n° 08 estrategia a la problemática ambiental - c. scherpenisse g. silva, a. music & i. humeres

8/14/2019 N 08 Estrategia a La Problemtica Ambiental - C. Scherpenisse G. Silva, a. Music & I. Humeres

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Problemtica ambiental de Vibraciones por Tronadura en Operaciones Mineras ,C. Scherpenisse, G. Silva, A. Music & I. Humeres.

ASIEX 2008 Pucn, CHILE, 19 - 21 Noviembre 2008 1

Estrategia a la Problemtica Ambiental de Vibraciones porTronadura en Operaciones Mineras

Carlos R. Scherpenisse, Guillermo Silva, Andrs Music; Igncio Humeres.

GeoBlast S.A. (ASP Blastronics / GeoE-Tech), Santiago, Chile.

RESUMEN:Tpicamente, la problemtica ambiental suele asociarse a la explotacin de canteras como consecuencia de su cercana a poblaciones, lo cual tiende a generar quejas de los vecinos por dao o molestias que bien pueden afectar, y en ciertos casos extremos detener, las actividades productivas. Dicha problemtica no se circunscribe necesariamente a la explotacin de canteras ya que tambin tiene relevancia en operaciones mineras a gran escala.

Dentro del rubro minero, y puntualmente dentro de la actividad de tronadura, la temtica ambiental hace referencia a los efectos negativos, ya sean stos reales o percibidos, tanto en estructuras como en personas, como consecuencia de tronaduras. Dichos efectos se manifiestan como resultado de tres eventos, a saber, vibraciones del terreno, generacin de onda area y proyecciones de roca.

El presente trabajo describe, a modo de introduccin, aspectos bsicos que hacen a los efectos de la vibracin, los criterios internacionales de dao y percepcin humana existentes y las herramientas al alcance del profesional que permiten tomar medidas correctivas de control en armona con los niveles productivos requeridos por el plan de explotacin minera vigente.

El trabajo se aboca luego en un ejemplo de aplicacin prctica relacionado con la problemtica ambiental en mina Los Bronces (Anglo American), donde la proximidad de las tronaduras a edificios administrativos y casinos de personal generaron preocupacin por las posibilidades de dao estructural y molestias al personal que las habita. Ello impuls la implementacin de una campaa de monitoreo de vibraciones que no se limit a una actividad meramente controladora de niveles de dao y/o molestias, sino que se extendi a la aplicacin de herramientas de anlisis que permitieron intervenir los diseos actuales y abrir la oportunidad de mejorar los niveles productivos sin descuidar la temtica ambiental.

1.- INTRODUCCION

Desde una perspectiva meramente productiva, el xito o fracaso de una tronadura dependeen gran medida del cumplimiento de dos objetivos fundamentales: la optimizacin de lafragmentacin y la minimizacin del dao. Dichos objetivos representan un cierto paradigma,ya que las medidas necesarias para lograrlos tienden a contraponerse entre ellas,debindose buscar un punto de equilibrio que permita obtener una fragmentacin adecuadaminimizando a la vez el dao al talud.

Ms an, el cumplimiento de ambos objetivos mencionados representa una condicinnecesaria pero no suficiente para el xito de una tronadura, ya que en muchos casos elresultado de la misma est condicionado a la llamada temtica o problemtica ambiental. Lamisma se refiere a los efectos que tienen sobre las estructuras y las personas lasvibraciones, onda area y proyecciones producidas por las tronaduras, siendo la primera elfoco de inters de este trabajo.


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2.- VIBRACIONES

Las vibraciones generadas por actividades humanas, ya sea estn originadas por trfico deferrocarril, vehicular o maquinarias de construccin como provenientes de tronaduras;inducen esfuerzos dinmicos en las edificaciones que pueden causar deformaciones y

consecuentemente dao permanente, sean ste cosmtico o estructural.

Las vibraciones generadas por tronaduras con potencial de afectar estructuras(edificaciones, instalaciones, viviendas, etc.) se evalan en relacin a dos posibles efectos, asaber:

Dao a estructuras a causa de sobreesfuerzos en los elementos que la componenMolestias a personas debido a efectos psicolgicos o de percepcin

De los distintos parmetros que definen una onda vibratoria (desplazamiento, velocidad yaceleracin de partcula, frecuencia, longitud de onda); el par velocidad de partcula-

frecuencia es el que mejor se asocia a la generacin de dao estructural, siendo en laactualidad lo que se mide y se compara con criterios internacionales que permitendeterminar si se est alcanzando o no niveles de vibracin que puedan resultar en dao auna determinada estructura.

