74050_materialdeestudioparteiiidiap139-218
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139139
VOLADURAS DE PRE-CORTE EN LOS TAJEOS DE EXPLOTACION
Tajeo abierto con techo cortado por precorte Carguo de cartuchos de dinamita espaciadapara cortar el techo en tajeos abiertos, conperforacin de taladros de alivio sin carga
j l lt d d l tpara mejorar el resultado del cortePerforacin (precorte) Voladura
Altura mxima deperforacin de anillos
Dr. Vidal Navarro Torres Consultor Intercade
Taladro sin carga Taladro cargado
140140
VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO
PERFIL DE EXCAVACION FALLA MOTIVOSOLUCION
Ninguna Ninguna Ninguna
PERFIL DE EXCAVACION FALLA MOTIVO
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Sobreexcavacin generalSobrecargaFila anterior de taladrossobrecargados
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141141
VOLADURA CONTROLADA EN SUBSUELO
PERFIL DE ESCAVACION FALLA MOTIVOSOLUCION
RESULTADO DE LA VOLADURA
Sobreexcavacinalrededor de los taladros
La presin de taladro essuperior a la resistenciadinmica a compresinde la roca
Disminuir la densidad linearde carga y aumentar eldesacoplamiento
Sobreexcavacin entrelos taladros
Espaciamiento entretaladros demasiadopequeo
Aumentar el espaciadoentre taladros
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Roca sobresaliente entrelos taladros
Espaciamiento excesivoentre los taladros
Reducir el espaciado entretaladros y aumentarligeramente la carga
142142
PRESION DENTRO DEL TALADRO PB
La presin de barreno, que es la presin ejercida en la expansin delos gases de detonacin, puede estimarse para cargas acopladas apartir de la ecuacin:
Donde:PB P i d b (M )
ec P.
VD x x P x PB801
102282
6
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PB = Presin de barreno (Mpa).Pc = Densidad del explosivo (g/cm3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).
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143143
INTRODUCCIONTEORIA DE LA VOLADURA CONTROLADA
cRES
c1 f
fRES
f1
c
fRES
f
ROCA
BARRENO
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cc
fS/2
S
144144
DIAMETRO DE LOS TALADROSEn tneles y obras subterrneas los dimetros deperforacin ms utilizados varan entre 32 y 65 mm,realizndose algunas experiencias con barrenos de hasta75 mm. En minera subterrnea, y segn el mtodo deexplotacin, los dimetros varan entre 50 y 65 mm, comopor ejemplo en el, llegando a los 165 mm en el y .
Se ha comprobado que el radio del cilindro de la roca que
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Se ha comprobado que el radio del cilindro de la roca querodea al barreno y es afectado por la voladura esdirectamente proporcional al dimetro del mismo, siempreque se mantenga una relacin constante entre su longitudy dimetro.
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145145
NIVEL DE TENSION PARA DISTINTOS DIAMETROS DE TALADRO Y CARGA
60,9 m
DISTANCIA AL PUNTO DE OBSERVACION
VE
L D
EE
NS
ION
N L
A R
OC
A 1,00,750,500 25
PARED BARRENO
PARED BARRENO
NIV
TE EN 0,25
0
0,500,250
0,500,250
2
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AIRE
PARED BARRENO
AGUA
0
0,500,250
146146
INFLUENCIA DEL DIAMETROS EN LOS COSTOS DE VOLADURA
Sin embargo, yespecialmente en trabajossubterrneos, hay que tener 1,0
1,2
, y qen cuenta que un aumentodel dimetro de perforacintrae como consecuenciainmediata una elevacin delos costes de sostenimientode la roca, debiendoencontrar la combinacin 0,4
0,6
0,8
1,0
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dimetro-carga del barrenoque proporcione un coste deexcavacin y sostenimientomnimo, como se oberva. 32 22 17 11
0,2
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147147
PRESION DENTRO DEL TALADRO PB
La presin de barreno, que es la presin ejercida en la expansin delos gases de detonacin, puede estimarse para cargas acopladas apartir de la ecuacin:
Donde:PB P i d b (M )
ec P.
VD x x P x PB801
102282
6
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PB = Presin de barreno (Mpa).Pc = Densidad del explosivo (g/cm3).VD = Velocidad de detonacin (m/s).
148148
EFECTO AMORTECEDOR DOBRE LA PRESION PB
El efecto amortiguador sobre , al expansionarse los gases en lacmara de aire, puede cuantificarse a partir del cociente entre el volumende explosivo y volumen de barreno elevado a una potencia 1.2. que esaproximadamente el ratio de los calores especficos de los gases deexplosin, as resulta:
Donde:
4,2
1
2,1
DdCxPB
VVxPBPB
b
ec
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d = Dimetro de la carga.D = Dimetro del barreno.C1 = Cociente entre la longitud de la carga y la longitud del barreno
(C1 = 1, para cargas continuas).
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149149
DISEO DEL ESPACIAMIENTO PARA VOLADURA CONTROLADA
RTxDSDxPBe )(
Donde:
RTRTPBxDS e )(
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S = Espaciamiento entre barrenos.D = Dimetro del barreno.PBe = Presin de barreno efectiva.RT = Resistencia a traccin.
