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Fragmentacin SustentableApl icacin de las Ingenier as Geotcnica & Voladura,
agregando Valor en el Negocio Minero
DAO POR VOLADURA Y TECNICASDE EVALUCION
Arequipa Per6, 7 y 8 de Julio 2009
Expositor:Carlos R. Scherpenisse
1ra Jornada GeoBlast - Arequipa Per
Av. Alonso de Crdova 5710 Of. 902 Las Condes Santiago Phone: +56 2 7144200 Fax: +56 2 7144230 website: www.geoblast.cl
Mecanismos de Dao1. Esfuerzo Induce fracturamiento
2. Extensin y Dilatacin de Fracturas
3. Efecto Crter (Expansin en la Sup.)
4. La Vibracin induce deslizamientos
1
-
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Impacto en el Campo-Lejano(fuera del rango de fracturamiento o extensin de fracturas)
Impacto en el Campo-Cercano(dentro del rango de fracturamiento & extensin de fracturas)
(reas de Influencias)
La Voladura InduceFracturamiento
Ref.: C. K. McKenzie
Vibracin EsfuerzoEsfuerzo induce fracturamiento
La Voladura Induce
Fracturamiento
Dentro de la Voladura FragmentacinFuera de la Voladura Dao
Ref.: C. K. McKenzie
2
-
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La Deformacin y la Vibracinestn relacionadas
PPV
VpDeformacin, =
T
E=
=PPVcrit V T
E
p
La Voladura InduceFracturamiento
Ref.: C. K. McKenzie
PPV
Propiedades del Diseode la Voladura
V T
E
p=
Propiedades dede la Roca intacta
Crtica
La Voladura Induce
Fracturamiento
Ref.: C. K. McKenzie
3
-
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1.- Intenso fracturamiento (4 PPVc)2.- Crear nuevas fracturas (1 PPVc)3.- Extender fracturas pre-existentes ( PPVc)4.- Reducir la Cohesin y prod. Deslizamientos
la vibracin, produce en la rocadiferentes efectos :
Dependiendo de su intensidad,
La Voladura InduceFracturamiento
Ref.: C. K. McKenzie
Fracturamiento Nuevo Estabilidad en el Corto Plazo
Dilatacin de Fractura Estabilidad de Largo Plazo
A Nivel de Banco y Talud:
La Voladura Induce
Fracturamiento
4
-
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TIPO DEROCA
Resistencia
[MPa]
a la Traccin YoungMdulo de
[GPa]
de Onda P
[m/s]
VelocidadCrtica PPVc
[mm/s]
Velocidad de Partcula
14.07.31.96.77.28.43.9
14.913.211.36.75.1
5 1024 2982 9404 3734 8044 2074 041
4 9754 6504 6503 8293 661
55.530.214.635.244.442.739.3
67.348.658.331.246.6
1 2861 037
380836774823401
1 1001 260900823401
Cuarzo-1Brecha-1Milonita
Ox-1Ox-2
Cuarzo-2Brecha-2
Andesita-1DioritaBrecha-3Prfido-1Prfido-2
La Voladura induce Fracturamiento
Intenso Fracturamiento 4 * PPVc
Extender Fracturas * PPVc
Nuevas Fracturas 1 * PPVc
7
7
Distancia [m]20 25 30 35 40 45 50 55
0
100
200
300
400
500
600
700200Kg
300Kg
400Kg
500Kg
600Kg
baco de Diseo segn Carga Explosiva
Prfido
Umbral de Dao porVibracin, 250 mm/s
5
-
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Voladura deContorno
Voladura de Produccin(Carga Normal de 550 Kg)
30m
Lnea de Programa / Pre-Corte
Pie de banco superior
Distancia Mnima hasta la cual realizarVoladuras de produccin normal
270 mm dim., Cf=410Kg(Heavy Anfo 30/70) + Cc=160Kg(ANFO)
-5
Zona de intensofracturamiento (6.6m)
Zona de creacin deNuevas fracturas (12.8m)
Zona de extensiny Dilatacin defracturas (24m)
50-35
0LP
Contornos de Vibracin y Dao
6
-
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-
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8/26