No existen normativas en Chile que regulen los niveles de vibracin por tronaduras, raznpor la cual se recurre a estndares internacionales basados en investigaciones realizadas endistintos pases. De dichos estndares o Criterios de Dao, se destacan la normativaalemana DIN 4150 1, la normativa espaola UNE 22-381-93 2 y el reporte de investigacindesarrollado por el United States Bureau of Mines USBM-RI-8507 3. Los valores de vibracinregistrados en terreno se comparan entonces con los valores mximos admisiblespropuestos por dichos criterios, a fin de verificar si son o no causal de dao a estructuras.

Como se ver ms adelante, todos estos criterios de dao estructural se han definido nosolamente en funcin del par velocidad-frecuencia de la onda vibratoria, sino que tienen enconsideracin las caractersticas constructivas de la estructura a cautelar.

Cuando se estudia el efecto de las vibraciones, no ya desde el punto de vista de daoestructural sino desde una perspectiva de percepcin humana, la temtica se hace muchoms difcil de evaluar, ya que la respuesta de las personas a las vibraciones no dependesolamente de parmetros fsicos de la onda vibratoria (amplitud, frecuencia, etc.) sinotambin de factores sumamente subjetivos y difcilmente cuantificables que dificultan suevaluacin y consecuentemente, la aplicacin de medidas cautelares.

Las vibraciones tienen efectos psicolgicos sobre las personas que son funcin tanto de la

sensibilidad inherente del individuo como de la actividad que est desarrollando y lascircunstancias en que se encuentre al momento de la tronadura. La frecuencia de ocurrenciade las vibraciones, el momento del da en que ocurren, si las personas se encuentransentadas trabajando, operando una mquina o conduciendo un vehculo, descansando,caminando, corriendo, etc., todas ellas condicionan la percepcin humana de la vibracin ydificultan la evaluacin de sus efectos.

A lo anterior, vale agregar que la generacin de onda area por tronadura provoca un efectosubjetivo y negativo en la percepcin de la onda de vibracin del terreno. Debido a dicho


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factor psicolgico, se estima que cuando una onda vibratoria del terreno viene acompaadade onda area, produce en la persona una percepcin molesta de hasta cinco veces mayor que si la vibracin fuera silenciosa, es decir, si ella no viniera acompaada por onda area.

Existen no obstante, criterios basados en estudios de percepcin humana que puedenusarse como herramienta de control para evaluar la respuesta de las personas a lasvibraciones del terreno, y verificar as si los registros obtenidos cumplen o no con susrecomendaciones. Al igual que para el caso de dao estructural, estos criterios tienen enconsideracin tanto la velocidad de partcula como la frecuencia de la onda vibratoria. Entrelos criterios ms conocidos se resalta el desarrollado por Goldman 4 y el propuesto por Steffens 5.

3.- HERRAMIENTAS DE CONTROL DE VIBRACIONES

El monitoreo de vibraciones es parte fundamental en toda evaluacin de dao estructural ymolestias a personas, permitiendo comparar los registros obtenidos con los criterios de dao

y de percepcin humana a fin de controlar el cumplimiento de niveles de vibracinpreestablecidos.

Para la temtica ambiental que nos compete (dao estructural y/o molestias a personas), esoportuno destacar la importancia que tiene la implementacin del monitoreo de vibracionesen el lugar a cautelar, vale decir, en la misma estructura y no necesariamente en el terrenodonde sta se asienta. Ello se debe a que es justamente la r espuesta vibracional de la estructura y no la vibracin del terreno que la soporta, la que indicar la posibilidad de daoestructural. Siendo que dicha respuesta es funcin del comportamiento dinmico de laestructura, en particular de su frecuencia natural de oscilacin, todo programa de monitoreode vibraciones debe evaluar tanto la velocidad de partcula como su frecuencia a fin decontrolar que la frecuencia dominante de la tronadura no induzca un estado de resonancia

en el edificio que amplifique los desplazamientos de partcula y genere dao.

Ms all de permitir el control de dao estructural o molestias a personas, el monitoreo devibraciones pone al alcance de los ingenieros de tronadura un conjunto de herramientas quepermiten, entre otras cosas, establecer un modelo de comportamiento vibracional del terrenoa fin de predecir las amplitudes de vibracin de futuras tronaduras, generar bacos de diseoque permitan definir las cargas explosivas mximas a ser utilizadas para cumplir con loscriterios de dao seleccionados y seleccionar tiempos de retardo que reduzcan la posibilidadde amplificacin de la vibracin resultante por efecto de una superposicin de ondasoriginadas por los pozos individuales que componen la tronadura. La aplicacin de dichasherramientas a un caso prctico se describir en mayor detalle a continuacin.

