n° 07 control de vibraciones y onda aérea - n. viñas

Control de Vibraciones y Onda Aérea Generadas por Voladuras Canteras Malagueño, Provincia de Córdoba, Argentina

N. A. Viñas 1

Control de Vibraciones y Onda Aérea Generadas por Voladuras

Canteras Malagueño, Provincia de Córdoba, Argentina Nicolás A. Viñas, Michelotti e hijos S.R.L., [email protected])

RESUMEN: En el presente trabajo se resumen diferentes ajustes realizados con el fin de minimizar los efectos

de vibraciones y onda aérea producidos a partir de la voladura en el yacimiento de calizas metamórficas

(mármoles) ubicado en la localidad de Malagueño, Provincia de Córdoba, Argentina.

Las localidades más cercanas al yacimiento son Malagueño y Yocsina que en su conjunto suman 50.000

habitantes. El frente de explotación más próximo de la cantera a la vivienda más cercana está a una distancia de

300 metros.

Durante los años 1999 al 2002 se realizaron mediciones de vibración y onda aérea de diferentes voladuras, a

distintas distancias y con distinto ángulo con respecto a la ubicación del sismógrafo, con el fin de lograr

determinar las constantes del terreno para poder predecir en el futuro los niveles de vibración. Desde el 2002 en

adelante se aplicaron los resultados obtenidos y se establecieron dos estaciones de medición fijas ubicadas en las

viviendas más cercanas a la explotación.

Los niveles de vibraciones en un principio apuntaron a no causar daños en las viviendas circundantes tomando

como máximo la mitad de lo que establece la Ley Nacional de Armas y Explosivos Nº 20.429, Decreto 302/83,

que en su articulo 283 inciso c) establece un máximo de 50 mm/seg de velocidad de partícula tomando el vector

suma de las ondas en las tres direcciones ortogonales. Durante el año 2006 se estableció como objetivo no

superar los 6 mm/seg y a partir del 2007 en adelante, se trabajó para minimizar las molestias a los vecinos con

valores por debajo de los 3 mm/seg de vibración y 120 db de onda aérea.

Para lograr estos valores se rediseñaron las voladuras controlando la carga explosiva instantánea, disminuyendo

los diámetros de perforación y la altura de banco, realizando las detonaciones en diferentes días y horarios.

Además se eliminaron las voladuras secundarias y el uso de cordón detonante como línea troncal.

PALABRAS CLAVES: vibraciones, onda aérea, voladuras, población.


N. A. Viñas 2

1 INTRODUCCION

La explotación de las canteras de Malagueño data de principios del siglo XIX abasteció de caliza a

diferentes hornos de cal y a dos cementeras ubicadas en la zona. En el año 1995 se cerró el último

horno de cal y las cementeras pasaron a formar parte de un mismo grupo internacional que adquirió la

totalidad del yacimiento.

A partir del año 2000 en adelante las producciones se fueron incrementando como así también el

número y el tamaño de las voladuras requeridas. Desde entonces se comenzó a trabajar sobre las

vibraciones producidas por voladuras tratando de minimizar las quejas de los vecinos.

En el 2002 se determinaron las constantes del terreno con el objeto de poder predecir las vibraciones y

determinar las cargas máximas a detonar de manera instantánea (Viñas, 2002).

El objeto en un principio fue asegurar que las vibraciones provocadas por las voladuras no afectarían

las viviendas, posteriormente se trabajó en minimizar las quejas de los vecinos que atribuían el

agrietamiento de sus viviendas a las voladuras.

La zona de estudio se encuentra ubicada en la localidad de Malagueño a 20 Km al oeste de la ciudad de

Córdoba (Fig. 1).

Figura Nº 1 – Ubicación del Yacimiento


N. A. Viñas 3

2 GEOLOGÍA LOCAL

La geología del área corresponde al basamento cristalino ígneo – metamórfico de edad precámbrica

denominado Sierras de Córdoba, perteneciente al Sistema de Sierras Pampeanas Orientales. El bloque

está compuesto por rocas metamórficas tales como gneises, mármoles, anfibolitas, esquistos y

migmatitas intruidas por cuerpos filoneanos tales como aplitas y pegmatitas (Figura Nº 2).

