Cรกlculo de Retardos PARA CONTROLAR VIBRACION
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Elementos Bรกsicos en un Explosivo
Volumen de gases generados
Velocidad de gases generados
Tipo de gases generados
Sensibilidad para generar esos gases
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Explosivo
Abreviaci贸n
VOD (m/s)
Densidad (grms/cm3)
1,3,5-Trinitrobenceno
TNB
7450
1.6
1,3,5- Triacido-2,4,6-Trinitrobenceno
TATNB
7300
1.71
Trinitotolueno
TNT
6900
1.6
Trinitroanilina
TNA
7300
1.72
Tetryl
7570
1.71
Acido P铆rico
7350
1.7
Dunnite
7150
1.6
Picrato de Metil
6800
1.57
Picrato de Etil
6500
1.55
Trinitrocresol
6850
1.62
7350
1.8
Nitrato de Metil
8000
1.21
Nitroglicol
8000
1.48
Triaminotrinitrobenceno
TATB
Nitroglicerina
NG
7700
1.59
Pentaeritritol Tertranitrato
PETN
8400
1.7
EDNA
7570
1.65
Nitroguanidine
NQ
8200
1.7
Ciclotetrametiene Tetranitramina
RDX
8750
1.76
HMX
9100
1.91
HNIW o CL-20
9400
2.04
Sorguyl
9150
1.95
Fulminato de Mercurio
4250
3.0
5270
1.3
Nitrato de Amonio
NA
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Comparativo de velocidades Artefacto
Velocidad
Autom贸vil
80 a 120 Kms/Hr
Autom贸vil de carreras
240 a 300 Kms/Hr
Avioneta
350 a 400 Kms/Hr
Avi贸n comercial
900 Kms/Hr
Avi贸n militar de combate
1,250 kms/Hr
ANFO
18,972 Kms/Hr
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Diferencias entre el dispositivo pirotécnico fragmentador y los explosivos
1. Los explosivos pueden detonar en su paquete o embalaje mientras que los cartuchos propelentes no reaccionan en su embalaje en forma espontánea. 2. Los explosivos son desarrollados para detonar mientras los propelentes están diseñados para deflagarse. 3. Los explosivos producen una onda de choque destructiva acompañada de altos niveles de vibración con daño laterales en rocas y concreto mientras los propelentes por su presión producen ondas más controlables y menores niveles de vibración. 4. La fragmentación de rocas producida por explosivos convencionales produce un importante número incontrolable de vuelo de partículas, gases nocivos y polvo en las áreas de trabajo. El uso de cartuchos con propelentes incrementa sustancialmente el control de vuelo de partículas, bajas concentraciones de gases y mínimas cantidades de polvo. 5. La fragmentación de rocas y concreto en áreas cerradas mediante el uso de cartuchos propelentes favorece el ingreso de personal a las zonas de trabajo segundos después de su activación mientras que con uso de explosivos convencionales en muchos casos la zona de trabajo debe ser evacuada hasta 4 horas después de la activación de los productos.
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deflagración • Una deflagración es una combustión súbita con llama a baja velocidad de propagación, sin explosión. Se suele asociar, erróneamente, con las explosiones, usándose a menudo como sinónimo. • Las reacciones que provoca una deflagración son idénticas a las de una combustión, pero se desarrollan a una velocidad comprendida entre 1m/s y la velocidad del sonido. • En una deflagración, el frente de llama avanza por fenómenos de difusión térmica. Por el contrario, en una detonación la combustión está asociada a una onda de choque que avanza a velocidad superior a la del sonido. • Para que se produzca una deflagración se necesita: 1º.- Una mezcla de producto inflamable con el aire, en su punto de inflamación. 2º.- Una aportación de energía de un foco de ignición. 3°.- Una reacción espontánea de sus partículas volátiles al estimulo calórico que actúa como catalizador o iniciador primario de reacción.