150150
DISEO PARA CONDICIONES DE TENSIONES IN SITU ALTAS Y ESPACIAMIENTO
PARA RECORTESi las tensiones in situ son altas, la ecuacin anterior puedemodificarse aadiendo las tensiones normales que actan sobre elmodificarse aadiendo las tensiones normales que actan sobre elplano de precorte:
RTRTPBxDS
N
Nc
) (
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En las voladuras de recorte, la relacin entre la piedra y elespaciamiento debe ser:
SxB 25,1
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151151
ECUACION DE BERTA PARA DISEO DEL ESPACIAMIENTO
DdxPxPExS es 22
Donde:S = Espaciamiento entre barrenos (mm)PEs = Presin especfica (MPa)Pe = Densidad del explosivo (g/cm3)
DDxRT
S
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e p (g )d = Dimetro de la carga de explosivo (m)D = Dimetro del barreno (m)RT = Resistencia a traccin de la roca (Mpa)
152152
PROFUNDIDAD DE LOS BARRENOS PARA LA VOLADURA CONTROLADA
En lo que se refiere al lmite de profundidad en una voladura de precorte,tericamente no existe, pero los problemas derivados de la falta deparalelismo de los barrenos son los que constituyen la verdaderalimitacin. Por ejemplo, para barrenos de 32 a 65 mm inclinados el limitesuele estar entre los 15 y 20 m. desviaciones mnimas puedenconseguirse en barrenos de gran dimetro con perforadoras de martillnen fondo.
En determinadas condiciones, los resultados de las voladuras decontorno pueden mejorarse con los barrenos gua, o vacos, situadosentre barrenos cargados en el propio plano de corte proyectado En
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entre barrenos cargados en el propio plano de corte proyectado. Enrocas competentes, la carga de todos los barrenos es generalmente msefectiva que la carga alterna de stos, debido a que en este segundodiseo el espaciamiento debe reducirse significativamente y, por lo tanto,aumentar la perforacin por unidad de superficie creada.
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153153
DENSIDAD LINEAL DE CARGA EXPLOSIVALa determinacin de la densidad lineal de carga de explosivodebe realizarse teniendo en cuenta las siguientes premisas:
Producir una presin de barreno inferior a la resistenciapdinmica a la compresin de la roca.
Controlar el nivel de vibracin generado en la voladura queinduce unas tensiones en la roca susceptibles de producirroturas en la misma. Fig. 25.18
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154154
VELOCIDAD DE PARTICULA EN FUNCION DE LA CONCENTRACION LINEAL DE CARGA Y DISTANCIA
3000
m/s
)
3 m DS
2,5 kg/m1,51,00,50,21000
2000
CID
AD
DE
PA
RTI
CU
LA (m
m
v(mm/s) = 700 Q(kg) x DS (m)0.7 -1,5
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1 2 3DISTANCIA DS (m)
VEL
OC
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155155
CALCULO DE LA CANTIDAD DE EXPLOSIVO NECESARIO
Para resolver el problema del corte de la roca a la cota o profundidaddesea, la concentracin de carga en el fondo del barreno debe ser eldoble de la normal en una longitud igual a . Concentraciones decarga mayores provocaran agrietamientos y sobre excavaciones en elfondo de la superficie.
Para el clculo aproximado y rpido de la cantidad de explosivo necesariopara disear una voladura de contorno pueden emplearse las siguientesexpresiones:
)(105,8 )/( ) 25 mmDxmkgqa l
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130)( )/( )
)(,)()
2 mmDmkgqb
gq
s
l
156156
DIAMETRO Y CONCENTRACION LINEAL DE CARGA
0,0 0,
1, 1
10
1,0
0,1
(Kg/m
) (Ib/p
CONCENTRACION DE CARGA POR Ud. DE LONGITUD
10
1,001 ,1 0 0
Du Pont
Langefors and Kihlstro
Gustafsson
q =k x l
C.I.L
pie)
DIAM
ETR
O
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100(m
m)
(pulg)10
omD2
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157157
CONCENTRACION LINEAL DE CARGA DE CORDON DETONANTE EN FUNCION DEL ESPACIAMIENTO
La frmula para calcular la densidad de carga en funcin de unespaciamiento prefijado es:
qI = 300. S2qI 300. S
Donde:qI = Densidad lineal de carga (g/m)S = Espaciamiento (m)
Ejemplo.
Cul debe ser la densidad lineal de carga en una voladura de
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Cul debe ser la densidad lineal de carga en una voladura derecorte perforada con barrenos de 50mm y espaciados 40 cm?
qI = 300. 0,42 = 48 g/m = 50 g/m
158158
RETACADO
En rocas competentes, la longitud de retacado oscilarentre 6 y 10 veces el dimetro se realizar con el propiodetrito de la perforacin, auxilindose con un tapn depapel o cotn en la base del mismo, segn el dimetro delbarreno. En rocas estratificadas y fracturadas serecomienda rellenar con material fino el espacio anularentre la carga de explosivo y la caa del barreno, a fin de
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aminorar la sobreexcavacin por el efecto de cua yapertura de los gases de explosin.
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159159
DISTANCIA ENTRE EL PRE-CORTE Y LA ULTIMA FILA DE TALADROS
La distancia entre el precorte y la ltima fila oscila entre0,33 y 0,5 veces la piedra nominal de la voladura de
d iproduccin.