Las Sierras de Córdoba tienen una morfología asimétrica típica, presentando una vertiente principal

hacia el Este de gran desarrollo, inclinada pocos grados, y un escarpe de falla en el flanco opuesto. Los

escarpes, en general, se encuentran disectados por ríos y torrentes que generan un facetado trapezoidal

o triangular en su frente, con algunas acumulaciones de pie de talud en las partes bajas (Gordillo y

Lencinas, 1979).

Figura No. 2 - Geología del área


N. A. Viñas 4

3 MÉTODO DE EXPLOTACIÓN

El método de explotación utilizado corresponde a canteras a cielo abierto con bancos de alturas de 6

hasta 22 mts de diferentes dimensiones de acuerdo al tamaño y calidad de los cuerpos calcáreos. El

yacimiento se encuentra dividido en tres canteras, una denominada Cantera Norte (CN), actualmente

paralizada, la segunda Cantera Centro (CC) ubicada a 100 metros del pueblo y la restante Cantera Sur

(CS) ubicada a 800 metros de la población (Figura No. 3).

La yacencia de los bancos de mármol obliga a realizar voladuras con frentes Este – Oeste

direccionando las salidas hacia el norte o hacia el sur cortando la estructura general del yacimiento para

evitar dirigir la salida de las voladuras hacia lugares poblados tales como el pueblo en CC y la fábrica

en CS. Por esta razón, las voladuras no tienen gran desarrollo longitudinal de los frentes que van desde

25 metros hasta 140 metros

Figura Nº 3 – Ubicación de las Canteras y Estaciones de Monitoreo

CANTERA CENTRO

CANTERA SUR

MALAGUEÑO

FABRICA CDS

ESTACION DE MONITOREO

ESTACION DE MONITOREO


N. A. Viñas 5

4 MEDICION DE VIBRACIONES Y ONDA AEREA

4.1. Instrumental utilizado

El instrumental utilizado fue un sismógrafo marca Instantel, modelo Minimate DS 077 provisto de tres

geófonos que miden la onda en tres ejes transversal, radial y vertical más un micrófono utilizado para

medir la onda aérea.. Los datos recolectados en el campo fueron analizados mediante el software

Blastware 8.01.

4.2. Antecedentes

Durante los años 1999 al 2002 se realizaron mediciones de vibración y onda aérea de diferentes

voladuras, en la totalidad de los frentes de explotación de las dos canteras activas. Se colocó el

sismógrafo a distintas distancias y con distinto ángulo con respecto a la ubicación de la voladura, con

el fin de lograr determinar las constantes del terreno para determinar las cargas máximas instantánea a

detonar y poder predecir los niveles de vibración.

A partir del año 2002 en adelante se aplicaron los resultados obtenidos y se establecieron dos

estaciones de medición fijas, una en Cantera Centro ubicada en la vivienda más cercana y la otra en

Cantera Sur ubicada en una oficina próxima a los frentes de explotación (Figura Nº 3).

Durante el año 2006 se estableció como objetivo no superar los 6 mm/seg y a partir del 2007 en

adelante, se trabajó en minimizar las molestias a los vecinos con valores por debajo de los 3 mm/seg

de vibración y 120 db de onda aérea.

En todos los casos la metodología aplicada para el monitoreo sísmico fue la propuesta por ISEE

(2002).

4.3 Normativa Argentina

- Ley 20.429, Decreto 302/83

El Artículo 283 expresa:

” Cuando se emplee instrumental sismográfico, deberán tenerse en cuenta las siguientes

observaciones:…”

“… c) Si se emplea el procedimiento 'velocidad de partícula' el máximo valor de la velocidad total de

partícula no excederá de cincuenta (50) milímetros por segundo, tomando todos los registros en los

lugares más críticos…”

“… El máximo valor de la velocidad total de partícula es igual al vector suma de las velocidades de

partículas en tres planos perpendiculares entre si, uno vertical y dos horizontales”…


N. A. Viñas 6

Si bien estos son los límites fijados por la legislación vigente, se trabajó por obtener registro que no

sólo aseguraran no producir daño en las estructuras sino también minimizar las quejas de los vecinos.

4.4. Limites internos – Objetivos

A partir de mediados del 2007, los límites propuestos para minimizar los reclamos de los vecinos

fueron de 3.00 mm/seg de vibración del terreno y 120 dB de onda aérea medidas en las estaciones fijas

de CDN y CDS.

