disminución del ruido y vibraciones.doc

UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURÍMAC

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN.

UNIVERSIDAD NACIONAL MICAELA BASTIDAS DE APURIMAC

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

CURSO : Metodología De Investigación

TEMA : Disminución del ruido y vibraciones producidas

Por la voladura de roca.

DOCENTE : Doc. David Huamán Rodrigo.

ALUMNO : Maruri Meza Dante.

SEMESTRE : 2011 - I

ABANCAY - APURÍMAC

2011




DATOS GENERALES.

INSTITUCIÓN : UNAMBA.

TITULO : DISMINUCIÓN DEL RUIDO Y VIBRACIONES PRODUCIDAS POR LA VOLADURA DE ROCAS.

ÁREA DE INVESTIGACIÓN: LA INVESTIGACIÓN DEL TEMA SE INSCRIBE DENTRO DEL ÁREA DE VOLADURA DE ROCAS EN LA ACTIVIDAD DE LA MINERÍA, EN EL CUAL ES EN DONDE SE ORIGINAN LOS FENÓMENOS DEL RUIDO Y LA VIBRACIÓN.

FECHA DE PRESENTACIÓN : JULIO DEL 2011.

I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

1.1 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

La creciente importancia del problema de los niveles de vibración y del ruido producido por las voladuras, es buscar criterios de medición que permitan evaluar y reducir el impacto acústico y vibratorio en las voladuras de rocas, mediante una investigación de un nuevo diseño de las vibraciones. Las vibraciones producidas por la actividad extractiva minera, siempre tiene consecuencias diversas, primero sobre la estabilidad de las formaciones rocosas que pueden llegar a situaciones de peligro y riesgo, tanto a la misma actividad como al trabajador de la mina; el segundo, la suma de vibraciones en el tiempo da lugar al desarrollo de zonas de acumulación potencial en niveles internos o externos, cuyas consecuencias siempre son la inestabilidad y el peligro que acarrea. Por ejemplo, la aparición de aguas freáticas en sectores no esperados, o la pérdida de las mismas. Pero el problema central es sobre la planificación de las actividades mineras que son perturbadas e inesperadas.

El presente trabajo de investigación sobre la disminución de ruido y de las vibraciones en un medio rocoso en la actividad minera trata de establecer algunos modelos y métodos que nos ayuden a controlar dichas vibraciones.

1.2 JUSTIFICACION.

El fin de este trabajo de investigación es disminuir el ruido que se genera por la voladura de rocas en la minería artesanal de Ancasillay Lucre.

Para ello se hace una serie de estudios, y simulaciones de voladura para su estudio correspondiente del ruido y vibración que genera una voladura en un frente de trabajo.

1.3 OBJETIVOS.

a) OBJETIVOS GENERALES.

Controlar y regular las vibraciones generadas por las voladuras haciendo uso de un adecuado criterio para la ejecución de taladros y cargas explosivas.




b) OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Realizar modelos para estimar las vibraciones que nos permitan definir técnicas de reducción.

Registrar amplitudes de vibración en voladuras utilizando distintos productos explosivos.

Reducir las vibraciones terrestres basadas en el diseño de voladura. Minimizar las vibraciones producidas por los taladros de producción logrando

de esta manera no desestabilizar al talud.

II. MARCO TEORICO.

2.1 ANTESEDENTES.

Hay antecedentes de un modelo de reducción del ruido y vibraciones en la mina de Marza Trujillo.

2.2 BASES TEÓRICAS.

2.2.1 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LAS VOLADURAS

Las perturbaciones originadas por las voladuras en un medio rocoso son los siguientes.

Onda aérea.

Proyecciones de roca.

Vibraciones.

Polvo.

Todas ellas pueden causar daños en las estructuras próximas. Para su control es necesario entender:

La teoría de generación y propagación de las vibraciones y onda aérea producidas por las voladuras

La metodología de estudio.