0,5-0,0E
PRECORTE
FILA AMORTIGUADA
FILA DE PRODUCCION
FILA DE PRODUCCION
0,5-0,8V
0,33-0,5V
E
V
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160160
ERRORES EN LA APLICACION DEL RECORTE
a) En el caso debido a una sobrecarga de las filas 1 y 2 seproduce una sobre excavacin fuera del perfil previsto y elrecorte no resulta efectivo.
3
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3
2
1
0
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161161
APLICACION CORRECTA DEL RECORTE
b) En este caso se han elegido unas densidades de cargacorrectas y se consiguen los resultados previstos.
3
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2
1
b
162162
TECNICAS DE VOLADURA CONTROLADA EN DESARROLLO
a) Cargas especiales de acoplamiento lineal.b) Barrenos con estalladuras.)c) Cargas entubadas con aristas abiertas.
t1 t2
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t3 t4
p p
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163163
MEJORA DEL RENDIMIENTO DE LAS CARGASDE LOS BARRENOS CON ENTALLADURA
a)
100
150
NSP
74
PRE
SIO
N D
E B
ARR
EN
O (M
Pa
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50
GURIT
50 100 1503
164164
DAOS POR EFECTO DE VOLADURAY LA GEOMETRIA DEL TUNEL
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Zona de tolerancia
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Causas operacionales Tipo de explosivo y factor de potencias Concentracin de carga explosiva
CAUSAS DE SOBRE-EXCAVACION(DAMAGE TO TUNNEL WALL, DTW)
Concentracin de carga explosiva Tiempo de retardo Plano de voladura Error o desviaciones en la perforacin Dimetro y largo de los taladros con carga y sin carga
Causas geotcnicas y de divergencia geotcnicas Orientacin, espaciamiento y relleno de diaclasas, resistencia de la roca,
efectos de la tensin in situ agua subterrnea
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efectos de la tensin in situ, agua subterrnea Divergencia de los taladros para obtener la localizacin de la seccin del
tnel proyectado (0.20m por 1m de avance) y est relacionado con elespacio mnimo para posicionamiento del jumbo
166166
TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION
+++
++
+
++
++
++
++
+
+
Comprimento da pega
Furo real
++
++
+
++
+
+1 2
Periferiado tnel
Posicaodo furo
Contornoreal
Posicao do furo
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167167
10000010010(%) 2 LPSE t
ECUACION DE LA SOBRE-EXCAVACION PERIFERICA POR DIVERGENCIA PERIFERICA
Donde:
Sobre-excavacin debido a la divergencia perifrica, SEd, d l i d l l P i d
1000001,001,0.
(%)
LLS
SEd
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permetro de la seccin del tnel, Pt, seccin deexcavacin de proyecto del tnel, S, y avance por disparodel tnel, L, teniendo en cuenta que el desvo detolerancia es de 0,20m para avance de 1 metro de tnel.
168168
COMPORTAMIENTO DE LA DIVERGENCIA PERIFERICA
25
5
10
15
20
Div
e rge
ncia
Pe r
ifric
a (%
)
y = 20xR = 1
1
2
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Comprimento do furo (m)0 1 2 3 4
0
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169169
LnQcPbaSE fgo ..(%)
SOBRE-EXCAVACION DEBIDO A CAUSAS GEOLOGICAS, GEOTENICAS Y OPERACIONALES
Donde:
La sobre-excavacin debido a causas geolgicas, geotcnicas yoperacionales, SEgo, carga especfica perifrica, Pf, calidad delmacizo rocoso, Q. Las letras a,b,c son factores que incluyen la
LnQcPbaSE fgo ..(%)
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concentracin de la carga explosiva, retardo, plano de voladura,errores de perforacin, dimetro y largo de los taladros con carga ysin carga.
170170
LAqn
P fff.
CARGA ESPECIFICA PERIFERICA
Dnde: Carga perifricoespecfico, Pf, rea de laseccin perifrica, Ap,largo del proceder ati L CANTIDAD d
LAp .
20,000
25,000
15,000
10,000
cava
c ao
geol
gic
a,ca
e o
pera
c ion
al Pf=0,506 kg/m3- Galera 1Pf=0,490 kg/m3- Galera 2
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tiros, L, CANTIDAD deperifricos taladros, nf, yla carga explosiva portaladro, qf.
5,000
0,0000,00 20,00 40,00 60,00 80,00
Qaulidade do macico, Q(Barton)
Sobr
e esc
geo t
cni
c
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171171
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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172172
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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The light sectioning method was developed to quantify the volumes of rockinvolved. The method makes use of a radially projected then beam of light
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173173
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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When projected in a tunnel, and imaged from a distance, the beamshighlights the profile of this drift in a Canadian mine
174174
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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Image processing techniques can be used to calculate the volume ofexcavated material.
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175175
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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Image processing techniques can be used to measure overbreak, as inthis example from the Mexican tunnels. The measured tunnel profile isoverlain onto the design profile. Overbreak (blue) and underbreak(yellow) are defined outside of the of the specified tolerance (green) ofthe design.
