5. capv fundamentos teoricos

Capitulo V.- Fundamentos teóricos de tronadura y técnicas para el monitoreo de vibraciones en el control de daño.

74

CAPITULO V

FUNDAMENTOS TEORICOS DE TRONADURA Y TECNICAS PARA EL

MONITOREO DE VIBRACIONES EN EL CONTROL DE DAÑO.

5.1.- INTRODUCCION

Actualmente las operaciones que se desarrollan en minería a cielo abierto,

tienden a realizar tronaduras de grandes dimensiones, logrando con esto aumentar la

eficiencia de los equipos que disponen y además con la reducción del número de

tronaduras, consiguen disminuir las interrupciones operacionales que estas originan. Sin

embargo, este aumento en el tamaño de las tronaduras, naturalmente trae consigo un

incremento de la carga explosiva utilizada.

La energía explosiva que se libera cuando el explosivo es detonado trae

consigo numerosos efectos. El primero y más importante son quebrar, fracturar y deformar

el material, dentro del cual es detonado. Los efectos secundarios siguientes producen

proyecciones de roca, ondas aéreas y vibraciones.

Las vibraciones producto de las tronaduras pueden generar grandes daños

estructurales a la mina y sus instalaciones, además de causar molestia a la población, sin

embargo es una variable que puede ser controlada realizando monitoreos en puntos

cercanos a las tronaduras, datos que pueden ser utilizados para relacionarlos con las

variables que intervienen en la tronadura.


75

A continuación se analizan los fundamentos teóricos de la tronadura, la

teoría de generación y propagación de vibraciones producidas por las tronaduras, la

metodología de medición y los parámetros que se deben considerar para controlar las

vibraciones.

5.2.- PROCESO DE TRONADURA

La energía química de un explosivo adecuadamente iniciado, se transforma

a través de la detonación en productos gaseosos a altas presiones y temperaturas.

Físicamente el proceso corresponde a un choque dinámico, relacionado con

la reacción termodinámica de descomposición del explosivo y cuya acción en el entorno,

es la transmisión de una onda de choque al macizo rocoso y la presión o empuje posterior

de los gases. Se ha demostrado que para quebrar una roca, es necesario una gran cantidad

de energía, de la cual solo una parte se transforma en energía útil. Se estima que un 50-

60% de la energía liberada por un explosivo, se pierde en forma de calor, vibraciones y

energía acústica.

Al detonar una columna explosiva se producen básicamente 2 fenómenos

que provocan el fracturamiento del macizo rocoso.

a) En los primeros instantes de la detonación, el frente de onda de choque que se expande

en forma cilíndrica alcanza valores que superan ampliamente la resistencia dinámica a

la compresión de la roca triturada, provocando una zona de roca triturada

inmediatamente cercana a la perforación que contiene el explosivo, el tamaño del anillo

de roca triturada depende de la presión de detonación y del acoplamiento de la carga a


76

las paredes del barreno, teniendo un radio normal entre 2 y 4 veces el radio de la

perforación del pozo. Una zona secundaria más alejada de fracturamiento menor o zona

de grietas se genera debido a que las tensiones en dicha zona superan la resistencia

dinámica a la tracción de la roca, se estima el alcance de esta zona entre 5 a 10 veces el

radio de perforación del pozo. (Ver Figura 5.1)

b) El aumento instantáneo del volumen de la perforación provoca una onda cilíndrica de

compresión, la cual se propaga a partir de la zona sísmica.

Figura 5.1 Mecanismo de fracturación.

5.3.- FUNDAMENTOS TEORICOS DE VIBRACIONES

La vibración de cualquier material es la oscilación de las partículas en torno

a su posición de equilibrio. La onda de choque generada por la detonación de cargas


77

explosivas, se propaga en forma esférica, y transfiere una energía vibracional al macizo

rocoso.

Estas ondas sísmicas transmiten a la roca movimientos de partículas en

distintas direcciones, con intensidades que dependerán del poder energético del explosivo y

la geometría involucrada. La calidad del macizo rocoso se verá afectada de acuerdo a la

variación de la amplitud, tiempo de viaje y “Rise Time” que afecta a la frecuencia de una

onda.

La vibración es una variable que puede ser controlada y su comportamiento

en el entorno inmediato a las tronaduras, depende de parámetros de diseño como carga por

retardo, tiempo por retardo entre detonación y secuencia de iniciación.