Los criterios de daño aplicables, y los parámetros de diseño.




VIBRACIONES DEL TERRENO POR EFECTOS DE LA VOLADURA

2.2.2 VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERISTICAS DE LAS VIBRACIONES:

Geología local y características de la roca.

Carga operante.

Distancia al punto de la voladura.

Consumo específico de la voladura.

Tipo de explosivos.

Tiempos de retardo.

Variables geométricas de las voladuras.

2.2.3 GEOLOGIA LOCAL Y CARACTERISTICAS GEOMECANICAS DE LAS ROCAS.

Macizos rocosos homogéneos y masivos.

Estructuras geológicas complejas.

Presencia de suelos de recubrimiento sobre sustratos rocosos.

2.2.3 CARGA OPERANTE.

La magnitud de las vibraciones varía según la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto al lugar de la voladura.

En lugares donde se emplea más de un número de detonador, es la mayor carga por retardo la que influye directamente en la intensidad de las vibraciones y no la carga total empleada en la voladura.




Cuando en la voladura existen varios taladros con detonadores que poseen el mismo tiempo de retardo nominal, la carga máxima operante suele ser menor que la total, debido a la dispersión en los tiempos de salida de los detonadores empleados.

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 potencial.

2.2.4 DISTANCIA AL PUNTO DE LA VOLADURA.

La distancia a las voladuras tiene, al igual que la carga operante, tiene una gran importancia sobre la magnitud de las vibraciones.

Conforme la distancia aumenta, la intensidad de las vibraciones disminuye.

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 un filtro pasa bajos. Así, a grandes distancias de las voladuras, las vibraciones del terreno contendrán más energía en el rango de las frecuencias bajas (ver figura).

Modificación de las vibraciones al propagarse por terrenos de diferente estructura y características.

2.2.5 TIPOS DE EXPLOSIVOS.

Existe una correspondencia entre las velocidades de partícula y las tensiones inducidas en las rocas, y tal constante de proporcionalidad es la impedancia del medio rocoso.

La primera consecuencia práctica es que aquellos explosivos que generan presiones de taladros más bajas, provocarán niveles de vibraciones inferiores.




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

Si se compara la misma cantidad de ANFO con un HANFO, la intensidad de las vibraciones generadas por el primero es de alrededor de 1.5 veces menor.

En los estudios sobre vibraciones, si se utilizan explosivos de potencias muy dispares, las cargas deben ser normalizadas a un explosivo patrón de potencia conocida. Este explosivo puede ser el ANFO, puesto que se consume en mayor cantidad.

2.2.6 TIEMPOS DE RETARDO.

El intervalo de retardo entre las detonaciones de taladros puede referirse al tiempo de retardo nominal o al tiempo de retardo efectivo. El tiempo de retardo nominal es la diferencia entre los tiempos nominales de iniciación. El tiempo de retardo efectivo, es la diferencia de los tiempos de llegada de los pulsos generados por la detonación de los taladros disparados con periodos consecutivos.

Langefors (1963) señala que con intervalos mayores a 3 veces el periodo de vibración, no existe colaboración entre taladros adyacentes detonados en forma secuenciada, debido a la amortiguación de las señales.Nobel’s Explosive Co. señala para voladuras secuenciadas, que con tiempos de retardo menores que 25 ms, existen interferencias constructivas en el nivel máximo de vibración.

2.2.7 VARIABLES GEOMETRICAS DE LAS VOLADURAS.

La mayoría de las variables geométricas de diseño de las voladuras tienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas. En resumen:

DIÁMETRO DE PERFORACIÓN: El aumento del diámetro de perforación, resulta en cargas operantes en ocasiones muy elevadas.

ALTURA DE BANCO: Para obtener una buena fragmentación y reducir el nivel de vibraciones, se sugiere mantener la relación H/B>2.

