáneamente mientras que a mayores distancias se separan y es posible su identificación. Sin embargo, en la minería, la mayoría de las explosiones consisten en una serie de explosiones que se retrasan en milisegundos. Esto da como resultado la superposición de las ondas.

Por Alejandro Mantecón

Roca

P Velocity. m/s

S Velocity. m/s

Granito

4,000-6,000

2,000-3,000

Basalto

5,500

3,000

Piedra arenisca

2,000-3,500

1,000-2,500

Caliza

3,000-6,000

2,000-3,000

Esquisto

4,000-5,000

2,500-3,000

Tierra

150-1,000

100-700

Valores típicos de Velocidad de Onda para P y S Por Alejandro Mantecón

Volvamos con el PPV

Ambraseys/Henderson, 1968; Henderson/Oriana, 1972 Dónde: V = pico de vibración (mm/s) Q = masa de carga instantánea (kg) D = distancia (m) k = constante del sitio e = exponente del sitio (usualmente -1.6)

USBM 1980 Por Alejandro Mantecón

Factores típicos para K Roca pobremente con nada o altamente fragmentada

500

Cara libre en roca normal (normalmente con nada)

1,140

Sobre con nada, roca dura

5,000

fi

fi

fi

Por Alejandro Mantecón

Como controlar la vibración ‣ Minimice la carga a través del retardo en la iniciación de líneas de barrenos ‣ Ejerza un estricto control sobre la plantilla, utilice el menor bordo o espaciamiento entre barrenos. ‣ Evitemos “pata” ‣ Oriente la barrenación en forma adecuada ‣ Optimice la cantidad de explosivos en la detonación ‣ Minimice el grado de con namiento utilizando una cara libre y usando el mínimo de sub barrenación. ‣ Incremente la distancia “receptora” de ondas ‣ Asegure que la orden de encendido sea la correcta ‣ Minimice la frecuencia de detonaciones ‣ Interrumpa la continuidad de la masa de la rocas

fi

Por Alejandro Mantecón

Como controlar la vibración

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

Por Alejandro Mantecón

Onda expansiva

Sobre presión criterio

Efecto

3.0 PSI (180 dB)

Posible daño a estructuras

1.0 PSI (171 dB)

Rompimiento de ventanas de vidrio

0.029 PSI (140 dB)

Alto registro de aplicaciones en proyectos seguros

0.0145 (134 dB)

El USBM recomienda un estudio a larga escala

Por Alejandro Mantecón

Como controlar el ruido ‣ Minimice la carga mediante el retardo de los explosivos. ‣ Use una plantilla adecuada justa su ciente para fragmentar en el tamaño esperado. Re cheque el factor de carga para utilizar el mínimo su ciente. ‣ Elimine el uso de cordones detonantes en super cie 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

fi

fi

fi

Por Alejandro Mantecón