12 Control de Vibraciones generadas por Voladura - A. Araya, C. Burchard, C. Scherpenisse, F. Mardones, D. Villalobos, T. Cacho.pdf

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Control de vibraciones generadas por voladura del Pit Cerro Corona sobre la ciudad de Hualgayoc en Cajamarca, Perú. Alexis Araya, Carlos Burchard, Carlos Scherpenisse, Francisco Mardones Geoblast S.A. Darío Villalobos, Tito Cacho Gold Fields La Cima S.A.A.

RESUMEN:  Actualmente, en ciertos distritos del Perú existen temas socio - ambientales sens sensib ible les s asoc asocia iado dos s a la expl explot otac ació ión n de mine minerí ría a a medi median ana a y gran gran esca escala la.. Esto Esto es mayori mayoritar taria iamen mente te a consec consecuen uenci cia a de la cerca cercanía nía de estas estas operac operacion iones es a pueblo pueblos s y  comu comuni nida dade des s camp campes esin inas as,, lo cual cual tien tiende de a gene genera rarr quej quejas as por por daño daño,, perj perjui uici cios os o molestias que pueden llegar a afectar y hasta detener las actividades productivas. Dentro de las actividades de voladura, la temática socio - ambiental hace referencia a los efectos negativos, ya sean éstos reales o de percepción humana, como consecuencia de voladu voladura. ra. Dicho Dichos s efecto efectos s se manifi manifiest estan an como como result resultad ado o de tres tres factor factores, es, estos estos son; son; vibraciones del terreno, generación de onda aérea y proyecciones de roca. El presente trabajo describe, describe, a modo de introducción, introducción, aspectos básicos sobre los efectos de la vibración, los criterios internacionales de daño y de percepción humana existentes.  Además, entrega las herramientas que permitirán tomar medidas correctivas de control  en armon armonía ía con los los nivel niveles es produ producti ctivos vos reque requerid ridos os por el plan plan de explot explotaci ación ón minera minera vigente. El trabajo se basa en un ejemplo de aplicación práctico relacionado con la problemática socio - ambiental en mina Cerro Corona (Gold Fields la Cima, Perú), donde la proximidad  de las voladuras a la ciudad de Hualgayoc genera polémica por las posibilidades de daño estruc estructur tural al a las las vivie viviend ndas as y molest molestias ias a los los habi habitan tantes tes.. Esta Esta proble problemá mátic tica a impul impulsó só la implemen implementació tación n de una campaña de monitore monitoreo o participa participativo tivo de vibracio vibraciones nes que no se limitó a una actividad meramente controladora de niveles de daño y/o molestias, sino que se exten extendió dió a la aplic aplicaci ación ón de herram herramie ienta ntas s de análi análisis sis que permit permitie ieron ron interv interveni enirr los diseños de perforación y voladura existentes y abrir la oportunidad de mejorar los niveles  productivos sin descuidar descuidar la temática t emática socio - ambiental.

1. INTRODU INTRODUCCIO CCION  N  El éxito éxito o fracaso fracaso de una una voladu voladura, ra, desde desde el punto punto de vista vista estric estrictam tament ente e produ producti ctivo vo,, depe depend nde e en gran gran medi medida da del del cump cumpli limi mien ento to de dos dos obje objeti tivo vos: s: la optim optimiz izac ació ión n de la fragmenta fragmentación ción y la minimizaci minimización ón del daño a los taludes. taludes. Estos objetivo objetivos s constituy constituyen en una problemática que debe abordarse estratégicamente ya que las medidas necesarias para lograrlos tienden a contraponerse entre ellas, debiéndose buscar un punto de equilibrio que permita realizar una buena fragmentación de la roca minimizando a la vez el daño a las las pare parede des s ya que que pued puede e afec afecta tarr a la vola voladu dura ra sigu siguie ient nte e o gene genera rarr ines inesta tabi bili lida dad. d.  Además, se debe considerar que el cumplimiento cumplimiento de ambos objetivos mencionados mencionados representa una condición necesaria pero no suficiente para el éxito de una voladura ya que que éste éste,, en much muchos os caso casos, s, se encu encuen entra tra cond condic icio iona nado do por por la llam llamad ada a temá temáti tica ca o prob proble lemá máti tica ca soci socio o - ambi ambien enta tal. l. Esta Esta hace hace refe refere renc ncia ia a los los efec efecto tos s que que tien tienen en las las vibra vibracio ciones nes,, onda onda aérea aérea y potenc potencial ial proyec proyecció ción n de roca roca produc producto to de voladu voladura ra sobre sobre estruc estructur turas as y tambié también n sobre sobre las las perso persona nas s pudi pudiend endo o gener generar ar quejas quejas por por parte parte de las comunidades comunidades cercanas.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