176176
LIGHTNING METHOD FOR OVERBREAK ANALYSIS
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177177
CASO ESTUDIO EN GALERIAS DE ADUCCION 1 Y 2 DE LA PRESA DE ALQUEVA - PORTUGAL
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178178
LEYENDA DEL PLANO ANTERIORLEGENDA
ZONAMIENTO DE SUPERFICIE
- AFLORAMIENTOS DESPERSOS
- ATERROS, CONSTRUCOES E MATERIALS DIVERSOS ELEMENTOS GEOLOGICOS - ESTRUCTURAS
- LIMITE GEOLOGICO
- AFLORAMIENTOS SUMERGIDA
- PIZARRA VERDE W2-3 / F2-4
- PIZARRA VERDE 3-4 / F4-5
- PIZARRA VERDE W4-5 / F4-5 RESIDUAL DEL SUELO
- TALUDE DE EXCAVACION CON CONCRETO PROYECTADO
- FALLO CON AFICIN INDICACIN NORMAL Y POSSANCA REAL(APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS)
- FALLA INVERSA QUE INDICA INCLINACIN POSSANCA Y REAL(APAGADO CON UN COMPONENTE DE ASOCIADOS)
- LA ESTRATIFICACIN QUE INDICA UN SESGO
- SQUISTOSIDAD CASA DE FRACTURA (5%)E
- INEACIN L1 INTERSECT (50/51) CON LA ERRADICACINDE PREJUICIOS
L
- BISAGRAS DE LOS PLIEGUES DE FASE CON LA INDICACINPRINCIPAL VARISCO DE SESGO
DIACLASAS VERTICALES
(0.3 - 0.5m)
(0.3 - 0.5m)
s
s
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METAVOLCANO SEDIMENTARIO COMPLEJO DE MORO FICALHO
- PIZARRA VERDE
- ESQUISTO VERDE ENCIMERAS DE CUARZO INTERDIGITADA
ROCAS FILONIANAS
- ESPESOR VARIABLE DYKE FELISITICO ENTRELOS A 0,3 m
- DIACLASAS VERTICALES
- DIACLASAS CON INDICACIN DE SESGO
- DIACLASAS CON INDICACIN DE SESGO
- EJES DE GALERAS Y LA EXCAVACIN DEL LMITE CENTRAL
s1
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179179
EJEMPLO DEL PLANO DE VOLADURA EN LA GALERIA DE ADUCCION 1
26262626
Galera de Aduccin 1Area de seccin perifrica A DATA/HORA (Pronostico)
TURNO
LOCAL
06-02-10/02:00NOCHEPk 121.7
2626262626262626
2626
2626
2626
2626
2626
2626262626262626262626
2626
2626
2626
2626
262626262626262626
1414 10 1010 14
10
10
10
10
10
1212
10
12
12
12
12
1010 10
10
12
12
12
12
9
9
9
9
9
9
9
99
9
9
9
9
8
8
8
8
8
85 54
43
3
1
12 2
8
86
PLANO DE FUEGO N 2 414
Datos Tcnicos Un. Tipo de Seccin.
Area TericaVolumen TericoDimetro de PerforacinDimetro del orificio de alivioProfundidades de PerdoracinNmeros de agujeros (total)CalderaAlivio agujeroAuxiliaresCangrejoContornoTotal Perforado
m2m3mmmmm
m
70,8283,2
42110
4129122
541348
516
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28 28 28 26 26 26 26 26 28 28 28
161614141616
30
2626
30
Total PerforadoCarga por agujeroCalderaAuxiliaresCangrejoContornoCordn detonante6g40gCarga total / cicloCarga Instantnea Mxima
m
kgkgkgkg
mmkgkg
516
3,572,6433,57
0,714
30135
266,24434,272
V = 640,78 .Q .D0.2969 -1.2295
Frenta distancia desde la superficie de descargaFrenta distancia desde la salida del fondo
125,1 m332,9 m
V = 4,5 mm/sV = 1,4 mm/s
180180
EJEMPLO DEL PLANO DE VOLADURAEN LA GALERIA DE ADUCCION 2
Galera de Aduccin 2DATA/HORA (Pronostico)
TURNOLOCAL
PLANO DE FUEGO N 2
15-09-09/20:00DIA
Pk 308.617410 10 10 10
Area de seccin perifrica AP
PLANO DE FUEGO N 2 174
Datos Tcnicos Un. Tipo de Seccin.
