CONTROL DE VIBRACIONES, MECANICA DE ROCAS

1. CONTROL DE VIBRACIONES
POR EFECTO DE LA
VOLADURA
Por:GRADOS RAMOS, Ciro

2. INTRODUCCION
Para la fragmentación de las de las rocas se hace necesaria la
utilización de explosivos los cuales pueden generar alteraciones
como vibraciones, onda aérea y proyecciones de la roca que en
algunas circunstancias pueden originar daños en las estructuras
próximas a los sitios de explotación, los cuales pueden causar algún
tipo de molestias en las viviendas más cercanas al punto de la
voladura y ser causa de conflictos permanentes con los habitantes
próximos a las explotaciones.

3. VARIABLES QUE AFECTAN A LAS CARACTERISTICAS
DE LAS VIBRACIONES
oPeso de la Carga Operante
o Geología Local y Características de las Rocas
o Distancia al punto de la voladura

4. oTipos de explosivos
o Tiempos de Retardo
o Consumo específico de explosivo

5. VARIABLES GEOMÉTRICAS DE LAS VOLADURAS
o Diámetro de perforación.
o Altura de banco.
o Piedra y espaciamiento.
o Sobre perforación.
o Retacado.
o Desacoplamiento.
o Tamaño de las voladuras.

6. CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES TERRESTRES
TIPOS DE ONDAS
SISMICAS
GENERADAS
ONDAS INTERNAS
PRIMARIASO DE
COMPRESION
TRANSVERSALESO
DE CIZALLAMIENTO
ONDAS
SUPERFICIALES
ONDAS RAYLEIGHY
LOVE
 Tipos de ondas sísmicas:

7. Las velocidades de “P” y “S” Pueden estimarse a partir de las
características elásticas de los materiales con las siguientes
expresiones.
Donde:
• ρr : Densidad de la roca.
• μ : Coeficiente de Poisson.
• E : Módulo de Young.
• VCp y VCs : Velocidad de propagación de las ondas
longitudinales y transversales respectivamente.

8.  Parámetros de las ondas:
Amplitud (A). Desplazamiento máximo
de un punto desde su posición de reposo.
Velocidad de Partícula (v). Velocidad a
la que se desplaza el punto.
Aceleración (a). Ritmo de cambio de la
velocidad.
Frecuencia (f). Número completo de
oscilaciones o ciclos por segundo. La
frecuencia es inversa del período «T».
El Desplazamiento (Y). En cualquier
instante vale: y= A x sen(wt)
Una simplificación para el estudio de las vibraciones generadas por las
voladuras consiste en considerar éstas como ondas de tipo sinusoidal.

9. Atenuación Geométrica:
La densidad de energía en la propagación de los pulsos disminuye
conforme las ondas encuentran o afectan a mayores volúmenes de
rocas. Parece lógico considerar ciertos factores de atenuación
geométrica para cada uno de los distintos tipos. Ejemplo en un medio
homogéneo, elástico o isótropo la amplitud cae debido a la
amortiguación geométrica, siendo su caída proporcional para los
distintos tipos de ondas dominantes.
• “1/s” para ondas internas en un medio (semi) infinito.
• “1/s0.5” para ondas Rayleigh.
• “1/s2” para ondas internas propagándose a lo largo de una
superficie libre.
Donde “s” es la distancia desde la fuente sísmica.

10. Amortiguación inelástica:
En la naturaleza, los macizos rocosos no constituyen para la
propagación de las vibraciones por el contrario presentan efectos
inelásticos que provocan una pérdida de energía durante la
propagación de ondas.
• Disipación en matriz inelástica debido al movimiento relativo en las
superficies ínter cristalina y plano de discontinuidad.
• Atenuación en rocas saturadas debido al movimiento del fluido con
respecto a la matriz.
• Flujo en el interior de las grietas.
• Difusión defensores inducidas por volátiles absorbidos.
• Reflexión en rocas porosas o con grandes huecos.
• Absorción de energía en sistemas que experimentan cambios de fase,
etc.

12. CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS AEREA
La onda aérea es la onda de presión que va asociada a la detonación,
mientras que el ruido es la parte audible e infrasónica del espectro.
Las fuentes de estas perturbaciones son las siguientes de acuerdo a
Wiss y Linehan (1778):
1. Escape de los gases por el barreno al
proyectarse el retacado.
2. Escape de los gases a través de las
grietas creados en el frente del macizo
rocosa.
3. Movimiento del terreno probado por la
explosión
4. Detonación del cordón iniciador a aire
libre.
5. Desplazamiento del frente del banco al
progresar la voladura.
6. Colisión entre los fragmentos
proyectos.