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Detonación
• Una detonación es un proceso de combustión supersónica que implica la existencia de una onda expansiva y una zona de reacción detrás de ella. Se diferencia de la deflagración, que es una combustión subsónica. Una detonación es un drástico proceso de transformación de la energía que contiene un material, casi siempre de naturaleza química, que se intercambia a elevadas velocidades con el medio adyacente. Así, para medir el poder detonante de un material con propiedades explosivas, se utiliza la definición de "poder detonante" y se expresa en metros por segundo, dadas las características particulares del material químico en cuestión.
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Dureza de la roca Clasificación de Dureza
Rango de Dureza (MPa)
Tipos de Roca
Muy débil
10 a 20
Rocas sedimentarias compactadas
Débil
20 a 40
Rocas sedimentarias cementadas
Medio
40 a 80
Algunas rocas ígneas de baja densidad
Dura
80 a 160
Rocas ígneas; algunas rocas metamórficas y rocas de grano fino
Muy Dura
160 a 320
Cuarcitas, rocas ígneas de alta densidad
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Dureza de la roca Clasificaci贸n de Dureza
Rango de Dureza (MPa)
Dureza MOHS
Muy blanda
-10
1-2
Blanda
10 a 30
2-3
Medio Blanda
30 - 60
3 - 4.5
Medio Dura
60 - 102
4.5 a 6
Dura
120 - 200
6-7
Muy Dura
+ 200
+7
+ 400
8 9 10
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Dureza de la roca Dureza
Sustancia o Mineral
1
Talco
2
Yeso
3
Calcita
4
FlĂşor
5
Apatita
6
Titanio, Pirita de Hierro, Ortoclase
7
Cuarzo
8
Acero Endurecido
9
Carburo de Silicio
10
Diamante
Dureza de otros objetos comunes: UĂąas 2.5
Monedas de cobre: 3
Vidrio: 5.5
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Dureza de la roca Tipo de Roca
Fuerza a la Compresi贸n (MPa)
Fuerza a la Tensi贸n (MPa)
Densidad (Mg/M3)
Porosidad
Granito
100 a 250
7 a 25
2.6 a 2.9
0.5 a 1.0
Diorita
150 a 300
15 a 30
NA
NA
Diabase
100 a 350
15 a 35
2.7 a 3.05
0.1 a 0.5
Grabbo
150 a 300
10 a 30
2.8 a 3.1
0.1 a 0.2
Gneis
50 a 200
5 a 20
2.8 a 3.0
0.5 a 1.5
M谩rmol
100 a 250
7 a 20
NA
0.5 a 2.0
Slate
100 a 200
7 a 20
2.6 a 2.7
0.1 a 0.5
Cuarcita
150 a 300
10 a 30
2.6 a 2.7
0.1 a 0.5
Arenisca
20 a 170
4 a 25
2.0 a 2.4
10 a 30
Caliza
30 a 250
5 a 25
2.2 a 2.6
5 a 20
Dolomita
30 a 250
15 a 25
2.5 a 2.6
1a5
Hierro
900 a 1500
NA
NA
NA
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Frecuencia S铆smica Clase de Formaci贸n
Velocidad de propagaci贸n de la onda s铆smica longitudinal (m/s)
Capa meteorizada
300 - 900
Aluvines modernos
350 - 1500
Arcillas
1000 - 2000
Margas
1400 - 4500
Conglomerados
2500 - 5000
Calizas
4000 - 6000
Dolomitas
5000 - 6000
Sal
4500 - 6500
Yeso
3000 - 4400
Anhidrita
3000 - 6000
Gneis
3100 - 5400
Cusrcitas
5100 - 6100
Granitos
4000 - 6000
Gabros
6700 - 7300
Dunitas
7900 - 8400
Diabasas
5800 - 7100
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Frecuencia Sísmica Clase de Formación
Velocidad sísmica (m/s)
Dura
> 4,000
Media
2,000 - 4,000
Blanda
< 2,000
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Velocidad sísmica y Factor de Carga Potencia (Pa)
Velocidad sísmica (m/s)
Factor de Carga (en Kg de ANFO/Mt 3)
575
3,000
0.230
343
2,500
0.130
250
2,000
0.130
160
1,200
0.080
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Periodo de Retardos Retardo
Serie MS
Retardo
Serie MS
0
0
10
300
1
25
11
350
2
50
12
400
3
75
13
450
4
100
14
500
5
125
15
600
6
150
16
700
7
175
17
800
8
200
9
250
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Periodo de Retardos Retardo
Serie LP
Retardo
Serie LP
0
0
10
4600
1
200
11
5500
2
400
12
6400
3
600
13
7450
4
1000
14
8500
5
1400
15
9600
6
1800
16
10700
7
2400
8
3000
9
3800
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Bordo Konya
B = 0.012 (( 2 Dex) + 1.5) De Dro
TĂŠcnica Sueca
B = 8 x 103 De (Prv)1/3 Dro
B = 45 x De
Donde: B: Bordo (m) Dex: Densidad del Explosivo (g/cm3) Dro: Densidad de la roca (g/cm3)