4.- APLICACIN EN MINA LOS BRONCES

Se tuvo la oportunidad de implementar una campaa de monitoreo de vibraciones y ondaarea en mina Los Bronces (Anglo American Sur S.A.) a fin de evaluar la posibilidad de daoa estructuras y molestias a personas generadas por las tronaduras programadas en laexpansin Fase 5 Sur, rea cercana a varios edificios administrativos y casinos de personal,formulando recomendaciones de diseo que ayuden a reducir la probabilidad de ocurrencia.


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La estrategia de monitoreo implementada en terreno consisti fundamentalmente en registrar las vibraciones, no solamente en el suelo circundante a las estructuras de inters, sinotambin en distintos niveles dentro de las mismas, a fin de evaluar su respuesta a lavibracin que las genera.

Se utilizaron para ello sismgrafos (Instantel y Blastronics) conectados a arreglos triaxialesde gefonos para monitorear las vibraciones. La mayor parte del monitoreo se concentr enel edificio administrativo Placa, que por sus caractersticas constructivas fue evaluado comoel ms susceptible a las vibraciones. La instrumentacin fue ubicada tanto en el terrenocircundante al Placa como en distintos niveles dentro del mismo (base y azotea).

Se implement una Prueba Especial consistente en registrar la vibracin provenientes detres pozos con similar carga, ubicados a distintas distancias de los puntos a cautelar yretardados de forma de asegurar el registro de seales individuales. El posterior anlisis dedichas seales elementales aplicando el principio de superposicin ondas, permitiseleccionar tiempos de retardo entre pozos de una misma fila y entre filas que minimicen lasamplitudes de vibracin resultante de la tronadura.

La Figura 1 muestra la ubicacin de las tronaduras en la expansin de inters, respecto a losedificios a cautelar como as tambin la ubicacin de los gefonos utilizados durante elmonitoreo y los pozos individuales de la Prueba Especial.

Figura 1: Localizacin de infraestructura a cautelar respecto a la expansin Fase 5 Sur y de gefonos

Los hitos ms importantes del plan de monitoreo implementado en mina Los Bronces(Informe GeoBlast S.A . 6), se resumen a continuacin:

Registro de vibracin y onda area, a fin de comparar los resultados con Criterios deDao y Percepcin Humana establecidos y evaluar posibilidad de dao o molestiasModelamiento del comportamiento vibracional del terreno producto de tronaduras encampo lejano, a fin de desarrollar una herramienta predictiva de vibracionesImplementar una Prueba Especial a fin de registrar y analizar ondas elementales quepermitan optimizar y seleccionar tiempos de retardo entre pozos tales que reduzcanla posibilidad de amplificacin por superposicin de onda vibratoriaGenerar herramientas de diseo que permitan estimar las cargas mximas admisiblesde una tronadura en funcin de la distancia al punto a cautelar y en cumplimiento conel Criterio de Dao establecido


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La Tabla 1 presentada a continuacin resume informacin bsica sobre tres de lastronaduras monitoreadas, incluyendo distancia del centro de la tronadura al edificio Placa,tamao de la tronadura, factor de carga, geometra de la malla y secuencia de iniciacin.

Tabla 1: Datos bsicos correspondientes a tres tronaduras del Banco 3460

4.1.- Criterios de Dao y Percepcin Humana por Vibracin

Los registros del monitoreo de vibraciones fueron analizados y comparados con criterios dedao y percepcin humana internacionales, a fin de determinar si los mismos eran o nocausal de dao o molestias. Los pares ordenados amplitud-frecuencia de cada tronadurafueron determinados mediante una rutina computacional desarrollada por GeoBlast S.A. que

permite calcular todas las frecuencias del registro vibracional (respecto a dos cerosconsecutivos) y la amplitud asociada.

Debido al gran nmero registros, y ms an de pares amplitud-frecuencia generados por cada uno de ellos, se procedi a filtrar los datos a fin de simplificar la presentacin de losresultados. Para ello se seleccionaron las mximas amplitudes en un rango de frecuenciaentre 1 Hz y 100 Hz cada 1 Hz (rango representativo de las frecuencias encontradas en losregistros) para cada una de las tres componentes correspondientes al registro triaxial. Deesta manera se construy una envolvente de los datos que incluye los pares ms relevantesde las tronaduras registradas en los edificios.

