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VOLADURACONTROLADA,ANALISIS
VIBRACIONALYSISMOLOGIAAPLICADA
ALAESTABILIDADDELMACIZOROCOSO
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Dr.VidalNavarroTorres
ConsultorIntercade
OBJETIVOSSONCAPACITARSOBRE:
El fenmeno del proceso de rotura y fragmentacin de las
rocas frente a la accin explosiva, relacionados con la
vibracin y la ssmica.
Las tcnicas de voladura controlada que permita controlar los
daos por efectos de vibraciones: precorte y recorte.
El diseo de elementos geomtricos y de carga explosiva para
una voladura que permita controlar los daos a las
estructuras la incomodidad humana.
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Las tcnicas y metodologas de anlisis de la sismicidad
inducida y procedimientos de anlisis de vibraciones.
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Los avances tecnolgicos y modelos que permiten analizar,
interpretar y buscar medidas alternativas de control del
OBJETIVOSSONCAPACITARSOBRE:
fenmeno dinmico en roca y en minas a cielo abierto
(vibracin y sismologa).
La instrumentacin geotcnica en laboratorio e in situ que
permitan caracterizar cuantitativamente los parmetros
relacionados con la vibracin y la sismologa.
Uso y aplicacin de software especializado para la
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determinacin de la ley de propagacin de las vibraciones ydiseo
de voladuras controladas para evitar daos a
estructuras e incomodidad humana.
I.
VOLADURA
Y
SUS
EFECTOS
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Pulsosdecompresin1- Cavidade do explosivo;2- Zona de
transicao;
2a- Zona hidrodinamica:2b- zona plstica;
ZONIFICACIONENELPROCESODEROTURAPORLA
DETONACIONDEEXPLOSIVOALREDEDORDELTALADRO
Reflexindelasondasyesfuerzos
detensin
2a
2b
2c
2d
c- zona ragmen a a;2d- zona fracturada.
3- Zona ssmica ou elstica.
7
3
I.Voladuraysusefectos
1. Cavidad del explosivo. Es la regin inicialmente ocupada porla
carga explosiva; por lo tanto aun no es la roca propiamente
ZONIFICACIONENELPROCESODEROTURAPORLA
DETONACIONDEEXPLOSIVOALREDEDORDELTALADRO
.
2. Zona de transicin. Es la zona de trituracin y fracturacin
delmacizo rocoso alrededor del taladro.
3. Zona ssmica o elstica. Las tensiones tangenciales no mas
8
,mas fracturas radiales . Entretanto, las frentes de la onda
dechoque, compresivas, poseen suficiente energa para alcanzarlas
superficies libres de los bancos y en las que se reflejan.
I.Voladuraysusefectos
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2.a) Zona hidrodinmicaes la primera regin de roca que sufre
los efectos de las altas tem eraturas elevadas resiones
ZONAHIDRODINAMICAYZONAPLASTICA
resultantes de la explosin.
2.b) Zona plstica inmediatamente despus, la roca contina a
sufrir la accin de altas presiones, comportndose como un
fluido de baja viscosidad y sin resistencia al corte. Las
9
,
aproximacin, por la variacin de densidad por las elevadas
presiones.
I.Voladuraysusefectos
2.c) Zona fragmentada en esta zona la roca es reducida a,
pequeos fragmentos que llegan a alcanzar la dimensin de
polvo, sin cualquier consistencia. La extensin de esta rea
ZONAFRAGMENTADAYZONAFRACTURADA
depende altamente de la capacidad del material para consumir
energa por fragmentacin sin embargo, en cualquier caso, esa
zona es normalmente bien definida, aumentando el calibre delos
fragmentos con la distancia desde el origen de la detonacin.
2. d) Zona fracturada con mayor extensin que las anteriores
ocurre una regin de roca atravesada por fracturas
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esencialmente radiales cortadas por un sistema menos
importante de fracturas concntricas con el taladro; esta zona
es
caracterizada por una diminucin de densidad de fracturacin
con el aumento da distancia al punto de explosin.
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2a2b
2c
2d
1- Cavidade do explosivo;2- Zona de transicin;
2a- Zona hidrodinamica:
ZONAENTORNODELAEXPLOSION
Tensionesmuyaltas=(a)PD (>quearesistenciadinmica
delmacizo)2a
ExplosivoeneltaladrosometidoalapresinPD 1
3
2b- zona plstica;2c- zona fragmentada;2d- zona fracturada.
3- Zona ssmica o elstica.
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Mayorvelocidaddelasondasssmicasquelasondasplsticas
Accinsimultneadealtastensionesenladireccintangencialyradial
Existenciadetensionessuperioresalaresistenciadinmicaalatensindelaroca
2b
2d
2c
Recibeapropagacinondulatoriaconamplitudes
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Antes de que la onda de choque alcance el frente libre efectivo,
la
energa total transferida a la roca por la compresin inicial vara
entre el
FRACTURACIONDELMACIZOROCOSOPORLA
LIBERACION
DE
CARGA
. .
paso de la onda de compresin, se produce un estado de
equilibrio
cuasiesttico seguido de una cada sbita de presin en el
barreno,
debida al escape de los gases a travs del retacado, de las
fracturas
radiales y al desplazamiento de la roca.