De: DiĂĄmetro del Explosivo (mm) Prv: Potencia relativa en volumen
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Espaciamiento Konya
Técnica Sueca
E = 1.4 x B
E = L + 2B 3
E = 2B
E = L + 7B 8
Iniciación con retardos y bancos altos
Iniciación instantánea y bancos bajos
Iniciación instantánea y bancos altos
Iniciación retardada y con bancos bajos
E =1.25 x B
Donde: E: Espaciamiento (m) B: Bordo (m) L: Longitud de la perforación (m)
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SOBRE BARRENACIÓN Konya
Técnica Sueca
Sb = B x 0.3
Sb = B x 0.3
Donde: Sb: Sobre barrenación (m) B: Bordo (m)
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MODULO DE RIGIDEZ Konya H/B Donde: H: Altura del banco (m) B: Bordo (m)
M贸dulo de Rigidez
1
2
3
4
Fragmentaci贸n
Pobre
Regular
Buena
Excelente
Sobre presi贸n del aire
Severa
Regular
Buena
Excelente
Vuelo de roca
Severa
Regular
Buena
Excelente
Vibraci贸n
Severa
Regular
Buena
Excelente
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TACO Konya
T茅cnica Sueca
T = 0.7 x B
B
Donde: T: Longitud del Taco (m) B: Bordo (m) Nota: La longitud del taco es igual al B cuando el material a utilizar es muy fino. La falla en la realizaci贸n de un buen sellado del barreno puede provocar ruido, fragmentaci贸n pobre en la parte superior del banco, rocas de sobre tama帽o y onda expansiva.
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CONCENTRACION LINEAL DE LA CARGA Konya
Técnica Sueca
Qbk = 0.078539 x Dex x De2
Donde: Qbk: Concentración líneal de la carga (Kg/m) Dex: Densidad del explosivo (g/cm3) De: Diámetro del explosivo (cm)
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DIAGRAMA Di谩metro del barreno
Bordo (B)
Nivel del Banco
Taco = B x 0.7
Back Break y vibraci贸n
Altura del banco
Carga de Columna CC = L - Taco - CF
Longitud del barreno (L) Piso Sobre barrenaci贸n Carga de Fondo CF = 1.3 x B
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Retardos de barreno a barreno th = Th x E Donde: th: Retardo de barreno a barreno (mS) Th: Constante de retardo de barreno a barreno E: Espaciamiento (m)
Roca
Constante Th (mS/m)
Arenas, margas, carb贸n
6.5
Algunas calizas y esquistos
5.5
Calizas compactas, m谩rmoles, algunos granitos y basaltos, cuarcita y algunas gneis
4.5
Feldespatos porfiricos, gneis compactos, mica, magnetitas
3.5 PyroSmart
Retardos entre líneas tr = Tr x B Donde: th: Retardo entre lineas (mS) Th: Factor de tiempo entre líneas (mS/m) B: Bordo (m)
Constante Tr (mS/m)
Resultado
6.5
Violencia, onda expansiva, Back Break, vibración
8.0
Pila de material alta cercana a la cara, onda expansiva y rompimiento moderados
11.5
Altura de la pila promedio, onda expansiva y rompimiento promedio
16.5
Pila de material disperso con Back Break mínimo, baja vibración
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Comparación de sistemas timing Pirotécnico
Electrónico
Precisión dentro del rango de ±10%
Precisión dentro del ± 0.5 mS
Retardo en el tubo de choque
No existe retardo en los conectores
Retardo en el cordón detonante
No existe retardo en los cables de conducción
Limitado rango de retardos
Cualquier escenario posible de rangos (con incrementos desde 1 mS)
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Comparación de sistemas Confiabilidad de voladura Pirotécnico
Electrónico
Desconocida funcionalidad del detonador
Funcionamiento del detonador conocido
Desconocida funcionalidad del Shock Tube
Funcionamiento del activador de retardos conocido
Desconocida funcionalidad de los amarres
Funcionamiento de los amarres o circuitos conocido
Desconocida funcionalidad del sistema de iniciación
Aseguramiento del 100% del sistema de iniciación
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Iniciador J-Tek
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Sistema J-Tek
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Intervalo insuficiente (menos de 6 mS/m entre l铆neas) Fragmentaci贸n excesiva. Material lanzado sobre el banco.
Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado
Dif铆cil rezaga y cargado del material, fragmentaci贸n deficiente PyroSmart
Intervalo corto (menos de 6 a 12 mS/m entre l铆neas) Fragmentaci贸n moderada.
Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado
Material compacto. Adecuado para operaci贸n de pala. PyroSmart
Intervalo largo (menos de 6 a 30 mS/m entre l铆neas) Sin finos o sobre fracturaci贸n
Contorno original del banco antes de la voladura Contorno del material tronado
Material suelto y extendido. Adecuado para rezaga con cargador frontal PyroSmart
Las vibraciones se refieren a oscilaciones mecรกnicas desde un punto de equilibrio
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Vibración La vibración es uno de los efectos que pueden generar daños debido a la generación o contribución a:
• • •
Inestabilidad de taludes
•
Daños en uniones de tuberías, ductos, estructuras y vías de comunicación.
Caída de roca en túneles Daños estructurales a paredes en edificaciones con afectaciones severas.
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Onda de Choque
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Alfred P Murrah Federal Building 01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12 PSI 23 PSI
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
B8
B9
B10
B11
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
A11
27 PSI
12 PSI
54 PSI A1
A2
A3
375 PSI 1,457 PSI 4,000 PSI 18,500 PSI Carro Bomba
62,500 PSI 500,000 PSI
Efectos de la vibraci贸n en seres humanos 0.1 mm/seg
No detectable
0.15 mm/seg
Casi no detectable
0.35 mm/seg
Muy bajo nivel de detecci贸n
1.00 mm/seg
Siempre detectable
2.00 mm/seg
Claramente detectable
6.00 mm/seg
Fuertemente detectable
14.00 mm/seg
Muy fuertemente detectable
17.8 mm/seg
Severamente detectable
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Factores que inciden en los resultados de las voladuras
• • • • • • •
Propiedades de los explosivos utilizados Cantidad de explosivos utilizados (*) El sistema de iniciación La distribución de los explosivos en la voladura La estructura de la roca y la condición de los estratos La geometría en su conjunto Otros Factores PyroSmart
Comprensión de la vibración
•
La roca a través del cual las ondas viajan es considerada un medio elástico, compuesto por inumerables partículas individuales
•
Como resultado de una perturbación, esas partículas inician un movimiento oscilatorio aleatorio, la onda de movimiento ha sido generada. Cada partícula transmite energía sucesivamente a la siguiente.
•
El total de energía de onda de movimiento generado en la roca alrededor de una voladura varía DIRECTAMENTE de la cantidad de explosivos detonados.