5.3.1.- GENERACIÓN Y PROPAGACIÓN DE VIBRACIONES

Cuando un explosivo es detonado, la energía que se transmite en el terreno

circundante es el desarrollo de altas presiones de gases y de choque, seguido del

quebramiento del material inmediatamente cercano al barreno, las presiones decaen

prontamente con la distancia desde la carga a valores que están bajo la resistencia de

compresión del medio confinado. En este punto, la energía restante viaja a través del

material en forma de onda de presión o de frente de choque, viajando aproximadamente a la

velocidad de sonido que se transmite en un medio rocoso.

A una mayor distancia desde el centro de la carga, este frente de choque o

pulso de tensión se atenúa en una onda oscilatoria, en la cual las partículas de tierra se

mueven a lo largo de trayectorias cíclicas.


78

De acuerdo a este estado, la energía que se emite desde la explosión produce

movimientos de partículas en el macizo rocoso que están dentro de los limites elásticos, de

esta manera después que la energía a pasado el material, recobra completamente su forma

y volumen original, las cuales son causantes de las vibraciones que se desarrollan en una

tronadura.

La Figura 5.2, presenta en forma esquemática un cráter originado por una

carga explosiva a poco instante después de la detonación. En esta Figura se puede apreciar,

las principales ondas superficiales con sus amplitudes ampliamente exageradas, las que se

representan fundamentalmente a través de:

Figura 5.2.- Ondas superficiales generadas por la detonación de un pozo.

ONDAS PRIMARIAS

ONDAS RAYLEIGH


79

- Onda de Compresión (P o Primaria)

Una vez que la detonación del barreno a ocurrido, el frente de choque inicial

fuera de la zona de trituración de la roca, aplica una fuerza a ésta comprimiéndola y

reduciendo su volumen. Cuando esta onda se mueve a través de la roca con una fuerza que

está bajo el límite elástico de la roca, causa movimientos en las partículas similares a las

que produce el sonido cuando se transmite a través de un fluido o un sólido. Las partículas

que están en la trayectoria de tales ondas se mueven hacia delante y hacia atrás, a lo largo

de la línea de avance de la onda que origina tales movimientos en las partículas. Este tipo

de onda tiene una gran velocidad de propagación y por ende, es la primera onda en llegar al

punto de medición, Además puede viajar en un sólido, líquido o gas, debido a que estas

formas de materia resisten compresión o cambios de volumen. Figura 5.3

Figura 5.3.- Onda de compresión.


80

- Onda Transversal (S o Secundaria)

Al mismo tiempo que la onda P es generada, un segundo tipo de onda

también es producido, la cual corta o tiende a cambiar la forma del material transmisor y

produce movimientos de partículas perpendiculares al frente de choque, siendo acentuadas

por un pulso de presión inicial, duración de la onda P o discontinuidades que están dentro

del macizo rocoso. Estas ondas son considerablemente más lentas que las ondas P y

solamente viajan en sólidos, puesto que su existencia depende de módulos de corte o la

habilidad del material transmisor para resistir cambios en la forma. Figura 5.4

Figura 5.4.- Onda Secundaria.

- Onda Rayleigh (R) y Onda Love (Q)

Cuando las ondas P y S alcanzan la superficie de la tierra, ésta también

experimenta movimientos tantos verticales como horizontales. Las ondas así producidas

son conocidas colectivamente como elásticas de superficie y denominadas en forma


81

particular como ondas Rayleigh y Love. La onda R (Figura 5.5), primero predecida

matemáticamente por Lord Rayleigh, imprimen a las partículas superficiales un

movimiento bajo una trayectoria elíptica contraria a la de propagación de avance de la

onda. La onda Love más rápida que la onda R, da lugar a un movimiento de las partículas

en una dirección transversas relativa a dirección de avance de la onda.

Las ondas sísmicas generadas por las tronaduras, se transforman en energía

vibracional, por lo tanto, hay que tener presente su relevancia que dependen de la

geometría, posición de la tronadura y sistema estructural, por ejemplo la onda superficial (R

– Q) es de mayor amplitud y viaja a más distancia, por lo tanto son importantes su medición

en un campo lejano, al contrario de las ondas P y S que son más significativas cerca de la

tronadura.