Area TericaVolumen TericoDimetro de PerforacinDimetro del orificio de alivioProfundidades de PerdoracinNmeros de agujeros (total)CalderaAlivio agujeroAuxiliaresCangrejoContornoTotal Perforado
m2m3mmmmm
m
61,2244,8
42110
4131122
641241
5247
7
7
7
7
7
79 8 8 9
89
9
910
10
10
10
10
9
9
88
8
2 21
1
54
4
3
3
6
6
12
9
1212 12
12
12
9
9
9 139
9
12
10
14
14
14
14
1414
14
14
14
14
14
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
1010
1010 10
10 10 1010
1010
1010
1010
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
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Carga por agujeroCalderaAuxiliaresCangrejoContornoCordn detonante6g80gCarga total / cicloCarga Instantnea Mxima
kgkgkgkg
mmkgkg
2,9752,6354,2840,544
22122,4
278,05231,62
V = 640,78 .Q .D0.2969 -1.2295
Frenta distancia desde la superficie de descargaFrenta distancia desde la salida del fondo
180,1 m224,2 m
V = 3,0 mm/sV = 2,3 mm/s
10 10 9 8 7 7 8 9 10 10
30 24 24 24 3020 20 20 202426 26
10
10
10
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181181
Coeficiente de sobrecarga R2
CASO ESTUDIO EN TUNEL 1 Y TUNEL 2 DE LA PRESA DE ALQUEVA - PORTUGAL
Coeficiente de sobrecarga R
A b c74%
1,521 30,303 2,657
LnQPSE fgo .657,2.303,30521,1(%)
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Qfgo ,,,( )
182182
ESPESOR DE SOBRE-EXCAVACION MAXIMA PAGADA POR EL DUEO DE LA OBRA
Mtodo de excavacinPerforacin y voladura con explosivos (perforacin y voladura)
Siega (rozadora)
Suelo sin proteccin (suelo, sin blindaje)
Escudo (escudo)
TBM
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D: Lnea de sobre-excavacin pagada por el dueo de la obra(Norma Suiza SIA 198)
TBM
-
92
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183183
G l i M did (%) C l l d (%) dif i (%)
COMPRACION DE LA SOBRE-EXCAVACION MEDIDA COM LA CALCULADA
Galeria Medida (%) Calculada (%) diferencia(%)
Aduccin 1 14,825 15,885 + 1,06
Aduccin 1 14,315 13,436 - 0,879
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184184
DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA
DE SUIZA GALERIA DE ADUCCION 126
28A B
19,92
18,38
4
68
10
12
141618
2022
24
X X X X X X XXX X X X XX X X XX X X X XXX X XXX X X X X XX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X XX XX X X X X X X X X X X X X XXX X X X XX X X X X X X X X X X X
16,85
15,32
13,79
12,23
10,72
9,19
7,66
6,13
4,60
1,53
3,06
Sobr
ecar
gao
Sob
reca
rgao
(m /
m)
3
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100 150 200 250 300 350 400 450
0
2
X
1,53
Norma Suiza: 0,4 mSobreescavacin media calculada
Divergencia sobrecargarDivergencia sobrecargar + geotcnico operacional
Norma Suiza: 0,61 m
Media sobrecargar medido
Divergencia sobrecargar + operacional
La longitud del tnel, pk
-
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185185
DIVERSOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION Y EL VALOR TOTAL COMPARADO CON LA NORMA
DE SUIZA GALERIA DE ADUCCION 226
28A B
19,92
18,38C
2
4
68
10
12
1416
18
20
22
24 16,85
15,32
13,79
12,23
10,72
9,19
7,66
6,13
4,60
1,53
3,06
1,53
Sob
reca
rgao
Sob
reca
rgao
(m /
m)
3
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50
0
2 ,
Norma Suiza: 0,4 mSobreescavacin media calculada
Divergencia sobrecargarDivergencia sobrecargar + geotcnico operacional
Norma Suiza: 0,61 m
Media sobrecargar medido
Divergencia sobrecargar + operacional
La longitud del tnel, pk100 150 200 250 300 350 400 450
186186
DISTRIBUCION DE LOS TIPOS DE SOBRE-EXCAVACION EN LA GALERIA DE ADUCCION
1 (A) Y GALERIA DE ADUCCION 2 (B)
a)
45,71354,101
b)
38,665
15,581
45 760
Divergencia Perifrica
Operacional (%)
Geotcnica (%)
Divergencia Perifrica
Operacional (%)
Geotcnica (%)
0,186
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45,760
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187187187
3. DISEO DE VOLADURA PARA EVITAR DAO
A ESTRUCTURAS
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188188
VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONESGEOLOGIA LOCAL Y CARACTERISTICAS DE
LAS ROCASEn los macizos rocosos homogneos y masivos las vibraciones sepropagan en todas las direcciones, pero en estructuras geolgicascomplejas, la propagacin de las ondas puede variar con la direccin ypor consiguiente presentar diferentes ndices de atenuacin o leyes depropagacin.
La presencia de suelos de recubrimiento sobre substratos rocosos afecta,generalmente, a la intensidad y frecuencia de las vibraciones. Los suelostienen unos mdulos de elasticidad inferiores a los de las rocas y, por ello,
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tienen unos mdulos de elasticidad inferiores a los de las rocas y, por ello,las velocidades de propagacin de las ondas disminuyen en esosmateriales. La frecuencia de vibracin disminuye tambin, pero eldesplazamiento aumenta significativamente conforme losespesores de recubrimiento son mayores.
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189189
FRECUENCIAS DOMINANTES EN OPERACIONES CON VOLADURA
PORCENTAJE DE CASOS (X 100)
010
OB
RA
CAN
T
MIN
AS
FRE
CU
ENC
IA H20
3040
5060
70
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PU
BLIC
AS
TER
AS
S D
E C
RB
ON
2 8090
100110
120
190190
Estudios estadsticos realizados
FRECUENCIAS DOMINANTESEN OPERACIONES EN MINAS DE CARBON
Y CANTERAS
sobre ms de 2700 registrosrealizados por NobelsExplosive Compay Limited, seobserva que el 90% de lasvoladuras en minas de carbnproducen frecuencias inferioresa 20 Hz. La cantidad de
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voladuras en canteras dan lugara frecuencias entre 4 y 21 Hzen un 80%.