4.5. Calibración del terreno – Predicción de PPV

- Determinación de las constantes del terreno

Para definir las constantes del terreno se trabajó sobre la base de estudios realizados por Siskind et al.

(1980) y Siskind (2000) adoptando la expresión (1):

V max = K ( d / W ½ ) – β (1)

Donde V max corresponde a la velocidad máxima de partícula, K es la constante de transmisión del

terreno, función del tipo de roca y en menor grado del tipo de explosivo, β es una constante de campo

que toma en cuenta la atenuación de la energía vibracional, incluyendo la velocidad de partícula como

consecuencia de la fricción interna impuesta por el macizo rocoso. El termino d / W ½ se denomina

“Distancia Escalar” donde d es la distancia desde la voladura hasta el punto de medición y W es el peso

del explosivo detonado de manera instantánea con una ventana de 8 ms.

La altura de los frentes varía de 6 a 22 metros, el diámetro de las perforaciones se realizaron entre 3.5 “

y 5.5 “, las cargas detonadas de manera instantánea variaron de 25 a 200 Kg y las distancias del

sismógrafo a la voladura fueron de 50 a 1.000 metros.

Las mediciones de campo se volcaron a un gráfico log – log de Distancia Escalar versus PPV (Figura

Nº 4).

Se determinaron las constantes del terreno que arrojaron los siguientes valores:

K = 659

β = 1.27

Con estos valores se calculó la cantidad de carga explosiva a detonar de manera instantánea con el fin

de trabajar dentro de niveles de vibración de seguros (Viñas, 2004). En la Tabla 1 se presentan los

valores de PPV (mm/seg) a obtener de acuerdo a la carga y a la distancia.


N. A. Viñas 7

Figura Nº 4

Tabla Nº 1: Valores de PPV (mm/seg) tomando carga explosiva (Kg) versus distancia (m)

Carga Explosiva Detonada de Manera Instantánea (Kg) Distancia (m)

40 50 60 70

200 8.2 9.4 10.6 11.7

300 4.9 5.6 6.3 7.0

400 3.4 3.9 4.4 4.9

500 2.6 3.0 3.3 3.7

600 2.0 2.3 2.6 2.9

700 1.7 1.9 1.8 2.4

800 1.4 1.6 1.6 2.0

900 1.2 1.4 1.4 1.7


N. A. Viñas 8

4.6. Ajustes en la cuadricula de perforación

Durante el año 2007 se cambiaron los diámetros de perforación pasando de 5 ½ “ a 3 ½ “ en Cantera

Centro y 4 ½ “ en Cantera Sur; de acuerdo al diámetro de perforación se ajustaron las mallas de

perforación teniendo en cuenta la carga máxima a detonar de manera instantánea. Otro factor

importante que se tuvo en cuenta en la cuadricula fue que el consumo de explosivo por tonelada de

roca a volar estuviera dentro de los valores necesarios para asegurar el correcto resultado de la

voladura, esto es entre 120 y 150 g/ton para esquistos, 140 a 180 g/ton para anfibolitas y gneises y 150

a 190 g/ton para calizas.

La altura de los bancos varía desde 10 a 22 en Cantera Centro y 6 a 15 en Cantera Sur, el nuevo diseño

de explotación prevé alturas de banco de 12 metros, lo cual favorece al control de las vibraciones, a

mantener una buena fragmentación y una altura adecuada para los equipos de carga como son las palas

CAT 988 H con las cuales se trabaja en los frentes de cantera.

La orientación de los frentes fue definida hacia el norte, el sur o el oeste quedando prohibido realizar

voladuras con salida al este ya que en Cantera Centro se encuentra ubicada la localidad de Malagueño

y en Cantera Sur la planta de trituración.

4.7. Diseño de cargas explosivas

En lo casos en que la altura de banco (alturas entre 10 y 22 m) o por los diámetros de perforación (3 ½

o 4 ½) se sobrepasaba la carga explosiva para una distancia dada, se procedió a realizar cámaras de aire

en el taco y/o taco intermedio más cámara de aire tal cual se presenta en la Figura Nº 5.

Los tipos de explosivos utilizados como carga de fondo son slurries o emulsiones encartuchadas en

diámetro 70 mm para perforaciones de 3 ½ “y 90 mm para diámetros de perforación en 4 ½ “.

Como carga de columna se utiliza ANFO en los barrenos secos y slurry o emulsión en los pozos que

contienen agua.