Figura 5.5.- Onda Rayler.


82

5.4.- VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERISTICAS DE LAS

VIBRACIONES

Las variables que afectan a las características de las vibraciones son las

mismas que influyen en los resultados de las tronaduras, A continuación se analiza la

influencia de las variables principales sobre las vibraciones.

5.4.1.- CARACTERISTICAS DEL MACIZO ROCOSO

La geología local del entorno y las características geomecánicas de las rocas

tienen una influencia grande sobre las vibraciones.

En macizos de roca homogéneos y masivos, las vibraciones se propagan en

todas direcciones, pero en estructuras geológicas complejas, la propagación de las ondas

puede variar con la dirección y por consiguiente presentar diferentes índices de atenuación.

5.4.2.- CARGA POR RETARDO

La magnitud de las vibraciones terrestres y aéreas en un punto determinado,

varía según la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto al lugar de

la tronadura. En tronaduras donde se emplean distintos tiempos de retardo, es la mayor

carga por retardo la que influye directamente en la intensidad de las vibraciones y no la

carga total empleada en la tronadura, siempre que el intervalo de retardo sea

suficientemente grande para que no existan interferencias constructivas entre las ondas

generadas por los distintos pozos.


83

Cuando en la tronadura existen varios pozos con detonadores que poseen el

mismo tiempo de retardo, el nivel de vibraciones aumenta debido al aumento en la

velocidad de partículas. El peso de la carga 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 potencial, así por ejemplo para la velocidad de partícula se

cumple:

PPV Qa Ec. 5.1

Donde:

PPV : Velocidad de propagación de partículas.

Q : Carga por retardo.

a : Parámetro que depende del tipo de roca.

5.4.3.- DISTANCIA AL PUNTO DE LA TRONADURA

La distancia a la tronadura tiene al igual que la carga, una gran importancia

sobre la magnitud de las vibraciones, conforme la distancia aumenta la intensidad de las

vibraciones disminuye de acuerdo a una ley del tipo:

PPV 1/ Db

Ec. 5.2

Donde:

PPV : Velocidad de propagación de partículas.

D : Distancia a la carga que detona.

b : Factor que se relaciona con la atenuación del tipo de roca.


84

Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuación de las componentes

de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra actúa como filtro pasa-baja. Así a grandes

distancias de las tronaduras, las vibraciones del terreno contendrán más energía en el rango

de las frecuencias bajas.

5.4.4.- CONSUMO ESPECIFICO DE EXPLOSIVO

Otro aspecto interesante y en ocasiones confuso, es el que se refiere al

consumo especifico de explosivo.

Frente a problemas de vibraciones, muchas veces se decide reducir el

consumo especifico de explosivo en las tronaduras, pero no hay nada más alejado de la

situación de nivel mínimo, pues se han llegado a registrar tronaduras en las que bajando el

consumo de explosivo en un 20% con respecto al óptimo, los niveles de vibración medidos

se han multiplicado por 2 y por 3, como consecuencia del gran confinamiento y la mala

distribución espacial del explosivo que originan una falta de energía para desplazar y

esponjar la roca fragmentada.

5.4.5.- TIPO DE EXPLOSIVO

Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula y las tensiones

inducidas en las rocas; tal constante de proporcionalidad, es la impedancia del medio

rocoso.

Así pues la primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos que

generan presiones de barreno más bajas, provocarán niveles de vibraciones inferiores. Estos


85

explosivos son los de baja densidad y baja velocidad de detonación, por ejemplo el ANFO.

Si se compara una misma cantidad de ANFO con una EMULSIÓN, la intensidad de la

vibración generada por el primero puede ser de 2 veces menor.

Si en los estudios de vibraciones, se utilizan explosivos de potencias muy

dispares, las cargas deben ser normalizadas a un explosivo patrón de potencia conocida.

Normalmente se elige el ANFO como explosivo de referencia, ya que es el que se consume

en mayor cantidad.

5.4.6.- TIEMPOS DE RETARDO

Los tiempos de retardo usado entre filas, entre pozos y en el fondo del tiro

son decisivos en el nivel de vibraciones que se puede esperar producto de la tronadura, por

lo tanto la introducción de elementos de retardo compromete liberar toda la energía del

explosivo en un periodo largo de tiempo y en forma secuencial (tiro a tiro), sin embargo es

inevitable algún grado de superposición y amplificación, dado que la duración de la

vibración producto de una sola carga es siempre considerablemente mayor que los retardos

efectivos usado entre cargas.