1

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

2. ASPECTO SOCIAL Compañía Minera Gold Fields la Cima (GFLC), con su Unidad Minera Cerro Corona, se ubica en el norte del Perú, en la vertiente oriental de la cordillera occidental de los Andes. El yacimiento de cobre y oro es típico de una mineralización de tipo pórfido, situado en el distr distrit ito o mine minero ro de Hual Hualga gayo yoc, c, en el nort norte e de la prov provin inci cia a de Caja Cajama marc rca, a, la cual cual es meta metalo logé géni nica ca,, que que albe alberg rga a mine minera rali liza zaci ción ón abun abunda dant nte e de tipo tipo epit epiter erma mal, l, pórfi pórfido do y polimetálico.

Figura 1. Ubicación Mina Cerro Corona.

GFLC es conscien consciente te que el Aspecto Socio – Ambienta Ambientall en el Perú es en la actualida actualidad d uno de los los ítems ítems más impor importan tantes tes para para poder poder logra lograrr la interr interrela elació ción n con el entorn entorno o que lo rodea rodea y la sosten sostenibi ibililidad dad de las opera operacio cione nes, s, lo cual cual compre comprende nde reali realiza zarr todas todas sus actividades cumpliendo con los requisitos establecidos en las normas legales nacionales, Estudio de Impacto Ambiental (EIA) y otras normas internacionales que voluntariamente se observan para un mejor control control de sus actividades. actividades. Es por por lo antes antes expue expuesto, sto, que GFLC GFLC ha implem implemen entad tado o una una estaci estación ón perman permanen ente te de monitoreo de vibraciones por voladura en la referida ciudad de Hualgayoc, la cual cuenta con una Instalaci Instalación ón y equipamien equipamiento to de monitoreo monitoreo permanen permanente te desde Enero Enero de 2011. El funcio funcionam namien iento to de esta esta estaci estación ón y su ubicac ubicación ión fue coordi coordina nada da y aproba aprobada da por las las auto autori rida dade des s muni munici cipa pale les s de la ciud ciudad ad de Hual Hualga gayo yoc. c. Este Este cont contro roll es adic adicio iona nall y complementario al que se tenía desde el inicio de las operaciones en Cerro Corona, el cual cual cons consis istí tía a en moni monito tore reos os de vibr vibrac acio ione nes s para para toda todas s las las vola voladu dura ras s a travé través s de sismógrafos móviles ubicados en diversas locaciones de la ciudad y alrededor del rajo. La ubic ubicac ació ión n de la Esta Estaci ción ón de Monit onitor oreo eo Perm Perman anen ente te se encu encuen entr tra a en la zona zona denominada “La Boggio“ (propiedad municipal) – Hualgayoc, en el lugar designado por la municipalidad municipalidad de Hualgayoc. Hualgayoc.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

2

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Figura 2. Ubicación de la Estación de Monitoreo respecto de Pit y Cantera.

Estación de Monitoreo de Voladuras -

Un Container.

-

Una Caseta sismográfica.

Figura 3. Estación Monitoreo Participativo de Vibraciones.

Equipos de Monitoreo -

Un Sismógrafo de 4 canales

-

Un Geófono Triaxial, de Campo Lejano.

-

Un Micrófono, de 2 – 250HZ Figura 4. Equipo Sismográfico y accesorios correspondientes.