La Figura 2 ilustra los valores mximos correspondientes a la componente radial de los

gefonos triaxiales para los tres criterios internacionales evaluados (espaol, americano yalemn). La componente radial represent el caso ms adverso, razn por la cual fueseleccionada como ejemplo.

F5S-3460-100 F5S-3460-101 F5S-3460-102(254 m) (364 m) (626 m)

DATOS:FECHA 09-09-2008 17-09-2008 17-09-2008HORA 17:30:00 13:45:00 14:30:00BANCO 3460 3460 3460DISPARO 100 101 B 102N Tiros 412 52 270N Fila Prod. 10 4 16Factor de Carga (gr/ton) 134 114 279KTon Tron 737 174 382GEOMETRIA:Altura Banco (m) 15 15 15Dimetro (pulg) 10 5/8 10.6 10.6Burden (m) 6.5 8.5 6Espaciamiento (m) 7 10 6Pasadura (m) 1.7 1.7 1.7SECUENCIA:Pre-Corte Grupos 5 @ 40 msBuffer 61 ms

Filas 200 ms 200 ms 200 msPozos 81 ms 81 ms 81 ms


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Figura 2: Resultados de monitoreo de vibraciones segn tres normativas internacionales


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Se observa de los grficos anteriores que ciertos pares amplitud-frecuencia estn por encimade las normas ms restrictivas en cuanto a dao estructural. Los registros obtenidos delgefono # 2 (crculos azules) ubicado en la terraza del Placa y generados por la Tronadura#100, son los que superan en mayor medida las normas internacionales para la componenteradial. No obstante, en otras componentes (vertical y transversal), los pares ordenadosmximos fueron producto de otras tronaduras, lo que realza la importancia de analizar individualmente las tres componentes ortogonales de vibracin.

Al igual que para el caso de los criterios de dao por vibracin sobre estructuras, se utiliz labase de datos de vibracin generada durante las tronaduras para construir los grficos depercepcin humana respecto del estndar propuesto por el USBM (Goldman) y por Steffens.

La Figura 3 ilustra los resultados segn el criterio propuesto por USBM/Goldman para lacomponente radial de los sensores utilizados en la medicin de las distintas tronaduras.

Figura 3: Criterio de percepcin humana del USBM aplicado a mina Los Bronces

De acuerdo a la grafica anterior, un 24% de las vibraciones registradas por los gefonos # 2y # 3 y generadas por la Tronadura # 100, sobrepasan el rango de intolerable , mientras queun 68% de los registros clasificaran como molesto . De acuerdo a este criterio, es evidenteque el nivel de vibraciones inducido por las tronaduras son causal justificado de quejas delas personas, por lo que medidas cautelares deben ser consideradas en el diseo de latronadura a fin de reducir esta temtica ambiental.

La Figura 4 grafica los resultados del gefono radial de acuerdo al criterio propuesto por Steffens 5, quien crea un procedimiento analtico de estimacin basado en el clculo delparmetro K . Este factor es funcin de la amplitud mxima (PPV) y de la frecuencia en la

que se desarrolla esa amplitud.


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Figura 4: Criterio de percepcin humana segn Steffens aplicado a mina Los Bronces

De la misma figura se observa un importante nmero de valores de vibracin generados por la Tronadura #100, que sobrepasan el valor de K=4 correspondiente al lmite definido comoFuertemente Detectable . De acuerdo a los resultados, es evidente que los actuales nivelesde vibracin ofrecen razones justificadas para generar quejas de las personas,independientemente de los criterios de percepcin humana seleccionados para analizarlos.

4.2.- Modelo de Vibracin de Tronadura en Campo Lejano

Dada la imposibilidad de identificar inequvocamente el peso W (kg) por retardo responsablede las PPV generadas por las tronaduras de produccin, no se utiliz ningn modelo devibracin preestablecido, sino que se gener una ecuacin de ajuste entre los datos de PPVy distancia media.

La Figura 5 grafica los resultados del anlisis de vibracin de las tronaduras de produccinde la expansin Fase 5 Sur en mina Los Bronces. Se observa un factor de correlacin dedatos aceptable a pesar de tratarse de tronaduras de distinto tamao y geometra.