Zona de dao
Voladura de Producc in
(Carga Normal de 850 Kg)
45m
Lnea de Programa / Pre-Corte
Pie de banco superior
Distancia Mnima hasta la cual realizarVoladuras de produccin normal
Zona de dao
Voladura de Producc in
(Carga Normal de 850 Kg)
22m
Lnea de Programa / ConPre-Corte
Pie de banco superior
Distancia Mnima hasta la cual realizarVoladuras de Produccin normal
8
-
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Abaco para Carga Amortiguado (350 Kg)Tronadura CON y SIN PreCorte
0,00,0
250,0250,0
500,0500,0
750,0750,0
1000,01000,0
1250,01250,0
1500,01500,0
55
1010
1515
2020
2525
3030
3535
4040
4545
5050Distancia mDistancia m
T. S/precT. S/prec T. C/precT. C/prec Vcrit. 308 mm/sVcrit. 308 mm/s
Vcrit / 4 = 308
Zona de dao
Voladura de Produccin
(Carga Normal de 350 Kg)
29m
Lnea de Programa / Pata
Pie de banco superior
Distancia Mnima hasta la cual realizarVoladuras de Amortiguacin normal
9
-
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Zona de dao
Voladura de Producc in
(Carga Normal de 350 Kg)
14m
Lnea de Programa / ConPre-Corte
Pie de banco superior
Distancia Mnima hasta la cual realizarVoladuras de Amortiguacinnormal
Modelos de Vibracin y Diseos por Sector
ZONA SURESTEALTO BANCO 4140
(Noviembre 2001)DEVINE:Kspc = 458.4 ; = -1.64Kcpc 6 3/4" = 485.5 ; = -2.56Kcpc 3 1/2" = 478.7 ; = -2.57
HOLMBERG&PERSSONKspc = 541.9 ; = 0.87Kcpc 6 3/4" = 582.7 ; = 1.41Kcpc 3 1/2" = 581.7 ; = 1.47
ZONA NORTEBANCOS 4190 Y 4210
(Enero 2000 - Abril 2000)DEVINE:K50 = 511.6 ; = -1.5488K81 = 745.0 ; = -1.5488
HOLMBERG&PERSSONK50 = 548.6 ; = 0.8096K81 = 776.9 ; = 0.8096
SURESTEBAJO BANCO 4070
(Octubre 2002)DEVINE:K50 = 501.7 ; = -1.1557K85 = 597.0 ; = -1.1557
HOLMBERG&PERSSONK50 = 532.4 ; = 0.6483K83 = 642.0 ; = 0.6483
FASE 3BANCO 4230 (Enero 2001)
DEVINE:Kcpc = 280.8 ; = -1.5763Kspc = 430.0 ; = -0.8545
HOLMBERG&PERSSONKcpc = 296.7 ; = 0.8899Kspc = 446.7 ; = 0.4569
SECTOR CUABANCO 4270 (Junio 2000)
DEVINE:Kspc = 688.5 ; = -1.9894Kcpc = 463.9 ; = -1.9726
HOLMBERG&PERSSONKspc = 747.4 ; = 1.0383Kcpc = 495.6 ; = 1.0212
ZONA SURBANCOS 4170 Y 4210
(Enero 2000 - Junio 2000)DEVINE:K50 = 452.3 ; = -1.7681K80 = 613.2 ; = -1.7681
HOLMBERG&PERSSONK50 = 482.2 ; = 0.9228
K80 = 658.8 ; = 0.9228VP4170 = 3236 [m/s]VP4210 = 2233 [m/s]
VP = 2135 [m/s] VP = 1785 [m/s]
VP = 1890 [m/s]VP = 3962 [m/s]
VP = 3382 [m/s]
10
-
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Contornos de Vibracin
Fase 0 Diseo Actual 12 (Lp=0)(5x5.5)(7x11)(9.5x11)
Fase 0 Diseo Propuesto 9 7/8 (Lp=2)(7x4)(7x8)(7x8)
Reduccin delContorno de Daosobre la Cresta
: > 5600
: 2800 a 5600
Rango PPV [mm/s]
: 1400 a 2800
: 350 a 1400
: > 5600
: 2800 a 5600
Rango PPV [mm/s]
: 1400 a 2800
: 350 a 1400
Contornos de Vibracin
-20
-15
-10
-5
0
5
-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
P1 P2B9.5m7.5m5.0m
A109338374
317685497
1307813512
1.2m
5.0m 10.0m 10.0m
PPV [mm/s]a-3m de LP
7.0m
2 014
2 926
DISEO ACTUAL FASE-0, 12 1/4",Malla: 9.5x11, 7m de Taco, 243g/tn
11
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Tcnica
Ssmica deCross-Hole
y Evaluacin
de Dao
Es la Tcnica Ssmica que permite realizar unaevaluacin cuantitativa de la condicin de la roca atravs de la medicin de los cambios que sufre una ondade caractersticas conocidas a medida que viaja por elmacizo rocoso.