La energa de tensin almacenada se libera muy rpidamente,
13
rotura del macizo. Esto afecta a un gran volumen de roca, no
solo pordelante de los barrenos, sino incluso por detrs de la lnea
de corte de la
voladura, habindose llegado a identificar daos a distancias de
varias
decenas de metros.
I.Voladuraysusefectos
FRACTURACIONDELMACIZOROCOSOPORLA
LIBERACION
DE
CARGA
A
t =0
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t = X ms t = 2 X ms
A B A B
I.Voladuraysusefectos
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En formaciones rocosas sedimentarias cuando los estratos
presentan
FRACTURACIONDELMACIZOROCOSOPORCIZALLAMIENTO
,
produce la rotura en los planos de separacin al paso de la onda
de
choque por las tensiones diferenciales o cortantes en dichos
puntos.
PASE DETRACCION
ESTRATO XFASE DECOMPRESION
15
EXPLOSIVO
Tiempo =
ESTRATO Y
t1 t2
I.Voladuraysusefectos
Durante y despus de losmecanismos de agrietamientoradial
descostramiento la
ROTURADELMACIZOROCOSO PORFLEXION
presin ejercida por los gases deexplosin sobre el material
situado frente a la columna deexplosivo hace que la roca
actecomo una viga doblementeempotrada en el fondo del taladroy en
la zona atacado,
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producindose la deformacin yel agrietamiento de la misma porlos
fenmenos de flexin.
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Como se ha visto anteriormente, la presin de detonacin puede
expresarse de forma simplificada por:
TRANSMISIONDEUNAONDADECHOQUE
EN
UN
MEDIO
ROCOSO
PD=cxVD2
4
17
PD=Presindedetonacin(kPa).c =Densidaddelexplosivo(g/cm
3).
VD=Velocidaddedetonacin(m/s).
I.Voladuraysusefectos
La mxima presin transmitida a la roca equivale a:
=
PRESIONDETRANSMISIONEIMPEDANCIA
Donde es la relacin entre la impedancia del explosivo y la de la
roca:
Siendo:
m
1+nz
nz= c xVD
xVC
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VC = Velocidad de propagacin de las ondas en el medio rocoso
(m/s).
r= Densidad de la roca (g/cm3).
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Cuando las im edancias de los medios son i uales XVC
SITUACIONESDERELEXIONYREFRACCION
EN
LA
TRANSMISION
DE
ONDAS
= r1X VC1) gran parte de la energa se transmitir y el resto
se
reflejar, llegndose a una situacin lmite cuando (r2X VC2
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ir
n1
TENSIONESREFLEJADASYREFRACTASENLACARALIBRE
DE
LA
VOLADURA
Sigmar:tensinreflejada
it
n1
2
aa
rr
cn
21
Sigmat:tensintransmitidaorefractada Sigmai:tensinincidente
n:impedancia
C:velocidaddelasondas enroca(r)yenelaire(a)
I.Voladuraysusefectos
FASE I FRENTE LIBRE
EFECTOSDELAONDADECHOQUEOENERGIA
DE
TENSION:
FASE
I
PIED
RA
ONDASDE
CHOQUE
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ESPACIAMIENTO
I.Voladuraysusefectos
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FRENTE
EFECTOSDELAONDADECHOQUEOENERGIA
DE
TENSION:
FASE
II
ONDA DE CHOQUEREFLEJADA
LIBRE
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ZONA DE INTENSOAGRIETAMIENTO RADIAL
ANILLO DEROCA PULVERIZADA
I.Voladuraysusefectos
FRENTE
FASE III
EFECTOSDELAONDADECHOQUEYEXTENSION
DE
FRACTURAS
POR
ACCION
DE
LOS
GASES:
FASE
III
ONDA DE CHOQUE-
LIBRE
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EXTENSIN DE LAS GRIETAS POR ACCION DE LOS GASES
REFLEJADA
I.Voladuraysusefectos
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Energa quimicopotencial
Energa disponibleEnerga de iniciacin
Energa no liberada
C-JReacci
t
MODELOSDELADISTRIBUCIONDELAENERGIA
EXPLOSIVA
DURANTE
LA
VOLADURA
DE
ROCAS
Energa de la ondade detonacin
Energa de la ondade choque
Energa consumidaen la zona transitora
Energa de los impulsosde tensin
Energa de la componenteradial
Energa de la componentetangencial
Energa consumidaen la fisuracin radial ENERGIA SISMICA
Energa de los gases
Energa calorficade los gases
Energa calorficatransmitida a la roca
Energa calorfica dela roca remanente
Energa cintica totalde los gases
Energa cintica de lamasa proyectada
Energa cintica residualen la roca proyectada
Energa consumida en lafragmentacin por colision
Energa consumida enla apertura de fisuras
Energa calorfico dela roca proyectada
Pg=Rm
Pk
g
>
Pk
Pg>Rm
Pg