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191191
VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES PESOS DE LA CARGA EXPLOSIVA
La magnitud de las vibraciones terrestres y areas en punto determinado varasegn la carga de explosivo que es detonada y la distancia de dicho punto allugar de la voladura. En voladuras donde se emplea ms de un nmero dedetonador es la mayor carga por retardo la que influye directamente en ladetonador, es la mayor carga por retardo la que influye directamente en laintensidad de las vibraciones y no la carga total empleada en la voladura,siempre que el intervalo de retado sea suficientemente grande para que noexistan interferencias constructivas entre las ondas generadas por los distintosgrupos de barrenos.
El peso de la carga operante es el factor individual ms importante que afecta ala generacin de las vibraciones. La relacin que existe entre la intensidad delas vibraciones y la carga es de tipo potencia, y as por ejemplo para velocidad
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Segn U.S. Bureu of Mines a=0.8
y g p p , y p j p pde partcula se cumple:
aQV
192192
VARIABLES QUE AFECTAN LAS VIBRACIONES DISTANCIA AL PUNTO
DE VOLADURALa distancia a las voladuras tiene, al igual que la carga, una granimportancia sobre la magnitud de las vibraciones Conforme la distanciaimportancia sobre la magnitud de las vibraciones. Conforme la distanciaaumenta la intensidad de las vibraciones disminuye de acuerdo a una leydel tipo:
Donde el valor de , segn el U.S. Bureau of Mines, es del orden de
bDV 1
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1,6. Otro efecto de la distancia es el debido a la atenuacin de loscomponentes de la onda de alta frecuencia, ya que la tierra acta comoun filtro pasa-baja. As a grandes distancias de las voladuras, lasvibraciones del terreno contendrn ms energa en el rango de lasfrecuencias bajas.
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193193
EFECTOS DE LA DISTANCIA Y FALLAS EN LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULAS
a. EFECTO DE LA DISTANCIA
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b. EFECTO DE LA GEOLOGIA
194194
INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LAS VIBRACIONES
Frente a problemas de vibraciones, algunos usuariosl t d i l fi d l l dplantean reducir el consumo especfico de las voladuras,
pero no hay nada ms alejado de la situacin de nivelmnimo, pues se han llegado a registrar voladuras en lasque bajando el consumo de explosivo un 20% con respectoal ptimo, los niveles de vibracin mediados se hanmultiplicado por 2 y por 3, como consecuencia del granconfinamiento y mala distribucin espacial del explosivo que
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confinamiento y mala distribucin espacial del explosivo queoriginan una falta de energa para desplazar y esponjar laroca fragmentada.
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195195
TIPO DE EXPLOSIVO Y LA VELOCIDAD DE VIBRACION DE LAS PARTICULAS
As, pues, la primera consecuencia prctica es que aquellosl i i d b b jexplosivos que generan presiones de barreno ms bajas
provocarn niveles de vibracin inferiores. Estos explosivosson los de baja densidad y baja velocidad de detonacin,por ejemplo el ANFO. Si se compara una misma cantidadde ANFO con un hidrogel comn, o un hidrogelaluminizado, la intensidad de las vibraciones generadas porel primero es 2 veces y 2 4 veces menor respectivamente
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el primero es 2 veces y 2,4 veces menor respectivamente.Tal afirmacin ha sido corroborada por diversos tcnicoscomo Hagan y Kennedy (1981), Matheu (1984), etc.
196196
INFLUENCIA DEL CONSUMO ESPECIFICO EN LA VELOCIDAD DE LAS PARTICULAS
(mm
/s)
125
150
RIESGO DEPROYECCIONES
ELO
CID
AD
DE
PAR
TIC
ULA
50
75
100
125
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CONSUMO ESPECIFICO (Kg/m )
VE
30,25
25
0,30,35
0,4 0,5 1 1,5 2 2,5 30,45
-
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197197
TIEMPOS DE RETARDO Y VELOCIDAD DE VIBRACION
En lo relativo al tiempo mnimo de retardo para eliminar lasinterferencias constructivas o con efectos sumatorios, en losprimeros estudios realizados por Duvall et al (1963) se proponanprimeros estudios realizados por Duvall et al (1963) se proponanintervalos de 8 ms y 9 ms, calculados a partir de losexperimentados llevados a cabo en canteras de caliza.Langefors (1963) seala que con intervalos mayores de 3 veces elperodo de vibracin puede suponerse que no existe colaboracinentre barrenos adyacentes detonados de forma secuenciada,debido a la amortiguacin de las seales.
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Wiss y Linehan (1978) sugieren un tiempo de retardo nominal entreperodos de retardo sucesivos de 17 ms, para eliminar el efectosumatorio de las vibraciones.
198198
ECUACION PARA LA DETERMINACION DEL TIEMPO DE RETARDO
xStt cos
Donde:te = Tiempo de retardo efectivo.tn = Tiempo de retardo nominal.S E i i t t b
VCtt ne
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S = Espaciamiento entre barrenos.VC = Velocidad de propagacin de las ondas ssmicas. = Angulo entre la lnea de progresin de la voladura y la
posicin del captador.