Se resume esta evaluacin en un parmetro denominado"Factor de Calidad Q", el que agrupa los cambiosexperimentados por la onda en los aspectos de : tiempode viaje, cambios en la frecuencia y atenuacin de laamplitud.
Definicin
Tcnica Ssmica de Cross-Hole
12
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Tcnica Ssmica de Cross-Hole
Es necesario realizar a lo menos 2 perforaciones dentrodel macizo rocoso, dentro de las cuales se ubican lasfuentes y los detectores.
Es preferible el uso de fuente energticas conocidas yconstantes y como detector gefonos tipo estndarempleados en vibraciones.
En reemplazo de una fuente conocida, es posible utilizardetonadores ssmicos estndar.
Caractersticas
Tcnica Ssmica de Cross-Hole
Al considerar todos los parmetros de la onda que arribaal detector, se representa adecuadamente los cambios queeventualmente pudiera sufrir el macizo rocoso.
Es una medicin Directa de los cambios experimentados
por la roca.
Existen modelos preliminares que relacionan estoscambios en las caractersticas de la onda con losparmetros geomecnicos de la roca.
Ventajas
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d
h
FUENTE
GEFONO
Macizo RocosoExaminado
SSMICA
MONITORde Vibracin
Esquema Ensayo Ssmica de Cross-Hole
d
hh
GEFONO
MONITORde Vibracin
Esquema Ensayo Ssmica de Cross-Hole
d
FUENTE
Macizo RocosoExaminado
SSMICA
14
-
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0
2
4
6
8
0-2
-4
-6
-80 5 10 15TIEMPO [ms]
VELOCIDAD[mm/s] REGISTRO:PRESQMN1 (25-Oct-95)
Max: 6.26 [mm/s]
d
h
FUENTE
GEFONO
Macizo RocosoExaminado
SSMICA
MONITORde Vibracin
2
4
6
8
0
-2
-4
-6
-80 5 10 15
TIEMPO [ms]
VELOCIDAD[mm/s] REGISTRO:POSSQMN1 (25-Oct-95)
Max: 4.29 [mm/s]
Esquema Ensayo Ssmica de Cross-Hole
Amplitud
Tiempo de Viaje"Rise Time"
La calidad del macizo rocoso se reduce si:
Interpretacin de Parmetros Ssmicos
< La Amplitud disminuye
< El Tiempo de Viaje aumenta (Indicando una baja enVelocidad de propagacin u Onda-P)
< El "Rise Time" aumenta, indicando reduccin en frecuencia
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0
4
8
0
-4
-80 5 10 15
TIEMPO [ms]
Seal Pos-Tronadura, Max: 4.29 [mm/s]
Seal Pre-Tronadura, Max: 6.26 [mm/s]
Velocidad dePartculas
[mm/s]
Variacin en Amplitud, Tiempo de llegaday Frecuencia, de una Seal Ssmica
Pre y Pos Voladura
Evaluacin de Dao, Brecha-2PPVc = 401 [mm/s]
2413 2384
101
Vp-Antes Vibracin Vp-Despus
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0
125
250
375
500
625
750
875
1000
(100 %)
(25% de PPVc)
(99%)
16
-
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Evaluacin de Dao, Brecha-2PPVc = 401 [mm/s]
3972
2836752
Vp-Antes Vibracin Vp-Despus
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0
125
250
375
500
625
750
875
1000
(100%)
(188% de PPVc)
(71%)
100%91%
295
Antes Vibracin Despus
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000PPVc = 823 [mm/s]
Evaluacin de Dao, Cuarzo-2
(3517)(m/s)
(36% de PPVc)
(3184)(m/s)
17
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Evaluacin de Dao, Cuarzo-2PPVc = 823 [mm/s]
100%
91%
100%
69%
295
Antes Antes Vibrac in Despus Despus
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
(3517)(m/s)
(36% de PPVc)
(6.26)(mm/s)
(4.24)(mm/s)
(3184)(m/s)
ANALISIS DAO POR VOLADURA
2150
3962
1348
3321
1051
813