5.4.7.- VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS TRONADURAS

La mayoría de las variables geométricas de diseño de tronadura tienen una

considerable influencia sobre las vibraciones, de los cuales podemos mencionar los

siguientes:


86

- Diámetro de perforación

El aumento del diámetro de perforación es negativo, pues la cantidad de

explosivo por pozo es proporcional al cuadrado del diámetro, resultando unas cargas

operantes en ocasiones muy elevadas.

Q = 0,507 x de x p2 Ec. 5.3

Donde:

Q : Carga explosivo /metro (Kg/m)

de : Densidad del explosivo (gr/cc)

p : Diámetro del pozo (Pulg)

- Altura del Banco

Se debe intentar mantener una relación H/B > 2 para obtener una buena

fragmentación y eliminar los problemas de “patas”, al mismo tiempo que se reduce el nivel

de vibraciones por estar las cargas confinadas.

- Burden y Espaciamiento

Si el burden es excesivo, los gases de la explosión encuentran resistencia

para fragmentar y desplazar la roca y parte de la energía del explosivo, se transforma en

energía sísmica aumentando la intensidad de las vibraciones. Este fenómeno tiene su

manifestación más clara en las tronaduras de precorte, donde el confinamiento es total y

pueden registrarse vibraciones del orden de cinco veces superior a las de una tronadura

convencional.


87

Si la dimensión del burden es reducida los gases se escapan y expanden

hacia la cara libre a una velocidad muy alta. Impulsando a los fragmentos 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 su valor depende del valor del burden.

- Pasadura

Cuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias, cada sección

adicional colabora con una cantidad de energía cada vez menor al cizallamiento y

movimiento de la roca en la base, y por lo tanto un porcentaje cada vez mayor de energía

desarrollada por el explosivo se convierte en vibraciones del terreno, generando

paralelamente un gasto mayor en perforación y explosivos dejando un piso irregular.

- Taco

Si la longitud del taco es excesiva, además de presentar problemas de

fragmentación, se aumenta el confinamiento pudiendo dar lugar a mayores niveles de

vibraciones

- Inclinación de los pozos

Los pozos inclinados, permiten un mejor aprovechamiento de la energía a

nivel de piso, consiguiéndose incluso una reducción de las vibraciones.


88

- Desacoplamiento

Experiencias llevadas a cabo empleando desacoplamientos del 65 al 75%

demuestran que se mejora la fragmentación y la uniformabilidad de la granulometría, y que

se disminuye el porcentaje de tronadura secundaria, así como el consumo especifico de

explosivo y la intensidad de las vibraciones en terreno.

- Tamaño de las tronaduras

Las dimensiones de las tronaduras están limitadas por las necesidades de

producción y por las cargas máximas operantes determinadas en los estudios de

vibraciones a partir de las leyes de propagación, tipo de estructura a proteger y parámetros

característicos de los fenómenos perturbadores.

5.5.- ANALISIS DE LA ONDA DE VIBRACIÓN

La señal de vibraciones producida por una tronadura, consiste en un número

discreto de paquetes de ondas, cada uno de estos corresponde a cargas o grupos de cargas

detonando en un determinado tiempo. El primer paso en el análisis de la señal, es

determinar que carga representa cada paquete de vibración. De la capacidad para realizar

esto depende determinar la diferencia entre la detonación real y la secuencia diseñada,

suministrando un irremplazable conocimiento de la eficiencia del diseño de la tronadura.

La forma y amplitud de un paquete de vibración, da la efectividad relativa de

la detonación de las cargas de una tronadura. La amplitud de la vibración, es una medición

de la energía transferida por el explosivo al macizo rocoso, por lo que para un tipo de carga


89

y geometría de monitoreo, la amplitud relativa puede ser usada como una medición de la

eficiencia de cada carga.

Con los software de análisis de registro de vibraciones, es posible determinar

y calcular lo siguiente: Tiempo real de detonación de una carga o varias cargas, velocidad

de partícula en cada paquete de ondas, detonación de cargas por simpatía, cálculo de

registro de aceleración de partículas, cálculo del desplazamiento de las partículas de roca,

etc.