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199199
VELOCIDAD DE VIBRACION DE PARTICULASEN FUNCION DEL TIEMPO DE RETARDO
12
LA (m
m/s
)
9
6
D M
AXI
MA
DE
PAR
TIC
UL
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3
6 12 18TIEMPO DE RETARDO (ms)
VELO
CID
AD
24 30
200200
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURADIAMETRO Y ALTURA DE CORTE
La mayora de las variables geomtricas de diseo de las voladurastienen una considerable influencia sobre las vibraciones generadas.Algunos comentarios al respecto son los siguientes:Algunos comentarios al respecto son los siguientes:
Dimetro de perforacin.El aumento del dimetro de perforacin es negativo, pues lacantidad de explosivo por barreno es proporcional al cuadrado deldimetro, resultando unas cargas operantes en ocasiones muyelevadas.
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Altura de banco.Debe intentarse mantener una relacin H/B >2 para obtener unabuena fragmentacin y eliminar los problemas de repis, almismo tiempo que se reduce el nivel de las vibraciones por estarlas cargas menos confinadas.
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101
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201201
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y ESPACIAMIENTO
Piedra y espaciamiento.
Si la piedra es excesiva los gases de la explosin encuentran resistenciaSi la piedra es excesiva los gases de la explosin encuentran resistenciapara fragmentar y desplazar la roca y parte de la energa del explosivo setransforma en energa ssmica aumentando la intensidad de las vibraciones.Este fenmeno tiene su manifestacin ms clara en las voladuras deprecorte, donde el confinamiento es total y pueden registrarse vibraciones delorden de cinco veces superiores a las de una voladura convencional enbanco.Si la dimensin de la piedra es reducida los gases se escapan y expandenhacia el frente libre a una velocidad muy alta, impulsando a los fragmentos de
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y , p groca proyectndolos de una forma incontrolada y provocando adems unaumento de la onda area y el ruido.
En lo relativo al espaciamiento, su influencia es semejante a la del parmetroanterior e incluso sudimensin depende del valor de la piedra.
202202
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION
B 60 DIV = INTENSIDAD
DE VIBRACION
B = 60 D
IV MUY GRANDE DE VIBRACION
(a)
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IV GRANDE
(b)
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203203
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURA DE PIEDRA Y NIVEL DE VIBRACION
B = 40 D
IV MEDIA
B = 20 D
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IV BAJA PERO GRAN EFECTODE ONDA AEREA
(d)
204204
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURASOBREPERFORACION Y RETACADO
Sobreperforacin.
Cuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias cadaCuando se utilizan longitudes mayores a las necesarias, cadaseccin adicional colabora con una cantidad de energa cada vezmenor en el cizallamiento y movimiento de la roca en la base, y por lotanto un porcentaje cada vez mayor de la energa desarrollada por elexplosivo se convierte en vibraciones del terreno, generandoparalelamente un gasto superfluo en perforacin y explosivos, ydejando un piso irregular.
R t d
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Retacado.
Si la longitud de retacado es excesiva, adems de presentarproblemas de fragmentacin, se aumenta el confinamiento, pudiendoa dar lugar a mayores niveles de vibracin
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205205
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURAINCLINACION TALADROS Y TAMAO
VOLADURA
Inclinacin de los barrenos Los barrenos inclinados permiten unInclinacin de los barrenos. Los barrenos inclinados permiten unmejor aprovechamiento de la energa al nivel del piso,consiguindose incluso una reduccin de las vibraciones.
Tamao de las voladuras.Las dimensiones de las voladuras estn limitadas, por un lado,por las necesidades de produccin, y por otro, por las cargasmximas operantes determinadas en los estudios vibrogrficos a
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mximas operantes determinadas en los estudios vibrogrficos apartir de las leyes de propagacin, tipos de estructuras aproteger y parmetros caractersticos de los fenmenosperturbadores.
206206
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURADESACOPLAMIENTO
Desacoplamiento.
Experiencias llevadas a cabo por Melnikov, empleandodesacoplamientos del 65 al 75 %, demuestran que se mejora lafragmentacin y la uniformidad de la granulometra, y que sedisminuye el porcentaje de voladura secundaria entre 2 y 10veces, as como el consumo especifco de explosivo y laintensidad de las Vibraciones del terreno.
E l Fi d bid At hi (1970) l i fl i d l
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En la Fig. debida a Atchison (1970) se ve la influencia deldesacoplamiento (relacin entre el dimetro de la carga y eldimetro del barreno) sobre la intensidad de las vibraciones.
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207207
VARIABLES GEOMETRICAS DE LA VOLADURAINTENSIDAD DE VIBRACION
Y DESACOPLAMIENTO
GRANITO LITHONIAON 0,8
1,0
GRANITO LITHONIA
CALIZA BACYRUS
CALIZA MARION
YESO WINNFIELD
PENDIENTE = -1,5TEN
SIO
N R
ELAT
IVA
NTE
NSI
DA
D D
E VI
BR
AC
IO
0 04
0,060,080,10
0,2
0,4
0,6
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DESACOPLAMIENTO
O IN
10,01
0,02
0,04
2 4 6 8 10 20 40 60 100
208208
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION DUVALL ET AL (1959-1963) - USBM
USBM : V = K (D/Q1/2)-B (1)
Where:
V = Peak particle VelocityD = Distance of measuring pointQ = Maximum Charge per delay in a round Blast
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B = Slope of the best- fit straight line of the V versus D/Q1/2plot in a long log scale, and K is the intercept on theparticle velocity axis when D/Q1/2 = 1
-
105
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209209
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION LANGERFORS KIHLSTROM (1973)
Langerfors Kihlstrom (1973) suggested the followingrelationship for various charging levels {(Q/D3/2)1/2} top g g {( ) }estimate Peak Particle Velocity.