•
A medida que el movimiento del suelo de onda se propaga hacia el exterior de una explosión, el volumen de la roca sujeto a la onda de compresión se incrementa. PyroSmart
Comprensión de la vibración
•
Debido a que la energía en el suelo es distribuida sobre grandes volúmenes de roca sucesivas el movimiento del suelo tiende a decrecer
•
Por consiguiente, pérdidas de energía ocurren en cada transmisión sucesiva, así que las ondas en tierra de proyectan hacia el exterior disminuyen en intensidad provocando que las partículas vuelvan gradualmente a la posición de reposo
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Daño potencial probable
PPV (mm/seg)
13
Límite inferior para daños a paredes plásticas
19
Límite inferior para paredes con estructura sólida
70
Daños menores
140
>50% daños menores a estructuras
190
50% daños mayores a estructuras
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M谩ximo Peak Particle Velocities (PPV) por la Australian Standars Explosives Code (AS 2187.2 -1993)
PPV (mm/seg)
10
Casas habitacionales y edificios de una planta. Edificios comerciales no incluidos en la parte inferior de este cuadro informativo
25
Edificios industriales o comerciales o estructuras con concreto o acero reforzadas.
70
Edificios de muchos pisos, hospitales, edificaciones de largos pasillos, presas y edificios hist贸ricos
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El criterio normalmente recomendado para uso de explosivos industriales en Australia, basado en el confort humano, está contenido en la normatividad del Australian and New Zealand Environment Council (ANZEC).
El criterio de ANZEC para el control es:
1. Máximo nivel de vibración de 5 mm/seg (PPV)
2. Los niveles de PPV de 5 mm/seg pueden ser excedidos hasta un 5% del total de numero de activaciones en un periodo de 12 meses.
3. El nivel nunca debe exceder los 10 mm/seg
4. Los horarios permitidos para el uso de productos explosivos es de las 0900 horas hasta las 1700 horas de Lunes a Sábado.
5. Los trabajos extractivos mediante el uso de explosivos no pueden ser realizados los domingos o días festivos oficiales.
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El British Standard 7385: Part 2-1993
PPV (mm/seg)
50
Estructuras industriales reforzadas y edificios comerciales a 4 Hz o superior
15-20
Edificaciones con estructuras ligeras residenciales o comerciales con frecuencias de 4 Hz a 15 Hz
20-50
Edificaciones con estructuras ligeras residenciales o comerciales con frecuencias de 15 Hz a 40 Hz
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El German DIN 4150 Standard para vibración causada por detonación es:
PPV Guide Value (mm/ seg) Estructura Tipo
Frecuencia
< 10 Hz
10 - 50 Hz
50 - 100 Hz
Edificios Industriales
20
20-40
40-50
Edificios domésticos
5
5-15
15-20
Edificios de Interés Histórico
3
3-8
8-10
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Fรณrmula PPV
0.50 B
V= K (R/(Q)
)
Donde: V: Peak Particle Velocity (mm/s) K: Factor constante de la roca en el sitio Q: Carga mรกxima instantรกnea en un evento B: Constante relacionado con la roca en el sitio, normalmente -1.6) R: Distancia de la carga (R/(Q)0.50: Estรก definida como una escala de distancia
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Factores TĂpicos para K en el Sistema MĂŠtrico Decimal
Roca pobremente confinada o altamente fisurada
500
Cara libre en roca normal (normalmente confinada)
1,140
Sobre confinada, roca dura
5,000
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Las regulaciones de la USOSM (US Office and Surface Mining)
Método 1: Criterio de Limitación del Particle Velocity
Método 2: Criterio de Ecuación de Escala de Distancia
Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación
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Método 1: Criterio de Limitación del Particle Velocity
Distancia desde el sitio de detonación (Pies)
Máximo permitido de velocidad pico de partícula (PPV en Pulgadas/seg)
0-300
1.25
301-5,000
1.0
>5,000
0.75
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M茅todo 2: Criterio de Ecuaci贸n de Escala de Distancia
Distancia desde el sitio de detonaci贸n (Pies)
Factores de escala de distancias a ser usadas sin monitoreo s铆smico en (Pies/ (Lb) )
0-300
50
301-5,000
55
>5,000
65
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Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación.
Permite el uso de los límites del PPV dependiendo de la variación de la frecuencia
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Método 3: Criterio de la Gráfica de Niveles de Detonación
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Frecuencia
Ademรกs del PPV (Peak Particle Velocity) la Frecuencia es uno de los factores mรกs importantes en el control de la respuesta de las estructuras.