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. En cuanto al espaciamiento, su influencia es semejante, e incluso su dimensión depende del burden. Efectos de una carga explosiva según la dimensión del burden.




SOBREPERFORACIÓN: A mayor longitud, la cantidad de energía es cada vez menor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base. El porcentaje cada vez mayor de la energía desarrollada por el explosivo, se convierte en vibraciones del terreno.

TACO: Si la longitud del taco es excesiva, además de presentar problemas de fragmentación, se aumenta el confinamiento, dando lugar a mayores niveles de vibraciones.

DESACOPLAMIENTO: Empleando desacoplamientos del 65 al 75 %, se mejora la fragmentación y la uniformidad de la granulometría (Melnikov), asimismo, se disminuye el % de voladura secundaria, el consumo específico de explosivos y la intensidad de las vibraciones del terreno (ver figura).




Influencia del desacoplamiento (relación entre el diámetro de la carga y el diámetro del taladro) en la intensidad de las vibraciones Según Atchinson (1970).

2.2.8 CARACTERISTICAS DE LAS VIBRACIONES.

Aspectos teóricos de la generación y propagación de las vibraciones producidas en las voladuras de rocas.

Somera aproximación al problema – los fenómenos reales son mucho más complejos debido a la superposición de las ondas y mecanismos modificadores de éstas.

Tipos de ondas sísmicas generadas.

Parámetros de las ondas.

Atenuación geométrica.

Amortiguación inelástica.

Interacción de las ondas elásticas.

2.2.9 TIPOS DE ONDAS SISMICAS GENERADAS.

Las vibraciones generadas en las voladuras se transmiten a través de los materiales como ondas sísmicas cuyo frente se desplaza radialmente a partir del punto de detonación. Las distintas ondas sísmicas se clasifican en 2 grupos:

ONDAS INTERNAS.

Estas ondas se propagan por el interior del sólido rocoso en nuestro caso y dentro de las cuales encontramos:




Las ondas longitudinales, de compresión o principales P y Las ondas transversales, de cizalladura o secundarias S.

ONDAS DE COMPRESIÓN Y DE TENSIÓN

Ondas Primarias “P” o de Compresión, estas se propagan dentro de los materiales, produciendo alternativamente compresiones y rarefacciones y dando lugar al movimiento de la partícula en la dirección de la propagación de la onda. Son más rápidas y producen cambios de volumen, pero no de forma, en el material donde se propagan.

DONDE:

Vp = Velocidad de Onda P (m/s).

E = Módulo de Young (Mpa).

δm = Densidad del medio (ton/m3).

ν = Módulo de Poisson.

2.3.1PARAMETROS DE LAS ONDAS SENOSOIDALES.

DESCRIPCION DEL FENOMENO DE VIBRACION.

Se entiende por vibraciones un fenómeno de transmisión de energía mediante la Propagación de un movimiento ondulatorio a través de un medio. El fenómeno de vibraciones queda caracterizado por una fuente o emisor, esto es, un generador de vibraciones, y por un objeto o receptor de las mismas. El fenómeno de las vibraciones se manifiesta mediante un movimiento ondulatorio. En el caso de las vibraciones generadas en voladuras, se trata de unas ondas que se generan en el interior de la corteza terrestre, como consecuencia de la detonación del explosivo, y que se propagarán por el terreno circundante, aunque puede propagarse también por el aire (Jesús A. Pascual de Blas).

El paso de una onda sísmica por un medio rocoso produce en cada punto de éste un movimiento que se conoce por vibración.

Una simplificación para el estudio de las vibraciones generadas por las voladuras consiste en considerar éstas como ondas de tipo sinusoidal.




Movimiento ondulatorio sinusoidal.

AMPLITUD (A)

Desplazamiento máximo de un punto del terreno desde su posición de reposo, en pulgadas o milímetros.

VELOCIDAD DE PARTÍCULA (V).