La implementación de la campaña de monitoreo participativo de vibraciones y onda área en GFLC, tiene como principal punto de monitoreo la estación permanente ubicada en el pueblo de Hualgayoc. Desde este punto de monitoreo se ha efectuado un amplio seguimiento en el cual se registra la vibración procedente de cada voladura que se efectúa en Cerro Corona.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

3

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Todos los monitoreos cuentan con la participación de técnicos de GFLC, representantes de la Municipalidad de Hualgayoc, Notario Público o Juez de Paz y toda persona de la comunidad que desea participar del proceso. Cerro Corona ha realizado capacitaciones sobre el uso y funcionamiento de los equipos de monitoreo, esto con la finalidad que el personal de la Municipalidad de Hualgayoc y las personas de comunidad, puedan tener un mejor entendimiento de lo que se realiza en forma conjunta.

Figura 5. Capacitaciones sobre el funcionamiento de los equipos en Estación de Monitoreo.

3. VIBRACIONES  Las vibraciones producidas por las actividades humanas, ya sea por proyectos de ingeniería, obras civiles, por maquinarias y vehículos, como también las provenientes de voladuras; inducen esfuerzos dinámicos en las estructuras que pueden causar  deformaciones y eventualmente daño permanente, cosmético o estructural. En este ámbito el par velocidad de partícula - frecuencia es el que mejor se asocia a la generación de daño estructural, siendo en la actualidad lo registrado y posteriormente comparado con criterios internacionales que permiten determinar si se está alcanzando o no niveles de vibración que puedan resultar en daño a una determinada estructura. Las vibraciones producto de voladura con potencial de afectar edificaciones, instalaciones o viviendas, se evalúan en relación a dos posibles efectos, estos son: 



Daño a estructuras a causa de sobreesfuerzos en los elementos que la componen. Molestias a personas debido a efectos psicológicos o de percepción de los distintos parámetros que definen una onda vibratoria (desplazamiento, velocidad y aceleración de partícula, frecuencia, longitud de onda).

En la “Guía Ambiental para la Perforación y Voladura en Operaciones Mineras” de la Dirección General de Asuntos Ambientales del Ministerio de Energía y Minas del Perú (1998), se establece un límite vibracional, en términos de velocidad peak de partícula (PPV) de 25 mm/s, en donde se encuentre cualquier vivienda o edificio si está en un rango entre 90 y 1500 m del área de voladura. Sin embargo, GFLC ha establecido para sus operaciones de voladura límites más estrictos recurriendo a estándares internacionales basados en investigaciones realizadas en distintos países. De dichos estándares o Criterios de Daño, se destacan la normativa alemana DIN 4150, la normativa española UNE 22-381-93 y el reporte de investigación desarrollado por el ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

4

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

United States Bureau of Mines en su Reporte de Investigación USBM-RI-8507. Los valores de vibración registrados en terreno se comparan con los valores máximos admisibles propuestos por estos criterios, a fin de verificar si son o no causal de daño a estructuras. Estos criterios de daño estructural se han definido no sólo en función del par velocidadfrecuencia de la onda vibratoria, sino que tienen en consideración las características constructivas de la estructura a cautelar.  Al estudiar el efecto de las vibraciones, no ya desde el punto de vista de daño estructural, sino desde una perspectiva de percepción humana, la temática resulta mucho más difícil de evaluar, ya que la respuesta de las personas a las vibraciones no depende solamente de parámetros físicos de la onda vibratoria (amplitud, frecuencia, etc.), sino también de factores sumamente subjetivos y difícilmente cuantificables que dificultan su evaluación y consecuentemente, la aplicación de medidas cautelares. Las vibraciones tienen efectos psicológicos sobre las personas que son función tanto de la sensibilidad inherente del individuo como de la actividad que esté desarrollando y las circunstancias en que se encuentre al momento de la voladura. La frecuencia de ocurrencia de las vibraciones, el momento del día en que ocurren, si las personas están sentadas trabajando, operando una máquina o conduciendo un vehículo, descansando, caminando, corriendo, etc., todas ellas condicionan la percepción humana de la vibración y dificultan la evaluación de sus efectos. Existen no obstante, criterios basados en estudios de percepción humana que pueden usarse como herramienta de control para evaluar la respuesta de las personas a las vibraciones del terreno y verificar así si los registros obtenidos cumplen o no con sus recomendaciones. Al igual que para el caso de daño estructural, estos criterios tienen en consideración tanto la velocidad de partícula como la frecuencia de la onda vibratoria. Entre los criterios más conocidos se resalta el desarrollado por    USBM  (Goldman) y el propuesto por  Steffens.