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Vp-A Vib. Vp-D Vp-A Vib. Vp-D
Voladuras 40 y 46 (B-4210)
0
125
250
375
500
625
750
875
1000
1125
1250
Vp-Antes Vp-Despus Vib-Voladura
(-37%)
(115% de PPVc)
(56% de PPVc) (-16%)
Tronadura - 40 Tronadura - 46
18
-
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Evaluacin del Dao al Macizo Rocoso
Criterio de Dao por VibracinSector Infiernillo, Mina Los Bronces - 2001
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0
600
1000 1500 2000 2500 3000
PPV [mm/s]
500
1000400
19
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Criterios de Dao al Macizo Rocoso
Velocidad deOnda P
(mm/seg)
1000 1500(m/seg)
(Arena, Grava,Arcilla bajo
agua)
2000 3000(m/seg)
(Morrena,Pizarra, caliza
blanda)
4500 6000(m/seg)
(Caliza dura,Cuarcita,Gneiss,Granito
diaclasa)
Resultadonormal en
casas (mm/m)
Velocidad dePartcula PPV
(mm/seg)18 35 70
Grietasimperceptibles
0,014
Velocidad departcula PPV
(mm/seg)30 55 100
Grietasinsignificantes(valor umbral)
0,020
Velocidad departcula PPV
(mm/seg)
40 80 150 Agrietamiento 0,030
Velocidad departcula PPV
(mm/seg)60 115 225
AgrietamientoSevero 0,046
g
Langefors
Criterios de Dao al Macizo Rocoso
AUTOR VIBRACINMXIMA APLICADO EN
Hendron(1977)900-1800
460Criterio de Dao Zona 4 Falla intermitente
Mnimo PPV en el lmite del dao de la Zona 4
Persson(1990) 700-1000 Tneles en roca dura
Siskind (1997) 305 Tneles - vibracin induce nuevas grietas o fallas
Rupert and Clark
(1977)
50Dao menor (descostramiento leve, colapso de
bordes de carbn fracturado)
Fourie(1987) 10 Aumento significativo en descostramiento de pilares
Fourie and Green(1993)
110390
Menor dao subterrneo
Dao serio y en una amplia zona
Singh et al.(1995) 48 Sin descostramiento en pilares y techos en carbn
REF: The impact of surface blasting on underground opening-geotechnical assessment6th FragBlast (8-12 Agosto 1999)
20
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Criterios de Dao al Macizo Rocoso
En Taludes
Hook and Bray
Oriard
Forma de dao Velocidad de partcula(mm/seg)
Quiebre de roca 2500Inicio de quiebre 650
Cada de rocas en galeras no revestidas 300Dao menor, agrietamiento de yeso o estuco 130
Forma de dao Velocidad de partcula(mm/seg)
Cada ocasional de roca suelta
5 100Cada de secciones de roca parcialmente suelta 130 380Dao de rocas poco competentes > 600
Dao significativo a rocas competentes > 2500
Criterios de Dao al Macizo Rocoso
Modo de falla Velocidad de Partcula(mm/seg)Completa > 2500
Desarrollo de nuevas grietas 600 1000Extensin y apertura de grietas preexistentes < 600
Modos de falla en taludes
Bauer y Calder (1971)
Efectos sobre el macizo rocoso Velocidad de partcula(mm/seg)No hay peligro en roca sana < 250
Puede aparecer descostramiento en lajas por rotura de traccin 250 650
Grandes roturas por traccin o algunas grietas radiales 650 2500Agrietamiento total del macizo rocoso < 2500
REF: Manual de Perforacin y Voladura de Rocas. Lpez Jimeno(1994)
21
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AUTOR VIBRACION [mm/s] TIPO DE DAO EN TUNELES
Siskind (1997) 305 Vibracin induce nuevas grietas o fallas
110 Menor Dao Subterrneo
390 Dao serio en un amplia Zona
300 Cadas de rocas en galerias no revestidas
130 Dao menor, agrietamiento del estuco