Los principales componentes de las vibraciones del terreno son :

- Amplitud (A)

Máximo desplazamiento desde la posición de equilibrio, medido en pulgadas

o en milímetros.

- Velocidad de particula (V)

Es la razón de cambio de la amplitud, comúnmente se mide en pulgadas por

segundo (pl/s) o milímetros por segundo (mm/s). Esta es la velocidad o excitación de las

partículas de tierra ante el paso de un frente de onda por el macizo rocoso.

- Aceleración (a)

Ritmo de cambio de velocidad.

- Frecuencia (f)

Número completo de oscilaciones o ciclos por segundo. La frecuencia es

inversa al período.


90

En la figura 5.6 se ilustran los parámetros de los movimientos ondulatorios.

Figura 5.6.- Parámetros de los movimientos ondulatorios.

Suponiendo la vibración como un movimiento periódico sinuidal se tiene

que la elongación o desplazamiento se define por:

X(t) = A sen t Ec. 5.4

-50

-30

-10

10

30

50

0 90 180 270 360 450 540 630 720

Desp

lazam

ien

to

Y =

A s

en

wt

-50

-30

-10

10

30

50

0 90 180 270 360 450 540 630 720

Velo

cid

ad

Y =

Aw

co

s w

t

-50

-30

-10

10

30

50

0 90 180 270 360 450 540 630 720

Acele

ració

n

Y =

Aw

2 s

en

wt

A= Valor

Máximo

a=42f2A

T= 2/w

v = 2fA

T= 2/w

T= 2/w

w

A

w2 A


91

= 2f Ec. 5.5

f = 1 / T Ec. 5.6

Donde :

A : Amplitud.

: Pulsación o frecuencia angular del movimiento.

f : Frecuencia de la vibración.

T : Período de la vibración

Como:

V(t) = dd / dt Ec. 5.7

V(t) = A cos t Ec. 5.8

Luego:

a(t) = dV / dt Ec. 5.9

a (t) = A 2 sen t Ec. 5.10

La velocidad máxima se obtendrá cuando cos t = 1

Vmáx = A = 2 Af Ec. 5.11


92

La aceleración máxima se obtendrá cuando sen t = 1

a máx = A 2 = Vmáx * 2f = 4 A

2f2 Ec. 5.12

Por lo tanto:

A = Vmáx / 2f Ec. 5.13

Luego si la frecuencia es baja la amplitud es mayor, por lo que se produce un

mayor daño en el medio que se transmite la vibración.

5.6.- MEDICIÓN DE ONDAS VIBRACIONALES

5.6.1.- CONCEPTO DE MEDICIONES

La medición de vibraciones tiene como objetivo principal detectar y registrar

el movimiento vibratorio de la tierra. Estas cantidades medidas deben describir de la mejor

forma el evento de las vibraciones, para lo cual se requiere la medición de tres componentes

ortogonales que definan la amplitud, velocidad y aceleración de la partícula en función del

tiempo t. A continuación se describen cada una de las componentes:

- Longitudinal : normal a la dirección de la tronadura en el plano horizontal.

- Transversal : perpendicular a la dirección de la tronadura en el plano horizontal.

- Vertical : Perpendicular a la dirección de la tronadura en el plano vertical.


93

Para registrar estas tres componentes se requiere de la utilización de tres

geófonos ubicados de acuerdo al movimiento vibratorio, en la Figura 5.7 se aprecia la

configuración de los geófonos dentro de un pozo.

Figura 5.7.- Arreglo de geófono triaxial

El principal problema asociado con este tipo de medición era poder

establecer un punto fijo en el espacio, en el cual se efectuará la medición puesto que al

pasar la energía sísmica, el ambiente se mueve totalmente incluyendo al medidor y al

instrumento de medida. Los instrumentos que existen actualmente superan este problema

estableciendo un punto de referencia, el cual tiende a permanecer fijo durante el paso de la

onda sísmica.

Para un registro preciso es esencial que el sensor mantenga un contacto fijo

con la tierra u otra superficie durante el paso de la vibración. Si el sensor se orienta en una

dirección horizontal y/o perdiendo el contacto en la dirección vertical, el resultado obtenido

con el sismógrafo será erróneo. Es necesario alinear correctamente el sensor con la


94

tronadura, esto usualmente se facilita con la inscripción de una flecha sobre el sensor y

nivelándolo exactamente. Es importante también notar que si las mediciones son hechas

dentro de una estructura o con el sismógrafo fijado sobre ésta, las vibraciones de tierra no

serán registradas. La medición obtenida es la respuesta de la estructura a las vibraciones.