Figura 5: Ecuacin de comportamiento vibracional del terreno producto de tronaduras en campo lejano

Ecuacion Ajuste Vibraciones por TronadurasFase 5 Sur - Bancos 3460 / 3475. Mina Los Bronces

PPV = 894288(Dist) -1.9552

R2 = 0.9274

0

10

20

30

40

100 200 300 400 500 600 700 800

Distancia (m)

P P V ( m m

/ s )

F5S-3460-100

F5S-3460-101

F5S-3460-102

F5S-3475-127

F5S-3475-126


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Utilizando la ecuacin de ajuste definida por 9552.1)(894288= d PPV , se puede establecer

un modelo predictivo de la PPV en funcin de la distancia. De definirse un criterio de dao,es decir fijarse la velocidad Peak de partcula admisible, se puede entonces determinar atravs de la ecuacin de ajuste, la distancia mxima de la tronadura al punto a cautelar, deforma que no se supere el valor de vibracin admisible.

Vale resaltar que al prescindir del peso del explosivo, la ecuacin de ajuste no nos permitedesarrollar bacos de carga, con los cuales se podra disear la carga segn la distancia alpunto a cautelar de forma tal que no sobrepase el lmite establecido por el Criterio de Dao.

4.3.- Prueba Especial

La implementacin de la Prueba Especial consisti en la detonacin de tres pozos con unacarga explosiva de 310kg de ANFO y un retardo de 2000ms entre ellos a fin de asegurar lageneracin de seales individuales que permitan, entre otras cosas, desarrollar un modelopredictivo basado en la ecuacin de Devine previamente mencionada y seleccionar tiemposde retardo que reduzcan la amplificacin de vibraciones por superposicin de ondas.

La Figura 6 ilustra la ubicacin y distancias entre los tres pozos correspondientes a la PruebaEspecial y dos de los gefonos ms cercanos.

Figura 6: Localizacin de pozos y gefonos cercanos de la Prueba Especial

La Figura 7 a continuacin, ilustra los registros de vibracin correspondientes al Geo #7generado por los tres pozos de la Prueba Especial en las tres direcciones ortogonales comoas tambin el correspondiente al Vector Suma.


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Figura 7: Registro de vibraciones correspondiente a la Prueba Especial

La ecuacin de Devine es comnmente utilizada para modelar el comportamiento de lasvibraciones producto de tronaduras en campo lejano. La misma, relaciona la PPV (mm/s) conel peso de la carga explosiva W (kg) detonada en forma instantnea y la distancia d (m) alpunto de observacin. Los valores k y representan las caractersticas de comportamientovibracional del terreno. Dicha ecuacin se presenta a continuacin:

=

2 / 1W

d k PPV

La Figura 8 grafica los resultados y la ecuacin de ajuste del Modelo de Devine, quecaracteriza el comportamiento vibracional del terreno de la unidad geotcnica donde serealiz el ensayo, est representada por:

9358.1

2 / 13.1211

=

W

d PPV

Figura 8: Modelo de Devine desarrollado a partir de la Prueba Especial

Pozo I Pozo II Pozo III(110m) (160m) (310m)

Transversal

Vertical

Radial

Vector Suma

Modelo de Vibraciones Campo Lejano (Devine)Prueba Especial - Sector F5S

Mina Los Bronces

PPV = 1211.3(Dist/W^ 0.5 )-1.9358

R 2 = 0.9724

0

10

20

30

40

0 10 20 30 40

Distancia Escalar (m /Kg^0.5)

V e

l o c

i d a

d d e

P a r t

c u

l a P e a

k ( m m

/ s )


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Dicha ecuacin esta definida por un ajuste promedio a los datos de vibracin, vale decir, elcorrespondiente a un lmite de confianza del 50%. Se incluye tambin en el grfico la curvade ajuste correspondiente al lmite de confianza del 95% (curva azul).

4.4.- Prediccin del Nivel de Vibracin de Tronaduras

El anlisis de vibraciones por tronadura realizado anteriormente (Figura 5), establece unarelacin entre PPV y distancia que no es funcin de la carga explosiva. A fin de generar unaherramienta que permita disear la carga por retardo a tronar, se estableci una relacinentre los modelos de la Prueba Especial y de Tronaduras que permiten definir un Factor deAmplificacin. Dicho factor puede utilizarse para predecir los niveles de vibracin de unatronadura para distintas cargas a partir de aquellos obtenidos del modelo de PruebaEspecial, para distintos lmites de confianza.

La Figura 9 compara en funcin de la distancia los resultados del Modelo de Devine obtenidoa partir de la Prueba Especial (lnea de color azul), con el modelo constituido por los datos de

vibracin generados por las tronaduras (lnea de color rojo), ilustrndose tambin la lneacorrespondiente al limite de confianza del 90%, representada en color rojo punteado.