4. HERRAMIENTAS DE CONTROL DE VIBRACIONES Y SOBREPRESIÓN  El monitoreo de vibraciones es parte fundamental en toda evaluación de daño estructural y molestias a personas, permitiendo comparar los registros obtenidos con los criterios de daño y de percepción humana a fin de controlar el cumplimiento de niveles de vibración preestablecidos. Más allá de permitir el control de daño estructural o molestias a personas, el monitoreo de vibraciones pone al alcance de los ingenieros de voladura un conjunto de herramientas que permiten, entre otras cosas, establecer un modelo de comportamiento vibracional del terreno a fin de predecir las amplitudes de vibración de futuras voladuras, generar ábacos de diseño que permitan definir las cargas explosivas máximas a ser utilizadas para cumplir con los criterios de daño seleccionados y proponer  tiempos de retardo que reduzcan la posibilidad de amplificación de la vibración resultante, por efecto de una superposición de ondas originadas por los pozos individuales que componen la voladura. La aplicación de dichas herramientas a un caso práctico se describe en mayor detalle a continuación.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

5

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

4.1 IMPLEMENTACIÓN MONITOREO PARTICIPATIVO EN MINA CERRO CORONA Para registrar los valores de voladura se utilizaron sismógrafos, conectados a geófonos triaxiales. El principal punto de monitoreo corresponde a la estación permanente ubicada en el pueblo de Hualgayoc, cuya ubicación fue definida previamente junto a las autoridades, pobladores y comunidades del sector. Desde este punto de monitoreo se ha efectuado un amplio seguimiento en el cual se registra la vibración procedente de cada voladura que se efectúa en Cerro Corona. Debido al gran número de registros, y más aún de pares amplitud-frecuencia que constituyen cada uno de éstos, se filtraron los datos seleccionando las máximas amplitudes para cada una de las tres componentes. La Figura 6 ilustra las tres componentes (radial, transversal, vertical), comparándose con el criterio de daño utilizado en Cerro Corona. La Norma Internacional escogida es la  Alemana (DIN-4150), que corresponde a la referencia más restrictiva a este respecto.

Figura 6. Resultados de Monitoreo de Vibraciones - Estación en Hualgayoc.

 Al observar en la gráfica, concluimos que los registros no sobrepasan el límite vibratorio establecido por la norma escogida.  Al igual que para el caso de los criterios de daño por vibración sobre estructuras, se utilizó la base de datos de vibración generada con el monitoreo de voladuras para construir los gráficos de percepción humana respecto del estándar propuesto por el USBM (Goldman) y por Steffens. Las Figuras 7 y 8 ilustran los resultados según el criterio propuesto por Steffens y USBM (Goldman) respectivamente.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

6

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Figura 7. Comparación de registros con el Criterio de Percepción Humana propuesto por Steffens.

Figura 8. Comparación de registros con el Criterio de Percepción Humana propuesto por USBM (Goldman).

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

7

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Podemos observar de los gráficos anteriores que en general los valores bordean el límite de “Perceptible” con algunos valores sobrepasando ligeramente este límite, sin llegar a categorías que constituyan molestia para las personas. Los hitos más importantes del plan de monitoreo participativo implementado en mina Cerro Corona se resumen a continuación:













Registro de vibración y onda aérea, a fin de comparar los resultados con Criterios de Daño y Percepción Humana establecidos y evaluar posibilidad de daño o molestias. Generación de un acta participativa de constatación de resultados y comparación con los criterios de daño. Capacitación a miembros de la Municipalidad de Hualgayoc, notarios públicos,  jueces de paz y pobladores en general sobre el uso del sismógrafo, así como interpretación de resultados. Modelamiento del comportamiento vibracional en campo lejano, producto de voladuras, a fin de desarrollar una herramienta predictiva de vibraciones. Implementar una Prueba Especial a fin de registrar y analizar ondas elementales que permitan optimizar y seleccionar tiempos de retardo entre pozos, tales que reduzcan la posibilidad de amplificación por superposición de onda vibratoria. Generar herramientas de diseño que permitan estimar las cargas máximas admisibles de una voladura en función de la distancia al punto a cautelar y en cumplimiento con el Criterio de Daño establecido.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