5.6.2.- INSTRUMENTACIÓN PARA EL MONITOREO DE VIBRACIONES

La instrumentación es vital y su propósito es localizar transductores en

puntos estratégicos a objeto de obtener una base de información consistente y

representativa.

Esta pasa por manejar algunos conocimientos de las ondas sísmicas

generadas por la tronadura a su alrededor, por ejemplo que su transmisión es esférica y su

descomposición se traduce en ondas del tipo P, S y R. Estas son las que transportan la

energía vibracional, por lo tanto, tener presente su relevancia que dependen de la geometría,

posición de la tronadura y sistema estructural, por ejemplo, la onda superficial es de menor

amplitud y viaja más distancia, por lo tanto son importantes su medición en campo lejano,

al contrario de las ondas P y S que son significativas cerca de la tronadura.

La instrumentación que se utiliza para medir las vibraciones de la roca

inducida por tronadura, consiste en:

- Transductores: Geófonos o acelerómetros para captar la señal, que se instalan en

forma solidaria a la roca.


95

- Sistema de cable: Encargados de llevar la señal captada por los transductores al equipo

de monitoreo.

- Equipo de adquisición: El cual recibe la señal y la guarda en la memoria.

- Computador: El cual tiene incorporado el software requerido para el traspaso de

información.

5.6.2.1.- TRANSDUCTORES DE VIBRACIÓN

Existe una gran variedad de transductores disponibles comercialmente, estas

unidades tienen la capacidad para medir velocidad o aceleración de partículas. Estos

convierten un pequeño movimiento físico, generado durante la vibración, a una señal de

voltaje equivalentes, según sea su sensibilidad. Los transductores deben reunir algunas

consideraciones prácticas, como son:

- Costo : En muchos casos es necesario instalar transductores permanentes en el

macizo rocoso, lo que evita efectos superficiales y permiten un análisis completo de una

tronadura. Bajo estas circunstancias, los transductores no son recuperables, y el costo de

cada unidad debe ser minimizado.

- Precisión : Gran parte del tiempo, esfuerzos y recursos están dedicados a la

instalación de los transductores de vibración, es importante entonces que ellos sean

confiables en el largo plazo.


96

- Relación señal/ruido : Si la salida del transductor es grande con relación a los

niveles de ruidos, los problemas detectados en minas subterráneas con respecto a

campos magnéticos pueden ser minimizados.

En la práctica, la selección de los transductores es un compromiso ya que no

existen unidades disponibles que reúnan todas las especificaciones indicadas previamente.

Transductores de velocidad del tipo usado en prospecciones geofísicas y sismologías son

baratos, confiables y tienen una alta relación señal/ruido, pero soportan un rango dinámico

muy limitado. Los dos tipos básicos de transductores usados para medir las vibraciones en

terreno son el acelerómetro y el geófono.

a) Acelerómetros

Los acelerómetros del

tipo piezoeléctrico tienen una alta

frecuencia natural y una respuesta lineal

bajo su frecuencia resonante, Figura 5.8.

La señal de salida es proporcional a la

aceleración, la cual debe por lo general

ser amplificada previamente a su

grabación. Los acelerómetros fácilmente

reúnen los datos especificados, por lo general son livianos, robustos pero caros. Son más

complejos de usar ya que requieren equipamiento auxiliar tal como fuente de poder y pre-

amplificadores, los que además pueden inducir problemas de ruidos eléctricos

Figura 5.8.- Acelerómetro


97

significativos. Los acelerómetros pueden ser recomendables cuando los transductores son

instalados en superficies, sin embargo es necesario indicar que es necesaria cierta

experiencia para la interpretación de los registros de aceleración, en particular a baja

frecuencia.

b) Geófonos

Los geófonos dan una

medición directa de la velocidad, y

consisten por lo general de un sistema

de bobina móvil soporta por resorte y un

imán fijo, Figura 5.9. Al contrario que el

acelerómetero, el geófono opera bajo

su frecuencia natural. Cuando se

miden frecuencias muy bajas, la salida

se ve influenciada por sus características de repuesta a la frecuencia y la señal resultante en

términos de nivel de vibración, debe ser adecuadamente corregida.