La rapidez con la que la una partícula se mueve cuando deja su punto de reposo. Empieza de cero, se eleva a un máximo y regresa a cero. Esta se mide en pulg/s o en mm/s.

ACELERACIÓN (A).

Es el rango al cual la velocidad de la partícula cambia. La fuerza ejercida por la partícula que vibra es proporcional a la aceleración de la partícula. La aceleración se mide en fracciones de ¨g¨ la aceleración de fuerza de gravedad.

Ritmo de cambio de la velocidad se mide en pies/s2 o m/s2.

FRECUENCIA (F).

El numero de vibraciones y oscilaciones que ocurren en un segundo, designados como hertz (HZ).

Los sismógrafos para vibración normalmente miden la velocidad de partícula ya que las normas para determinar daños se basan en la velocidad de partícula. Existen, sin embargo, sismógrafos de desplazamiento y sismógrafos d aceleración, los sismógrafos de velocidad pueden ser equipados también para integrar o diferenciar electrónicamente las señales de velocidad y producir un registro de desplazamiento o de aceleración.




2.3.2 ESTIMADORES DE LEYES DE PROPAGACIÓN DE VIBRACIONES TERRESTRES

Una de las etapas fundamentales en el estudio y control de las vibraciones generadas por voladura es la constituida por la determinación de las leyes que gobiernan la propagación de las mismas en los distintos medios.

Existen diversos métodos para estimar los movimientos del terreno inducidos por las voladuras. Tales métodos son relativamente simples, pues de lo contrario no habrían tenido aceptaciones en el campo práctico de la minería y obra pública.

2.3.3 ESTIMADORES DE VIBRACIONES TERRESTRES.

Una de las primeras ecuaciones de propagación fue sugerida por morris (1950) y obedece a la expresión:

A = (KQ/DS)1/2

Donde:

A: amplitud máxima de la partícula (mm)

Q: peso de la carga del explosivo (kg)

DS: distancia desde la voladura al puno de registro (m)

K: constante característica del lugar que varía desde 0.57 para rocas duras competentes, hasta 3.40 para suelos no consolidados.

Leconte (1967), en una revisión de las técnicas de control de vibraciones, sugiere la situación de la amplitud máxima de partícula de la formula de Morris por el vector suma de la velocidad de partícula tomando la ecuación anterior la formula siguiente:

A = K (Q/DS)1/2

Donde:

DS: distancia

Q: Carga máxima por retardo.

K: Constantes empíricas.

Entre los trabajos posteriores más rigurosos destacan los de Dubái (1954), Dubái y petkof (1959) intentando también correlacionar la intensidad del movimiento sísmico generado con la cantidad de carga de explosivo y la distancia a la fuente.

Suponiendo una simetría de la carga explosiva, la conclusión fue que cualquier dimensión lineal debe ser corregida por la raíz cúbica de la carga del explosivo. Resultados similares fueron obtenidos por Ambraseys y hendron (1968) y dowding (1971).

En sentido general y tomando como parámetro más característico de las vibraciones la velocidad de partícula, se afirmaba que la intensidad de las ondas sísmicas y la




distancia reducida (cociente entre la distancia y la carga elevada a un exponente) según la siguiente ley.

V = K X (DS/Q 1/3)-n

Donde:

V: velocidad de partícula

DS: distancia

Q: Carga máxima por retardo

K,n: Constantes empíricas.

Si se utilizan cargas de explosivo cilíndricas, se ha visto por análisis dimensional que las distancias deben ser corregidas dividiéndolas por la raíz cuadrada de la carga, devine (1962), devine y Duball (1963), llegándose a definir la siguiente ley de propagación.

V = K X (DS / Q ½)n

Esta expresión ha sido una de las más empleadas hasta la actualidad por numerosos investigadores, organismos oficiales, usuarios y empresas fabricantes de explosivos.