8

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

4.2 REGISTRO DE ONDA AÉREA (SOBREPRESIÓN) De igual forma que en el tema de vibraciones, las ondas aéreas generadas por voladura son causa potencial de daño a estructuras, como también de molestias para las personas. Dichas ondas aéreas, comúnmente llamadas ruido, son ondas de sobre presión transmitidas en el aire que se caracterizan por su baja frecuencia y, según sea su magnitud y duración, tienen la capacidad de inducir resonancia en ciertos elementos estructurales, lo que a su vez puede resultar en daño estructural o cosmético en edificaciones, pero más probablemente en molestias a personas. En el caso de voladuras, la generación de estas ondas aéreas provoca un efecto subjetivo y negativo en la percepción de la onda de vibración del terreno. Debido a dicho factor, se estima que cuando una onda vibratoria del terreno viene acompañada de onda aérea, produce en la persona una percepción molesta de hasta cinco veces mayor que si la vibración fuera “silenciosa”, es decir, si no viniera acompañada por onda aérea (sobrepresión). Las tres razones por las cuales se considera de importancia el fenómeno de sobrepresión: 





Por sí solas o acompañadas del movimiento del suelo, pueden producir movimientos estructurales que puedan crear grietas o agrandar las pre-existentes. Puede generar el quiebre de ventanas. Genera reacciones de miedo o pánico en seres humanos. Este es el problema más difícil de cuantificar, ya que cada persona es distinta.

Existen distintos motivos por los cuales se genera sobrepresión en una voladura, la Tabla 1 muestra una lista de estos, destacando los que pueden ser o no controlados. Variables Controlables

Influencia en Niveles de Sobrepresión

Significante Moderadamente Insignificante Kilos por Retardo x Intervalo de Retardo x Burden y Espaciamiento x Taco (cantidad) x Taco (tipo) x Longitud de Carga y Diámetro x Angulo de Perforación x Dirección de Iniciación x Kilos totales Voladura x Profundidad de las cargas x Cordón Detonante x Confinamiento de la carga x Influencia en Niveles de Sobrepresión Variables no Controlables Significante Moderadamente Insignificante Superficie a Tronar x Tipo y Profundidad Overburden x Viento y Clima x Tabla 1. Factores de influencia en sobrepresión por voladura.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

9

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Es por todo esto que para un ser humano es mucho más molesto el fenómeno de sobrepresión estando al interior de una estructura que al exterior, ya que al interior tiene 3 fuentes: vibración del suelo, vibración de paredes/estructuras y sobrepresión (inaudible), que genera la excitación en la estructura. En cambio, al exterior sólo se detectará el efecto del movimiento del suelo. Conjuntamente con el registro vibracional se realiza una medición de la Onda de Sobrepresión proveniente de cada voladura, medido habitualmente en Pascales, pero se suele transformar a Decibeles (lineales, dBL) que corresponde a una medida más familiar  y asimilable. Para este estudio al no encontrar un referente en la normativa nacional que nos indique el nivel adecuado para no originar molestias a las comunidades vecinas, se decidió comparar cada registro de voladura con distintas normas internacionales. A continuación, en la Tabla 2 se presenta el promedio de onda sonora registrada desde Enero de 2012 a la fecha, 101.48 dBL, comparada con algunas recomendaciones de estudios internacionales. Valor Promedio   Cumple Registrado dB(L)

Norma

Año

Limite

Horario

Consejo Ambiental de Australia Y Nueva Zelanda (ANZEC)

1990

115 dBL

9am a 5pm (L-S)

Si

Resumen de Regulaciones de Australia

1997

120 dBL

9am a 5pm (L-S)

Si

Manual de procedimientos de medición de ruido (Tasmania)

2004

115 dBL

Sin Horario

Código de Regulaciones Federales (USA)

2005

129 dBL

Sin Horario

101.48

Si Si

Tabla 2. Tabla comparativa normativa según niveles y horario vs. sobrepresión promedio en Hualgayoc.