Como iniciadores se colocan los detonadores dentro del cartucho de fondo y en el caso de ANFO se

utilizan booster de 225 gr en barrenos de 3 ½ “y 450 gr en diámetro de perforación de 4 ½”.


N. A. Viñas 9

Figura Nº 5 - Diferentes Diagramas de Carga Utilizados

a) Carga Instantánea: 40 Kg b) Carga Instantánea: 50 Kg

c) Carga Instantánea: 60 Kg d) Carga Instantánea: 70 Kg

Carga de Fondo

Anfo

Taco de Cutting

DetonadorNo Eléctrico

Carga de Fondo

Bolsa Inflable

Taco de Cutting


Carga de Fondo

Bolsa Inflable

Anfo

Taco de Cutting

DetonadorNo Eléctrico+ Booster


Carga de Fondo

Bolsa Inflable

Anfo

Bolsa Inflable

Taco de Cutting

DetonadorNo Eléctrico+ Booster



N. A. Viñas 10

4.8. Distribución de energía

Para mejorar la fragmentación, controlando la vibración, se modificó el diagrama de carga con el

objeto de obtener una mejor distribución de la energía. El diseño de carga con tacos intermedios a una

misma altura del barreno (Figura 6 a) se reemplazo por un diagrama de carga con los tacos

intermedios ubicados a diferentes alturas, favoreciendo la distribución de energía como se muestra en

la Figura Nº 6 b:

Figura 6 a: Distribución de energía con el taco intermedio a la misma altura

Figura 6 b: Distribución de energía con el taco intermedio a la diferente altura


N. A. Viñas 11

4.9. Secuencia de encendido

Los accesorios utilizados en todos los casos son detonadores no eléctricos de igual número de retardo

en el fondo del barreno ya sea adosado a un cartucho de slurry o a un booster, variando entre 250 ms y

700 ms de acuerdo a la cantidad de barrenos que conforman la voladura.

En superficie se retarda con líneas troncales de diferente tiempo, 9, 17, 25, 35 y 42 ms entre pozos y

de 50, 65, 84, 109, 117 y 135 ms entre filas dependiendo del diámetro de perforación utilizado.

El objetivo es detonar tiro a tiro cada barreno sin superposición menor a 8 ms para asegurar que la

carga instantánea de cada barreno detona individualmente.

En ningún caso se utiliza cordón detonante como línea troncal, este accesorio se coloca como línea

descendente solamente en los barrenos que contienen agua.

4.10. Resultados obtenidos

En la Figura Nº 7 se comparan los valores de los niveles de vibraciones y onda aérea registrados

durante los años 2006, 2007 y 2008.

Mediante el control de kilogramos de explosivo por barreno y una secuencia de detonación tiro a tiro

con un tiempo mayor o igual a 8 ms, los valores de velocidad de partícula expresado como vector

suma fueron en un 97% inferior a 3.00 mm/seg y onda aérea menor a 120 db en un 95% (año 2008).

Un argumento utilizado por algunos vecinos es que, según ellos las mayores voladuras se realizaban

los días sábados. Por esta razón, se dispuso volar solamente los días hábiles en horarios de mayor

actividad, de 9:00 a 12:00 hs por la mañana y de 15:00 a 18:00 hs por la tarde.

Si bien las quejas de los vecinos no fueron eliminadas por completo, estas disminuyeron

considerablemente.

Según Aimone-Martin et al (2000) en un estudio realizado en Connecticut, USA, los impactos

molestos de las voladuras provocan malestar en los vecinos asociado a una incomodidad por las

operaciones de explotación relacionadas a la cantera. Esto incluye:

- La percepción de los residentes a las ondas de voladuras por el terreno y por el aire asociando a un

daño de sus viviendas y

- La molestia de las voladuras está asociada con otro problema público relacionado con la vida en

cercanías de las canteras (ej: generación de polvo en suspensión, niveles de ruido, tráfico de camiones).

Queda claro que los problemas ocasionados por la producción de voladuras son subjetivos según la

tolerancia del vecino a una cantera localizada en un área residencial. La percepción del impacto puede

ser moderada y controlada para asegurar que los niveles de vibración se encuentren siempre bajo el

nivel que pueda ocasionar rupturas en estructuras, sin embargo la molestia del impacto de la voladura

está basada en la percepción y disposición del vecino.