El geófono no es tan robusto como el acelerómetro, por lo que

eventualmente puede dañarse si es maltratado o mal manipulado, no requiere fuente de

poder adicional y normalmente no es necesario amplificar su señal, previa a su grabación.

Mediante la comparación entre la señal obtenida por un geófono y la señal

registrada por un acelerómetro en el mismo punto, se ha demostrado que los geófonos están

inhabilitados para responder a latas frecuencias, lo que sin embargo no es impedimento en

su capacidad para medir velocidad de partícula según los requerimientos de datos antes

Figura 5.9.- Geófono


98

mencionados. Como regla general se puede establecer que resulta inadecuado usar un

transductor de velocidad del tipo bobina móvil, cuando las frecuencias dominantes sean

muy probablemente superiores a los 500 Hz.

En el presente estudio se utilizará como sensor para medir la velocidad de las

partículas, el geófono debido a su menor costo y simplicidad para operarlo.

5.6.2.2.- EQUIPO DE ADQUISICIÓN

Los transductores son comúnmente instalados en un arreglo triaxial, y la

señal cada uno es recolectada separadamente. En algunos casos se requieren de múltiples

canales, cada uno de los cuales puede ser amplificado o atenuado. Después de ésta

amplificación (o atenuación), las señales de salida análoga son convertidas en señal digital

y grabadas. Se han empleado comúnmente tanto grabadoras como un monitor de

vibraciones del tipo BLASTRONICS BMX de 8 a 16 canales.

El tipo de equipo seleccionado debe en general poseer las siguientes

características principales:

- Múltiples canales de adquisición.

- Diferentes rangos de entrada para cada canal.

- Cubrir un ancho de banda de 1 Hz a 5 Hz.

- Bajo consumo de energía que facilite su independencia.

- Algún grado de portabilidad. (tamaño y peso)

- Iniciación remota o automática. (según un umbral o circuito abierto)


99

5.6.2.3.- EQUIPO DE ANALISIS

La información de vibraciones son comúnmente analizadas en un

computador IBM- PC compatible. El análisis de los datos requiere de un conjunto

computador y software con capacidades para un manejo integral de la forma de la onda y

donde las principales tareas que deben realizar son:

- Desplegar múltiples señales.

- Amplificación de partes de la señal total.

- Cursor móvil sobre la señal para un análisis acucioso de los tiempos y amplitudes.

- Generar el vector suma de sus tres componentes ortogonales.

- Derivación e integración de inversión de las ondas.

- Despliegue y filtro de las señales en el dominio de la frecuencia.

- Comunicación externa hacia impresora o plotter.

5.6.3.- PROCEDIMIENTO PARA EL MONITOREO DE TRONADURAS

La medición de sucesos en terreno implica todo un despliegue de equipos y

elementos para medir vibraciones de una tronadura o carga puntual.

Por lo tanto antes de monitorear una tronadura, es necesario definir con el

área tronadura y geomécanica el sector a evaluar y planificar de acuerdo a la fecha que se

realizará la tronadura cada unas de las actividades a realizar.

A continuación se detallan cada una de las actividades que se realizaron para

realizar el monitoreo de una tronadura.


100

5.6.3.1.- INSTALACIÓN DE GEOFONOS

Para realizar mediciones en terreno se instalará un arreglo de geófonos, el

cual consiste en dos geófonos del tipo triaxial y uno del tipo uniaxial, por lo tanto en

terreno se realizarán 5 perforaciones de 12 m de profundidad, utilizando tres de ellas para la

instalación de los geófonos y las dos restantes para realizar detonaciones con la finalidad de

medir la velocidad de propagación de la onda P de la roca. Los geófonos son ubicados en la

berma del banco y sus coordenadas son obtenidas del software Autocad, las cuales son

enviadas a topografía para que sean replanteados y posteriormente perforados en el banco

donde se encuentra la tronadura a monitorear

Para la construcción e instalación del arreglo se utilizan los siguientes

materiales:

- 2 geófonos triaxiales y 1 uniaxial dentro de una copla de PVC asegurado con resina.

- 200 metros de cable multiconductor.

- 12 tubos de PVC de 75 mm diámetro interior y 3 m de longitud.