2.3.4 INTERPRETACIÓN DEL REGÍSTRO DE VIBRACIÓN.

En el evento de ocurrir de sensibilización dinámica, se podría esperar ver menos trabajo (energía liberada) producida por el explosivo

Al ocurrir esto, se debía ver trazas (pulsos) de vibración de menor amplitud y posiblemente la ausencia de algunas cargas (falta de detonación o detonación de baja orden).

Bueno, entonces qué vimos?




2.3.5 CONCLUSIONES DEL ANÁLISIS DEL REGÍSTRO DE VIBRACIÓN

Al parecer densensibilización dinámica en el cuele (y el resto de la voladura) no haya acontecido, se puede identificar todas las cargas correspondientes

El pobre avance logrado no se puede atribuir a malas prácticas de cebado y carguío (aunque en verdad la precisión – calidad – de la perforación no es alta)

La temperatura ambiental en la frente era de 36oC, y por ende rigidéz excesivo del producto (problemas de manejo) no habría contribuido a minimizar grado de acoplamiento entre roca y explosivo.

MODELAMIENTO DE RESULTADOS DE VOLADURA

Las propiedades geotécnicas del macizo rocoso en el cual se desarrollaba la prueba y donde se notó el problema son:

UCS = 200 MPa

Módulo de Young = 75 GPa

Vp = 5500 ms-1

Densidad = 3.8 g/cc

Se hizo uso del modelo de propagación de vibración, Holmberg y Persson, para estimar los contornos de niveles de vibración esperada, consistente con cada carga, y así se estimaba el tamaño o rango de distancia alrededor de cada carga, con buena fragmentación.

Este modelo fue utilizado a través del software Vibration Contours in

Rock*o VCR y hoy día se incorpora en el software de diseño y

Análisis de voladuras de Austin International, QED.

2.3.6 INJERENCIA DEL MACIZO ROCOSO EN ZONAS DE VIBRACIÓN, DAÑO, FRACMENTACION

La variabilidad en características del macizo rocoso tendrá un impacto profundo en los resultados de la voladura

– Densidad

– Resistencia (compresión/tracción) / Modulo

Diseñar voladuras de producción sin tomar estos elementos en cuenta puede ser una práctica peligrosa

Por ende interacción entre departamentos de P&V y Geología/Geomecánica es altamente Recomendable.




Las consecuencias de especificar burden y espacimiento en forma incorrecta pueden ser muy costos en terminos de:

Fragmentación inadecuada

Remoción incompleta del burden (puentes o pechugas)

Daño por sobrequiebre.

La necesidad de re perforar (aprox. US$40,000 en un caso particular)

Presencia de peligro durante proceso de rehabilitación de caserones y puntos de extracción pos-daño

Pérdida o atraso en producción.

2.3.7 EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE PRODUCTOS DE PERÍMETRO – MEDICIÓN DE VIBRACIÓN

Se registra amplitudes de vibración en voladuras utilizando distintos productos Se mantiene constante la distancia entre voladura y geófono Comparación cuantitativa de vibración de perímetro respecto a la vibración de cargas de producción (estándar) permite evaluar capacidad de disminuir niveles de vibración según producto.




Se puede observar (de paso) que algunos de los barrenos del perímetro fueron cargados con el producto 70/30 en vez del más liviano 50/50.

El análisis que sigue solamente contemplaba los niveles de vibración atribuida al producto 50/50, comparando estos niveles con los de la parte principal de la

voladura, resultando ser 54.5 % de la intensidad máxima de la voladura.

2.3.8 MODELOS UTILIZADOS PARA ESTIMAR LA PROPAGACION DE VIBRACIONES EN UN MEDIO ROCOSO




INSTRUMENTACION DE REGISTRO Y ANALISIS DE VIBRACIONES

Para realizar un estudio de vibraciones es preciso disponer de adecuados instrumentos, que suelen estar constituidos por:Una cadena de medida para la detección y registro de las vibraciones, y una cadena de tratamiento, para el análisis de las señales registradas.