Figura 9: Comparacin Modelo Vibracional Prueba Especial vs. Ecuacin de Tronadura

La separacin entre ambas lneas define el llamado Factor de Amplificacin, el cual esrepresentado por el cuociente entre los parmetros (k T) y (k PE ) correspondientes a laTronadura y Prueba Especial respectivamente, puesto que la pendiente dada por elparmetro es prcticamente la misma para ambas ecuaciones.

Definiendo ecuaciones de ajuste por Tronadura para varios lmites de confiabilidad (i.e. 50%a 95%), representadas por su respectivos parmetros (k T), se puede establecer cuocientescon el valor (k PE ) correspondiente a la Prueba Especial y definir as distintos Factores deAmplificacin que permiten predecir los niveles de vibracin de una tronadura a partir deaquellos obtenidos del modelo de Prueba Especial para distintos lmites de confianza.

Ecuacion Ajuste Vibraciones por Tronaduras v/s Modelo VibracionFase 5 Sur - Bancos 3460 / 3475. Mina Los Bronces

PPV = 894288(Dist) -1.9552

R2 = 0.9274

PPV = 314653(Dist) -1.9358

R2 = 0.9724

1

10

100

100 1000Distancia (m)

P P V ( m m

/ s )

Modelo Vibracion

F5S-3460-100

F5S-3460-101

F5S-3460-102

F5S-3475-127

F5S-3475-126

Ec. Tron. 90%


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La relevancia de sta metodologa esta en el hecho de que permite incorporar la variablekilos de explosivo ( W ) a la prediccin a partir del modelo de Prueba Especial. Losresultados de los Factores de Amplificacin se resumen en la Tabla 2.

Tabla 2: Valores de k T y Factor de Amplificacin para distintos lmites de confianza

De la tabla anterior se deduce que con las prcticas actuales de tronadura, se supera enpromedio en 2.8 veces el valor de vibracin esperado de la detonacin de los pozosindividuales de la Prueba Especial.

Utilizando el modelo de Prueba Especial definido por sus parmetros k PE y , se determinanlos niveles de vibracin para distintas longitudes de carga explosiva y distancias al punto acautelar. A modo de ejemplo, la Tabla 3 resume los valores de vibracin para Tronadurascalculados para un nivel de confianza del 70%.

Tabla 3: Vibracin por tronadura segn distancia y carga, para nivel de confiabilidad del 70%

4.5.- Seleccin de Retardos por Onda Elemental

Ms all del modelo predictivo de comportamiento vibracional, la Prueba Especial permiteanalizar las seales de carga elemental originadas por cada pozo mediante una simple sumaalgebraica, ajustando sus tiempos de llegada al punto de inters segn sea su retardo ytiempo de viaje, simulando as la seal de vibracin de grupos de pozos de una fila o bien devarias filas, iterando hasta simular la tronadura completa.

Dado que la duracin de la onda de un pozo individual es marcadamente superior a lostiempos de retardo utilizados entre pozos, es prcticamente inevitable que se produzca uncierto grado de acoplamiento o superposicin de vibraciones que resulten en la amplificacinde la onda resultante. Por tal razn, un modelo predictivo desarrollado a partir de ondaselementales subestimar los niveles de vibracin producidos por una tronadura de mltiplesfilas, aunque los pozos de sta ltima tengan la misma carga y sean iniciados tiro a tiro.(Scherpenisse et al. 7)

Porcentaje Conf. k T (ec. Tron.) Factor Amp.95% 1,326,356 4.2

90% 1,215,768 3.980% 1,094,124 3.570% 1,014,034 3.260% 950,263 3.050% 894,288 2.8

kPE (Modelo Vib.) = 314653

Dist

m mm/s* mm/s** mm/s* mm/s** mm/s* mm/s**150 19.3 62.3 22.0 70.9 24.6 79.4175 14.3 46.2 16.3 52.6 18.3 58.9200 11.1 35.7 12.6 40.6 14.1 45.5225 8.8 28.4 10.0 32.3 11.2 36.2250 7.2 23.2 8.2 26.4 9.2 29.6275 6.0 19.3 6.8 21.9 7.6 24.6

300 5.1 16.3 5.7 18.5 6.4 20.8* Vibracion Modelo Prueba Especial

** Vibracion estimada segn factor de amplificacion 70%

7m / 310kg 8m / 355kg 9m / 400kgModelo Prueba Especial v/s Ecuacion Ajuste por Tronadura 70% (ANFO @ 10 5/8)


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La Figura 10 ilustra el caso ms relevante de amplificacin de vibraciones analizado paraLos Bronces y se corresponde a la onda elemental originada del Pozo # 1 y registrada por elgefono # 1 ubicado a una distancia de 348m en la azotea del edificio Placa. Lasamplificaciones resultantes se grafican en las tres direcciones ortogonales, radial (roja),vertical (verde) y transversal (azul).