- 4 Pegamento para PVC.

- 4 Cinta aisladora.

- 240 lts de concreto x Geófono. Total = 720 lts de concreto con Sika por prueba.

Cada geófono se adhiere a una copla y este se une a un extremo del primer

tubo de PVC, introduciendo el cable a través del tubo de hasta el otro extremo para ello se

utiliza pegamento y huincha aisladora. Se debe marcar claramente en el tubo la dirección

radial del geófono para su correcto direccionamiento en la instalación.


101

Una vez en terreno para su instalación, se baja por el pozo perforado el tubo

que lleva adherido a extremo inferior el geófono , luego se van uniendo los demás tubos de

PVC (cuatro en total), asegurándose que la marcación en cada tubo que indica el

direccionamiento radial coincidan. Una vez introducido los tubos en el pozo, mediante un

tester se chequean la continuidad en los cables del geófono para asegurarse que no se

dañaron durante la instalación.

Para finalizar se vierten los 240 lts de concreto en el pozo con la finalidad de

consolidar el geófono y el tubo al macizo circundante, los geófonos deben estar instalados

por lo menos 48 horas antes que se realice la tronadura.

5.6.3.2.- CONFIGURACION DEL EQUIPO

El equipo utilizado en el estudio es un monitor BMX de Blastronics. Antes

de la tronadura se deben conocer los parámetros para la configuración del equipo, como el

número y la sensibilidad de los geófonos, la cercanía de estos a la tronadura, esto para

estimar el nivel máximo de velocidad de partícula y el tiempo total de duración del evento

de tronadura. Todos estos parámetros básicos son ingresados en el software BMX que es el

complemento del equipo y que se encuentra en el computador que se conectará al equipo en

terreno. La configuración final estará en archivo ASCII y leíble por el programa BMX que

permitirá la iniciación del equipo.

5.6.3.3.- MEDICIÓN ONDA ELEMENTAL

Esta técnica consiste en detonar una carga puntual delante de los geófonos

para análisis de carga elemental. Para ello se utilizan dos geófonos 1 triaxial y otro uniaxial.


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Los geófonos son conectados al equipo BMX, para ello se extiende un cable

multiconductor hasta un sector lejos de la detonación donde se situará la caja de conexión,

la que se conecta mediante un cable coaxial al equipo. La iniciación del equipo se realiza

por medio de un cable que es conectado entre el equipo y la iniciación de la carga lo cual

permite que el equipo inicie la medición al iniciarse la carga explosiva.

Minutos antes de cada monitoreo se deben chequear que todas las

conexiones, estén bien realizadas y que exista continuidad en cada una de ellas desde los

geófonos hasta el equipo, si todo está bien se sigue con el encendido del equipo y el

computador, se inicia el programa de captura BMX y se procede a cerrar la cubierta del

equipo y a despejar el sector comprometido con la detonación.

El monitor de vibraciones recibe la señal análoga captada por los geófonos

que contiene la velocidad de partícula en su componente radial, la cual es procesada y

almacenada en un computador personal conectado al monitor, para ser analizada

posteriormente con el paquete de análisis de vibraciones BMX Versión 4.0 incorporado al

computador. Con este software se pueden obtener directamente las velocidades de

vibración.

5.6.3.4.- MEDICION DE VIBRACIONES

Para realizar los monitoreos de vibraciones se utilizarán los dos geófonos

triaxiales, y se realiza el mismo procedimiento descrito anteriormente.


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5.6.3.5.- ANALISIS E INTERPRETACION

Una vez realizado el monitoreo de vibraciones generado por la tronadura,

con el software BMX se pueden cuantificar una serie de factores tales como:

- Medir y evaluar los explosivos en condiciones de operación.

- Evaluar la eficiencia de la secuencia de detonación.

- Desarrollar modelos que permitan predecir la onda completa de vibraciones en un punto

específico.

- Cautelar y reducir la generación de daño en instalaciones mineras y obras civiles.

- Lograr mejoras sustantivas en la operación y control de los resultados de las tronaduras.

- Obtener en forma directa los peak máximos de velocidad de partícula originados por la

tronadura.

Un adecuado análisis e interpretación de esta información resulta de vital

importancia para evaluar una tronadura y conocer realmente que es lo que sucede con cada

una de las variables que afectan el proceso.

5. capv fundamentos teoricos

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