LFKH : V = K {(Q/D3/2)1/2}B ..(2)
B is the slope of the best fit straight line of the V versus3/2 1/2
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(Q/D3/2)1/2 plot in a log log scale and K is intercept on theordinate.
210210
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION AMBRASEYS HENDROM
For spherical symmetry, Ambraseys Hendron (1968)suggested that any linear dimension should be called to thecube root of the charge weight. They also proposed aninverse power law to relate amplitude of seismic waves andscaled distance. The equation is :
AMHEN : V = K (D/Q1/3)-B . (3)
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The empirical constants K and B are derived from the best fit straight line of V versus (D/Q1/3) in log log plot.
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211211
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION INDIAN STANDARD EQUATION
The empirical relation suggested by Indian Standard (1973)uses a parameter in which blast is scaled to the equivalentdi t l d di t It i d fi d th t ldistance or scaled distance. It is defined as the actualdistance divided by the cube root of the square of the chargeweight. The relationship is of the following form :
IS : V = K = (Q2/3/D)B (4)
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212212
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION CMRS PREDICTOR EQUATION
CMRS has established an efficient blast vibration predictor (pPal Roy. 1991) based onwave propagation law. The equation considers only geometrical spreading as the causeof the decrease amplitude of ground vibration.The equation is
V = n + K (D/Q1/2)-1 (5)
The empirical constants n is related to the category of parameters, which areinfluenced by rock properties and geological discontinuities. But the empirical constantk is related to the category of parameters which are influenced by design parametersincluding charge weight, distance from the explosion source, charge diameter, delayinterval burden and spacing sub drilling and stemming length Table 1 9 lists the
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interval, burden, and spacing, sub drilling and stemming length. Table 1.9 lists thevalues of empirical constants as well as the index of determination for different type ofrock mass insitu. The CMRS equation involves a very simple calculation for thedetermination of charge per delay at any specific distance and the equation is as follows.
Q = [{D(v-n)}/K]2
-
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213213
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION RESUMEN
Nombre de la ecuacin predictor
USBM (Duvall and Fogelson 1962)
Ecuacines
USBM (Duvall and Fogelson, 1962)
Ambraseys - Hendron (1968)
Langefors - Kihlstrom (1978)
Indian Standard Predictor (1973)
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( )
Donde v es la velocidad de las partculas de pico (mm / s), la Q carga mxima por retardo (kg), R la distancia entre explosin de caraa punto de control de vibraciones (m), y K y B las constantes de sitio, que puede ser determinada por mltiples anlisis de regresin.
MAX
214214
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HENDRON (1968) Y DOWDING (1971)
Donde: V = Velocidad de partcula.V Velocidad de partcula.DS = Distancia. Q = Carga mxima por retardo.k, n = Constantes empricas.
n
QDSxKv
3/1
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Q
3/1
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215215
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION DEVINE Y DUVALL (1963)
Si se utilizan cargas de explosivo cilndricas, se ha visto poranlisis dimensional que las distancias deben ser
id di idi d l l i d d d lcorregidas dividindolas por la raiz cuadrada de la carga,Devine (1962), Devine y Duvall (1963), llegndose a definirla siguiente ley de propagacin. Fig. 33.20:
nDS
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QDSxKv
2/1
216216
Otros como Atewel et al(1965) Holmberg y Persson
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION HOLMBERG Y PERSON (1978)
VELOCIDAD DE PARTICULA (mm / s)
163,5 mm / s
(1965), Holmberg y Persson(1978), Shoop y Daemon(1983) no consideram unasimetra de carga particulary utilizan la siguienteexpresin general:
V (mm / s) = 323 (D/Q )-1,45
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ba DS xQxKv DISTANCIA (m)
43m.
38 kg
CARGA MAXIMA PORRETARDO (kg)
-
109
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217217
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION ECUACION DE DEVINE
La ecuacin de Devine es comnmente utilizada para modelar elcomportamiento de las vibraciones productos de tronaduras encampo lejano. La misma, relaciona la PPV(mm/s) con el peso de la
l i W (k ) d t d f i t t l di t icarga explosiva W (kg) detonada en forma instantnea y la distanciad(m) al punto de observacin. Los valores K y representan lascaractersticas de comportamiento vibracional del terreno. Dichaecuacin se presenta a continuacin:
L fi 8 fi l lt d l i d j t d l M d l
2/1 W
dxKPPV
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La figura 8 grafica los resultados y la ecuacin de ajuste del Modelode Devine, que caracteriza el comportamiento vibracional del terrenode la unidad geotcnica donde se realiz el ensayo, estrepresentada por:
9358.1
2/1 3.1211
W
dxPPV
218218
MODELOS DE PROPAGACION DE LA VIBRACION GRAFICO DE LA ECUACION
DE DEVINEModelo de Vibraciones Campo Lejano (Devine)
Prueba Especial - Sector F5SMina Los Bronces
40
30
20
de P
artc
ula
Peak
(mm
/s)