Figura 10: Amplificacin de vibraciones (R, T y V) segn retardos entre pozos individuales

Se observa claramente que ciertos intervalos de tiempos de retardo tienden a aumentar yotros a disminuir la vibracin resultante debido al efecto constructivo o destructivorespectivamente, generado por la superposicin de ondas. Los resultados indican laconveniencia de seleccionar retardos entre pozos de una misma fila dentro del rango 40-70ms, donde se genera una menor amplificacin de las vibraciones. De manera similar, sepodra seleccionar, en una primera aproximacin, retardos entre filas dentro del rango 95-120ms, preferentemente 100ms.

De acuerdo al anlisis realizado, los tiempos de retardo preferenciales seleccionados (45msentre pozos y 100ms entre filas) tenderan a generar niveles de vibracin marcadamenteinferiores a los retardos actualmente implementados en mina Los Bronces (81ms entrepozos y 200ms entre filas).

4.6.- Simulacin de la Tronadura por Onda Elemental

Mediante rutinas computacionales desarrolladas internamente en GeoBlast S.A., se puedesimular una tronadura real a partir del registro de ondas elementales, el modelo vibracionalde campo lejano (Devine) y datos de diseo relevantes tales como las coordenadas, lostiempos de retardo y las carga explosivas).

La Figura 11 a continuacin, ilustra los resultados de simulacin de la tronadura F5S-101 enmina Los Bronces, utilizando la onda elemental generada por el Pozo #1 y registrada por elgefono # 1. Dicha figura grafica tanto la onda de tronadura real como las simuladascorrespondientes a distintas combinaciones de retardos entre pozos y entre filas.

Anlisis Amplificacin de Vibraciones como funcindel Retardo entre Pozos (Fila con 10 Poz os)

Prueba Especial - Sector F5S- Los Bronces

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Tiempo entr e Pozos en la Fila [ms]

A m p

l i f i c a c

i n

Onda elemental.:- Distancia: 347.93 [m] - Pozo I @ Geo 1- Kilos Explosico: 312 [Kg] ANFO - Pozo: 10 5 / 8

Menor Amplificacin Menor Amplificacin

Mayor Amplificacin

Anlisis Amplificacin de Vibraciones como funcindel Retardo entre Pozos (Fila con 10 Poz os)

Prueba Especial - Sector F5S- Los Bronces

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Tiempo entr e Pozos en la Fila [ms]

A m p

l i f i c a c

i n

Onda elemental.:- Distancia: 347.93 [m] - Pozo I @ Geo 1- Kilos Explosico: 312 [Kg] ANFO - Pozo: 10 5 / 8

Menor Amplificacin Menor Amplificacin

Mayor Amplificacin


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Figura 11: Simulacin de tronadura F5S-100 mediante onda elemental

Se observa una marcada similitud tanto en la forma de onda como en la amplitud devibracin mxima (+3%), entre la onda real y la simulada cuando el anlisis se efectausando la misma combinacin de retardos para ambas, lo cual valida la simulacin realizada.El proceso se repiti para otras dos combinaciones de retardos (45ms/200ms y45ms/100ms), observndose que la forma general de la onda simulada se mantiene pero susamplitudes se ven reducidas en un 11% y 41% respectivamente, respecto de la onda real.

4.7.- Validacin en Terreno de la Simulacin

Se tuvo la oportunidad de validar en terreno los resultados de la simulacin realizada

previamente, registrando las vibraciones de la tronadura (100-A+101-A) ubicada en la mismaunidad geotcnica y con la geometra de carga habitual, pero incorporando ahora los tiemposde retardo preferenciales entre pozos y entre filas (45ms/100ms) que fueran seleccionadosdurante dicho anlisis. El registro de vibracin de dicha tronadura se ilustra en la Figura 12.

Figura 12: Registros de tronadura (100-A+101-A) incorporando retardos preferenciales (45ms/100ms)

Onda Real (81ms @ 200ms)Onda Real (81ms @ 200ms)

Max.Max.VibVib. 9.3. 9.3 nmnm/s/s

Onda Simulada (81ms @ 200ms)Onda Simulada (81ms @ 200ms)

Max.Max.VibVib. 9.58. 9.58 mmmm/s @ + 3%/s @ + 3%


Max.Max.VibVib. 8.25. 8.25 mmmm/s @/s @ -- 11%11%



Onda Real (81ms @ 200ms)Onda Real (81ms @ 200ms)

Max.Max.VibVib. 9.3. 9.3 nmnm/s/s


Max.Max.VibVib. 9.58. 9.58 mmmm/s @ + 3%/s @ + 3%





Radial

Vertical

Transversal


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La Tabla 4 resume los resultados de PPV registrados en el tren de onda generado tanto por la fila de Precorte como por las filas de Buffer/Produccin. Se observa que los niveles delPrecorte resultaron al menos tres veces superiores a los generados por las filasBuffer/Produccin. Ello resalta la importancia de no limitar eventuales modificaciones aldiseo solamente a las filas de Buffer/Produccin, dado que la fila de Precorte bien puedeser la causal de atencin.