SECUENCIA DE OBTENCIÓN DE REGISTROS.

Voladura Sismogramas

2.3.9 ALTERNATIVAS PARA LA REDUCCION DE VIBRACIONES

Pre corte.

Trim Blasting.

Reducción de cargas.

MONITOREO Y ANALISIS DE VIBRACIONES EN PRECORTE




CARGA LINEAL DESACOPLADA

VOLADURA CON TRIM BLASTING

Consiste en una voladura de minimo 3 a 4 una sola filas de perforación con cargas de explosivo desacopladas. Está técnica implica un arranque de roca hacia un frente libre, por lo que el espaciamiento de las cargas es mayor y resulta de un menor costo.

FACTORES CRÍTICOS PARA VOLADURA TRIM BLASTING.

Control sobre distribución de energía

Manejo de diámetro de perforación

Confianza y control sobre la secuencia de iniciación y los tiempos utilizados




Criterio en elegir dirección de desplazamiento de la voladura

Contar siempre con cara libre

VARIABILIDADES DE DISEÑO DE VOLADURA TRIM.

VOLADURA TRIM .

EVALUACIÓN DE RESULTADOS.




“TRIM BLASTING”

USO DE TACO DE AIRE




EFECTO DEL TACO DE AIRE.

MEDICIÓN DE VIBRACIÓN




III. HIPOTESIS Y VARIABLES.

3.1 HIPOTESIS.

La medición de sus magnitudes fundamentales y la legislación que las regula sirven

para controlarlas, reducirlas y hacerlas imperceptibles tanto para las personas como

para las estructuras del macizo rocoso cercanas, que eventualmente podrían verse

afectadas por ellas.

A través de la utilización de los modelos podemos disminuir las vibraciones en la

actividad minera.

El desarrollo de un Desacoplamiento de las Cargas Explosivas, en los taladros de

contorno, tiene por finalidad generar una voladura de control en la cual la presión de

detonación y por ende la presión de explosión disminuya a límites tales que no

produzcan un sobre quiebre, sino crean una zona fracturada que evacue los gases

3.2 VARIABLES.




VARIABLES INDEPENDIENTES

factores geológicos.

factores topográficos.

VARIABLES DEPENDIENTES:

fisuras, grietas, fallas.

inclinación, buzamiento.

IV. METODOLOGIA.

4.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACION.

El tipo de metodología que se aplico para este trabajo de investigación es de tipo descriptivo aplicativo.

4.3 POBLACION Y MUESTRA.

POBLACION. Es el conjunto de operaciones mineras en la región Apurímac. Pero exactamente en la provincia de aymaraes en las minas artesanales.

MUESTRA. La muestra lo tomamos en la empresa minera artesanal de Ancasillay Lucre.

V. ADMINISTRACION DEL PROYECTO.

5.1 CRONOGRAMA.

TABLA DE CRONOGRAMACION DEL PROYECTO

nº actividades AGOSTO SETIEMBRE OCTUBRE

1Recolección de la información disponible X

2 Estudio del material teórico X

3 Discusión del problema X

4 Experimentación X

5 Procesamiento y análisis X

6 Informe final X




5.2 PRESUPUESTO. El presupuesto durante el trascurso de la investigación se presenta

en la siguiente tabla:

TO TA LS/ .

284.00

5.3 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

López Jimeno, “Manuel de Perforación y Voladuras de Roca”

Diseño de voladuras de rocas, Abrahán

Manual de voladuras Famesa.

DESCRIPCIÓN UNID. CANTID.PRECIO (S/.)

TOTAL (S/.)

Material de Escritorio 1 1 20 20.00

Papel bond 200 200 0.1 20.00

Fotocopias 60 60 0.1 6.00

USB 1 1 30 30.00

Impresión 30 30 0.1 3.00

Servicios(hospedaje) 2 3 45 45.00

Movilidad 2 4 20 160.00

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