13. INSTRUMENTACIÓN DE REGISTRO Y ANÁLISIS DE
VIBRACIONES Y ONDA AEREA
Equipos de registro y análisis:
1. Control de vibraciones con el uso de
sismógrafo.
2. Usando diseños de voladuras para
controlar vibraciones.
3. Tipos de sismógrafos, monitoreo
sísmicos.
4. Unidades que imprimen resultados en
papel.
5. Unidades de grabación de datos.
6. Desarrollando un programa de control
y monitoreo de vibración.
7. Inspecciones un programa de control
y monitoreo de Monitoreo Sísmico.
8. Colocación de sismográficos.
9. Análisis de datos.

14. Estimadores de vibraciones terrestres
A través del tiempo las formulas para calcular la ecuación de
propagación de las vibraciones fueron cambiando conforme se tomaban
nuevos parámetros.
Recientemente Ghosh y Daemen (1983) tienen en cuenta la
amortiguación inelástica para considerar la caída exponencial de “v”,
haciéndola proporcional a “e^(-aDS)”.
Las fórmulas general es que engloban a las anteriores son, pues:
Donde:
K = Constante característica del lugar que varía desde 0,57, para rocas
duras competentes, hasta 3,40 para suelos no consolidados.

15. Predicción teórica de las vibraciones terrestres:
Cuando no se dispone de instrumentación y equipos para realizar una
campaña vibrográfica, la intensidad de las perturbaciones originadas
por las voladuras puede predecirse con un modelo teórico, G. Serta
(1985), teniendo en cuenta que la energía sísmica transmitida a la roca
por el explosivo puede evaluarse con las siguientes dos expresiones:
Donde:
A = Amplitud de la oscilación (m).
f = Frecuencia de la vibración (Hz).
Ds = Distancia de la carga al punto de registro (m).
ρr = Densidad de la roca (kg/m3).
VC = Velocidad de propagación en el macizo rocoso (m/s).
Tv = Duración de la vibración (s).

16. nt = Rendimiento de transmisión de energía.
• Carga apoyada nt < 0,4.
• Carga en barreno con frente libre nt > 0,4.
n1 = Característica de impedancias de explosivo/roca.
n2 = Característica de desacoplamiento de la carga.
ET = Energía específica del explosivo (MJ/kg).
Q = Cantidad de explosivo (kg).
Ze = Impedancia del explosivo (kg. m-2.s-1).
Zr = Impedancia de la roca (kg. m-2.s-1).
D = Diámetro del barreno (mm).
d = Diámetro de la carga (mm).

18. Estimadores de onda aérea:
La componente audible de la onda aérea, que es la parte del espectro
comprendida entre 20 Hz y 20 kHz y que también es conocida como
«ruido», se mide comúnmente en dB. El decibelio se define en
términos de sobrepresión con la ecuación:
Donde:
NR = Nivel de ruido.
SP = Sobrepresión (N/m2).
SPo = Presión del menor sonido que puede ser escuchado (20 * 10-6
N/m 2).

20. EFECTO DE LAS VIBRACIONES Y ONDA AEREA SOBRE LAS
PERSONAS
Uno de los factores con el que es preciso contar en la ejecución de
voladuras es el efecto fisiológico de las mismas, ya que con niveles
inferiores a los máximos admisibles para no producir daños en las
estructuras
se puede obtener un índice de percepción que puede hacer pensar a las
personas en probables daños potenciales.

21. EFECTO DE LAS VIBRACIONES SOBRE LOS MACIZOS ROCOSOS
Las vibraciones tienen un doble ámbito de actuación, por un lado
afectar a la integridad de las rocas, y por otro, pueden llegar a provocar
colapsos en los taludes al introducir acciones desestabilizadoras.
Al primer aspecto, la velocidad crítica de vibración puede
determinarse conociendo la velocidad de propagación de las ondas
longitudinales en el macizo, la densidad y la resistencia a tracción de la
roca.
Donde:
RT = Resistencia a tracción.
Ρr = Densidad del medio.
VC = Velocidad de propagación de las ondas longitudinales.

22. RECOMENDACIONES PARA REDUCIR LOS NIVELES DE
VIBRACION DEL TERRENO Y ONDA AEREA
• Minimizar la carga de explosivo por unidad de microrretardo.
• Elegir un tiempo de retardo entre barrenos y filas efectivas que evite
una fuerte superposición de ondas y permita un buen desplazamiento
de la roca.
• Utilizar el consumo específico adecuado, ya que una disminución de
éste puede aumentar el confinamiento de las cargas y, por
consiguiente, la intensidad de las vibraciones. Obviamente, un
consumo excesivo da lugar a una sobrecarga innecesaria acompañada
de grandes efectos perturbadores.
• Controlar la perforación para que las mallas coincidan con las
nominales.
•Seleccionar esquemas y secuencias que eviten el reforzamiento de
ondas.