N. A. Viñas 12

Figura Nº 7 – Comparación de valores de vibración y O.A. durante 2006, 2007 y 2008

Valores de Vibración

1

3

5

7

9

11

13

15

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Distancia (m)

PV

S (

mm

/seg

)

Año 2006 Año 2007 Año 2008

Objetivo Año 2008

Valores de Onda Aerea

80

90

100

110

120

130

140

300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 600 620 640 660 680 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900

Distancia (m)

OA

(dB

)

Año 2006 Año 2007 Año 2008

Objetivo Año 2008


N. A. Viñas 13

5 SUMARIO Y CONCLUSIONES

Se realizaron diferentes trabajos tanto desde el punto de vista técnico como de relaciones publicas,

apuntando a minimizar las quejas sin perjudicar la producción. En perforación, se redujeron los

diámetros pasando de 5 ½” a 3 ½ para Cantera Centro, próxima al pueblo y 4 ½” para Cantera Sur.

Se rediseñaron las cuadrículas de perforación para asegurar que el resultado de las voladuras sea el

correcto en cuanto a despegue de piso y fragmentación. Se definieron frentes con altura de banco de

explotación de 12 metros para el corto y mediano plazo.

Sobre la base de los parámetros de calibración del terreno se diagramaron las cargas máximas a detonar

de manera instantánea tomando en cuenta la distancia de la voladura al punto de monitoreo. Se

implementó el uso de bolsas inflables, deck de aire y tacos intermedios con el fin de no exceder la

carga máxima explosiva definida por barreno.

La secuencia de encendido se realizó con líneas troncales con retardos de 9, 17, 25, 35 y 42 ms entre

pozos y de 50, 65, 84, 109, 117 y 135 ms entre filas, detonando cada barreno de manera individual, sin

superposición de tiempos menores a 8 ms.

Se eliminaron las voladuras secundarias del material de sobretamaño y el uso del cordón detonante

como línea troncal de superficie.

El diseño de voladuras implementado para minimizar los posibles impactos en las viviendas cercanas a

la cantera se basa en mantener los niveles de las vibraciones de voladuras por debajo de los 3 mm/seg

de velocidad de partícula y 120 dB de onda aérea; este objetivo se logró en un 97 % en el caso de las

vibraciones y un 95 % en la onda aérea.

Con los niveles actuales de vibración registrados en los sismógrafos, las demandas de los residentes del

pueblo disminuyeron notablemente. Las molestias que las voladuras ocasionan a los barrios cercanos a

cantera no pueden ser eliminadas, sin embargo, el programa de relaciones públicas implementado por

los responsables de la cantera, abrió un camino hacia el diálogo abierto que ayuda a reforzar la

confianza con todas las partes involucradas.


N. A. Viñas 14

6 REFERENCIAS

� Aimone-Martin, C. T., Faroni, K., and Gelormino, T. 2000. “Fifteen Years of Blast Vibration

Control and Improved Public Relations for Two Traprock Quarries”, 26th Symposium on

Explosives and Blasting Techniques, Anaheim, February, pp. 187-196.

� Gordillo, C. y Lencinas A. 1979. Sierras Pampeanas de Córdoba y San Luís. II Simposio de

Geología Regional Argentina, Academia Nacional de Ciencias, Córdoba, Vol. I.

� I.S.E.E. 2002. ISEE Field Practice Guidelines for Blasting Seismographs. International Society

of Explosives Engineers, Blast Vibrations and Seismograph Section, 4 p.

� Siskind, D., M.S. Stagg, J.W. Kopp and Dowding C.H.1980. Structure Response and Damage

Produced by ground vibration from surface mine blasting. US Bureau of Mines, RI 8507.

� Siskind, D.E. 2000. Vibrations from blasting. International Society of Explosives Engineers

(ISEE), Cleveland, OH.

� Viñas, N. 2002. Análisis de Vibraciones y Onda Aérea en Tres Sectores de Cantera Centro,

Malagueño, Córdoba, 118 p. Informe Interno. Michelotti e Hijos S.R.L.

� Viñas, N. 2004. Medición de vibración y onda aérea a partir de voladuras realizadas en

Canteras Minetti, Malagueño, Córdoba, Determinación de cargas máximas para control de

PPV y OA, 25 p. Informe Interno. Michelotti e Hijos S.R.L.

n° 07 control de vibraciones y onda aérea - n. viñas

Documents