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Frecuencia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
La frecuencia depende del tipo de explosivo La frecuencia depende también de la geología del sitio, la distancia a la voladura, la secuencia y condición de la voladura en la cara libre A menores frecuencias mayor daño. La presencia de “pata” en la cara del barreno produce bajas frecuencias El efecto de la frecuencia de onda generada durante la voladura esta relacionada directamente a la respuesta estructural, debido a esto puede permitirse mayores niveles de PPV a mayores niveles de frecuencia. Los dispositivos pirotécnicos industriales tienen 450 mHz de frecuencia en roca dura. En roca dura las frecuencias de onda son relativamente mas altas, la frecuencia de onda en mas baja en rocas blandas. El PPV permitido se reduce considerablemente cuando trabajos previos o labrados antiguos subterráneos rodean la estructura en la que se trabaja. PyroSmart
¿Cómo controlar la vibración? 1. Minimice la carga a través del retardo en la iniciación de líneas de barrenos 2. Ejerza un estricto control sobre la plantilla, utilice el menor bordo o espaciamiento entre barrenos. 3. Evitemos “pata” 4. Oriente la barrenación en forma adecuada 5. Optimice la cantidad de explosivos en la detonación 6. Minimice el grado de confinamiento utilizando una cara libre y usando el mínimo de sub barrenación. 7. Incremente la distancia “receptora” de ondas 8. Asegure que la orden de encendido sea la correcta 9. Minimice la frecuencia de detonaciones 10. Interrumpa la continuidad de la masa de la rocas PyroSmart
¿Cómo controlar la vibración?
11. Utilice diámetros menores 12. Utilice donde las condiciones geológicas lo permitan largos periodos de retardo 13. Utilice retardos electrónicos en milisegundos con sistemas de consolas secuenciales con un adecuado número de retardos 14. El uso de pre-splirt o precorte incluyendo barrenos de aire disminuyen sensiblemente la continuidad de la onda 15. Investigue nuevas técnicas de fragmentación de roca
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El término resonancia se refiere a un conjunto de fenómenos relacionados con los movimientos periódicos o cuasiperiódicos en que se produce reforzamiento de una oscilación al someter el sistema a oscilaciones de una frecuencia determinada. En mecánica, la resonancia de una estructura o cuerpo es el aumento en la amplitud del movimiento de un sistema debido a la aplicación de fuerza pequeña en fase con el movimiento.
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Impacto ambiental del ruido
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¿Cómo controlar ruido? 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Minimice la carga mediante el retardo de los explosivos. Use una plantilla adecuada justa suficiente para fragmentar en el tamaño esperado. Re cheque el factor de carga para utilizar el mínimo suficiente. Elimine el uso de cordones detonantes en superficie y el moneo o voladuras secundarias. En su caso cubra con una cubierta de material adecuado la zona. Utilice encendidos secuenciados de barrenos. Oriente la cara libre del banco en el sentido opuesto de la recepción sensible. Asegure un taqueado profundo y un óptimo sellado del barreno. Restrinja el trabajo de extracción de roca mediante el uso de explosivos a condiciones climáticas adecuadas. Evite las inversiones térmicas que afectan el efecto del ruido. Evite en las voladuras secundarias la activación de material explosivo en barrenos poco profundos. Utilice una barrera entre el área de detonación y los puntos receptivos
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Conclusiones
• El uso de retardos contribuye a incrementar el control de las voladuras mejorando la fragmentación, disminuyendo el vuelo de roca, los efectos de la sobre presión del aire (onda expansiva) y la vibración. • La vibración es uno de los efectos del uso de explosivos convencionales y puede afectar a estructuras adyacentes al punto de la voladura. • El uso de iniciaciones electrónicas, con periodos de retardo variable, puede mejorar sustancialmente los resultados de una voladura disminuyendo la vibración causada por la resonancia de las ondas, el aseguramiento de la activación de las cargas mediante la verificación de las conexiones y un espectro más amplio de tiempos de retardo.
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