Tronadura 100A/101AGefono Precorte Buffer/Produccin Relacin

# (mm/s) (mm/s)1 25.9 8.7 3.02 32.9 10.2 3.23 31.5 9.3 3.4

Tabla 4: Velocidades de partcula correspondientes a la tronadura (100-A+101-A)

De los anlisis realizados se comprueba que la implementacin de los retardospreferenciales seleccionados (45ms y 100ms) redujo el nivel de vibracin de la tronadura(100A+101A) en un 30% respecto al registrado en las tronadura F5S-100 (81ms y 200ms).Ello abre la oportunidad de aumentar la carga de la tronadura en correspondencia con dichareduccin, permitiendo optimizar la tronadura, ya sea mejorando los resultados defragmentacin (esponjamiento, etc.) o bien expandiendo la malla, todo ello sin detrimento dela temtica ambiental.

5.0- CONCLUSIONES

La problemtica ambiental no est limitada a operaciones de canteras con pobladosadyacentes sino tambin incluye faenas mineras alejadas de los mismos, donde las

vibraciones, onda area y proyecciones de roca pueden generar dao a infraestructurainterna y molestias a personas.

El monitoreo efectuado en mina Los Bronces permiti ciertamente controlar si las vibracionescumplan o no con los criterios de dao y percepcin humana internacionales,determinndose que para el tipo de estructuras existente en mina, los valores registrados norepresentaban causal de dao, no obstante, si eran causa de molestias a personas.

Ms all de un mero control del nivel de vibracin generado por las tronaduras y sucomparacin con criterios de dao, se utilizaron una serie de herramientas de anlisis quepermitieron, a travs de la implementacin de una Prueba Especial, entre otras cosas:

desarrollar un modelo predictivo de vibracionesseleccionar tiempos de retardo que reduzcan la posibilidad de amplificacin devibracin por superposicin de ondassimular una tronadura real y evaluar el efecto de utilizar distintas combinaciones deretardossugerir modificaciones de diseo que permitiesen reducir el nivel de vibracin, de ser ste necesario, o de no serlo, incrementar la carga explosiva de forma mejorar lafragmentacin o bien expandir la malla.


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Se tuvo la oportunidad de validar los resultados de simulacin, monitoreando una tronaduraen la misma unidad geotcnica y cargada segn prcticas actuales, pero incorporando lasecuencia de encendido entre pozos y entre filas surgida como consecuencia de los anlisisrealizados. Los resultados obtenidos fueron concluyentes en cuanto a la viabilidad de lametodologa aplicada, la cual permitir potenciar la gestin y recursos disponibles en laoperacin.

REFERENCIAS

1. Instituto de Normalizacin Alemn (Deutches Institut fr Normung) Normativa AlemanaDIN 4150-1999.

2. Control de Vibraciones producidas por Voladuras. Asociacin Espaola de Normalizaciny Certificacin (AENOR). 1993.

3. Reporte de Investigacin USBM RI-8507 del United States Bureau of Mines. 1982.4. Goldman, D.E. 1948. A Review of Subjective Responses of Vibrating Motion of the

Human Body in the Frequency Range, 1 to 70 Cycles per Second. National MedicalResearch Institute. Report N 1, Project N 004001, March 1948.

5. Steffens, R.J. Structural Vibration and Damage. Building Research EstablishmentReport, HMSO, 1974.

6. GeoBlast S.A. Monitoreo de Vibraciones en Infraestructura Mina. Informe Final. AngloAmerican Sur. Divisin Los Bronces. Octubre 2008.

7. Scherpenisse, Carlos; Adamson, William. ASP Blastronics S.A. Simulacin deVibraciones para el Control de Estabilidad Esquina Noreste Mina Escondida.IV Congreso de Ingeniera Geotcnica. Valparaso, Chile. Octubre 1997.

n° 08 estrategia a la problemática ambiental - c. scherpenisse g. silva, a. music & i. humeres

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