130 - 380 Caida de roca parcialmente suelta
5 - 100 Caida ocasional de roca Suelta
Kaslik et al. (2000) 306 No causa Dao significativo
Andr ieux et al. (1996) 300 - 400 Causa extensi on de frac tur as pre-exis tentes
Sakurai et al. (1977) 350 Posibilidad de Dao
200 Limite sin reporte de Dao significativo
370 Dao menor y algunos reportes de incidentes
Clover (186) 460 Magnitud necesaria para causar DaoLangerfors & Kihlstrom 300 Algun tipo de Dao en Tuneles
A. Tunstall (1997) 50 - 60 Dao menor en Roca con RMR : 60-70
Smith (1986) 50 - 56 No se observan Daos en Tunel
Referencias de Dao en Tnel producto de Vibraciones
Fourie & Green (1993)
Hook & Bray
Oriard
Dowding (1977)
ASP Bl ast ronics S.A. (2007)
VIBRACION [mm s] TIPO DE DAO EN TUNELES
< 60 mm/s No se verifica Dao en Tnel
60 - 130 mm/s Dao Menor (caida ocac ional de roca suel ta)
130 - 350 mm/s Dao Intermedio (caida de roca parcialmente suelta)
> 350 mm/s Dao Mayor (ex tension de f rac turas pre-ex is ten tes)
CRITERIO PRACTICO DE DAO EN TUNELESASP Blastronics S.A. (2007)
Criterios de Dao al Macizo Rocoso
Criterios de Dao al Macizo Rocoso
Notas:Estas magnitudes son slo referenciales y estn sujetas alas situaciones particulares de cada tnel en consideracin almacizo rocoso, a las condiciones y/o cuidado con que haya sidoejecutado (dao por tronadura durante su desarrollo) y al tipo defortificacin usada.
22
-
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Criterios de Dao al Macizo Rocoso
Condiciones observadas en el taludNivel dedaos Fracturas y bloques ngulo de talud ycondiciones de la frente
Condiciones de
excavacin en el frente
LigerosFracturas cerradas, material
de relleno no movilizado
Mayor a 75, se ven lasmedias caas de los barreros
de contorno
Excavacin impracticable.Seales visibles de la
excavadora en el frente deformaciones blandas
Moderados
Pequeas fracturas rellenas,abiertas, bloques aislados y
fracturas ligeramentedesplazadas
65 y 75, el frente es suave,se ven algunas secciones de
los barrenos. Pequeas grietas
Seales de penetracin delos dientes, peroexcavacin difcil
FuertesAlgunas fracturas sonabiertas y desplazadas
55 a 65, pequeosdescostramientos desde elfrente. Se aprecian grietas
radiales
Excavacin factible conesfuerzo, menor a 1,5 m
SeverosFrente fracturado, fracturasabiertas. Algunos bloques
movilizados
37 a 55, frente irregular,algunos descostramientos ygrietas de sobreexcavacin
Excavacin factible,
menor a 3 m
ExtremosBloques movilizados yagrietados. La voladuraproduce material fino
Menor a 37, frente muyirregular, fuertes
descostramientos desde elfrente. Gran sobreexcavacin
Excavacin bastante fcil.Mayor a 3 m
Ashby
Caracterizacin del Dao al Macizo Rocoso
Ashby
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Criterios de Dao al Macizo RocosoControles de Resultados (Ashby)
Banco 2920-S2
E=16567.546
N=106403.293
E=16870.242
N=106636.133
Criterios de Dao al Macizo RocosoControles de Resultados (Ashby)
Banco 2920-S2
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Fragmentacin SustentableAplicacin de las Ingenieras Geotcnica & Voladura,
agregando Valor en el Negocio Miner
Arequipa Per6, 7 y 8 de Jul io 2009
Expositor:Carlos R. Scherpenisse
1ra Jornada GeoBlast - Arequipa Per
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