23. APLICACIÓN
ESTUDIO Y EVALUACIÓN DE LAS VOLADURAS EN LA ZONA ESTE-
DIAMANTE DEL TAJO ABIERTO RAÚL ROJAS MEDIANTE LA CAPTACIÓN DE
IMÁGENES Y SU TRATAMIENTO INFORMÁTICO
Geología General:
El yacimiento de Cerro de Pasco se localiza al lado Este de la chimenea
volcánica y la falla longitudinal que separa las calizas Jurásicas de las filitas
devonianas. La chimenea volcánica (aglomerado volcánico) compuesta por
fragmentos de filitas, cuarcitas, calizas y pórfidos monolíticos, dentro de una
matriz fina conformadas por los mismos elementos, vidrio volcánico y cristales
de rocas intrusivas.

24. Estudio de las imágenes:
Datos cualitativos:
•Secuencia de encendido de los taladros de la voladura.
•Confinamiento y/o expulsión del taco.
•Primeros desplazamientos de la roca.
•Trayectoria de los fragmentos de roca.
•Comprobación del correcto funcionamiento de los accesorios de
iniciación de las voladuras.
Datos cuantitativos:
•Tiempos de retardo de los detonadores y/o conectores de superficie.
•Duración de la retención de los gases y escape de los mismos.
•Aceleración y velocidad de los fragmentos de roca incontrolados.
•Velocidad de elevación del terreno en la superficie del banco.
•Velocidad de expulsión del taco.
•Tiempos de respuesta del terreno desde el instante de detonación de
las cargas.
•Tiempo total de lanzamiento de las proyecciones.
•Intervalo de desplazamiento de la roca fragmentada.

25. Sistemas de grabación y tratamiento de imágenes:
Para el caso de estudio de una voladura en el que se quiere efectuar su
análisis y evaluación, y exponer a continuación los resultados, los
componentes básicos serían. Computador multimedia de
características:
Equipo básico para la evaluación digital de las voladuras, e imagen del
monitor de alta resolución con las imágenes para el análisis mediante
el software.

26. APLICACIÓN AL ESTUDIO DE VOLADURA DE UN BANCO
Las pruebas se llevaron a cabo en el Tajo Raúl Rojas, zona este, Plan Diamante,
en bancos de 10 m, roca caliza y pacos. Los taladros son de 7 7/8” de diámetro
perforados verticalmente, en malla cuadrada de 5 m x 5 m, y se iniciaron con el
sistema no eléctrico fanel dual N°16, a lo largo del taladro con detonador de
retardo en el fondo de 600 ms y en superficie de 42 ms; para el cebado en el
fondo se utilizó booster HDP-1 de 0,45 kg. La secuencia de encendido, y los
tiempos de retardo de la voladura se muestra en la figura.

27. Análisis de las imágenes:
En las imágenes extraídas del análisis de las voladuras, se ha seleccionado
cuatro fotogramas de la voladura identificándose lo siguiente:
• El primer fotograma muestra dos caras libres del banco con uno de los
frentes irregular, así como la detonación del conector de 0 ms e iluminación del
tubo fanel (1).
1

28. • La segunda imagen refleja la energetización final (fanel iluminado, 2) a
los 1224 ms, habiéndose iniciado el movimiento del pie de talud de las
primeras filas, iniciándose con los primeros taladros del lado oeste de
acuerdo a los tiempos secuenciales, además del levantamiento del piso
en ese sector.
2

29. •La tercera imagen presenta el inicio del colapso del banco (3), 1380
ms, como consecuencia de un mayor desplazamiento de la roca del
tercio inferior, aproximadamente, del talud, y levantamiento del piso en
todo el sector del banco, se debe apreciar que no se observa fumarolas
de expulsión del material de los tacos de los taladros y gases, denotando
un adecuado funcionamiento de ellos en la retención de los gases
generados por el explosivo.
3

30. • En la última imagen se observa la generación de algunos bancos (4),
principalmente en el talud con geometría irregular, donde el burden
por partes ha sido mayor para algunos taladros.
4

31. CONCLUSIONES
• La afección dinámica a las estructuras por las vibraciones causadas por
las voladuras de obras civiles, canteras o minas puede controlarse
mediante su medición y cálculo, empleando para ello instrumentación
de tipo sismográfico.
• Debido a las habituales heterogeneidades del terreno, los cálculos
basados en la medición se han demostrado más fiables que los
analíticos puros.
• Existen normas nacionales e internacionales que las limitan, definiendo
en algunos casos las pautas actuación frente al diseño de una voladura
que, eventualmente, pudiera afectar a una estructura.
• Por otro lado, existen técnicas de estimación de vibraciones, basadas en
la obtención de la ley de amortiguación del terreno mediante ensayos de
disparo y medición.
• Por último, el desarrollo de los explosivos y los sistemas de iniciación
(detonadores secuenciadores) así como de las técnicas de diseño de
voladuras permite aminorar las vibraciones a los valores definidos por
la normativa, eliminando las molestias a personas o los daños a las
estructuras.