Otro punto analizado en este trabajo es el posible daño estructural sobre las viviendas como resultado de voladura, para ello también se ocupó un estudio internacional realizado por el USBM, en el cual se asociaron valores de onda aérea con daños a elementos estructurales y/o paneles de vidrio. La Tabla 3 a continuación, resume los resultados de dicha experiencia. Daño a Elementos Estructurales

 

dB(L)

Posible daño Estructural

180

Rotura Total de Vidrios

171

Rotura Parcial de Vidrios

151

Nivel de seguridad para eventos dinámicos (OSHA)

140

Máximo de USBM según estudios en minas a cielo abierto a gran escala

134

Nivel de seguridad recomendado por el USBM

128

Umbral de dolor para sonidos continuos

120

Tabla 3. Criterio de Daño Estructural por Onda Aérea según USBM.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

10

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

4.3 PRUEBA ESPECIAL DE VOLADURA La Voladura Especial consistió en la detonación de 5 pozos ubicados a 385.91 m del Proyecto PIT 3830 – 081 (voladura producción), los cuales tuvieron una profundidad de 11 m y un diámetro de 7 7/8”, conteniendo 230, 241,261,273 y 285 kg de explosivo respectivamente (HANFO 64), iniciados con retardos separados 1000 ms con el fin de generar ondas elementales que permitan desarrollar un modelo predictivo basado en la ecuación de Devine y seleccionar los tiempos de retardo que reduzcan la amplificación de vibraciones por superposición de ondas. La Figura 9 muestra la ubicación de los pozos de prueba, la distancia a la estación de monitoreo, así como también la ubicación de los geófonos utilizados.

Figura 9. Ubicación de geófonos y pozos de prueba en Pit Este, Cerro Corona.

La Figura 10 ilustra el diseño de carga de los pozos para la Prueba Especial.

Figura 10: Diseño de Carga para Prueba Especial de Voladura.

En cada sismógrafo se obtuvieron registros con las Vibraciones (PPV) de las distintas cargas explosivas a diferentes distancias (4 geófonos x 5 pozos = 20 valores de PPV).

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

11

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

En la Figura 11 se puede observar, a modo de ejemplo, el registro de cada una de las componentes para el Geófono N°1.

Figura 11. Ejemplo de Registro de Vibraciones en Geófono 1.

Con los registros para cada una de las componentes ortogonales se hace posible determinar el Vector Suma para cada geófono. En la Figura 12 se puede observar a modo de ejemplo el registro del Vector Suma para el mismo Geófono N°1.

Figura 12. Vector Suma para Registro de Vibraciones en Geófono N°1.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

12

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

4.4 MODELOS DE ATENUACION VIBRACIONAL Existen varios modelos experimentales que representan la velocidad de partícula en función del explosivo detonado y la distancia a la que se registra dicha detonación; entre los más conocidos se encuentra el modelo de Devine, expresado por la siguiente ecuación.

   PPV  K    

    W 

d 

 

Donde: PPV = Velocidad de Partícula Peak [mm/s] d = Distancia [m] W = Peso explosivo por retardo [kg] K = Factor de Velocidad = Factor de Decaimiento La ecuación anterior está basada en una relación escalar entre la distancia y el peso de la carga explosiva (dada por d/W 1/2), donde W corresponde a la carga (Kg) detonada en forma instantánea y d la distancia (m) a la cual se cuantifica la velocidad de partícula (PPV). Teóricamente, éste criterio es el que mejor representa el comportamiento de la vibración generada en campo lejano (“d”~ 3 x longitud columna explosiva) y tiene en consideración el hecho de que la energía vibracional se expande en forma cilíndrica, por  lo tanto es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia. Esto último está implícito en la ecuación anterior, siendo el factor de decaimiento ( ) un valor de signo negativo. Cabe mencionar que dicha correlación describe el comportamiento vibracional de terreno y conlleva implícitamente información específica sobre las características estructurales de la roca por donde la onda vibratoria transita. Es por ello que estas correlaciones no pueden ser extendidas a cualquier área de la voladura ya que las mismas son específicas a la zona donde se hayan realizado los registros correspondientes.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

13

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

4.5 RESULTOS PRUEBA ESPECIAL Siguiendo los lineamientos establecidos por el Modelo de Devine, se analizaron todos los registros vibracionales para definir el comportamiento del terreno correspondiente a la zona del ensayo. La Tabla 4 a continuación corresponde al resumen de todas las Mediciones y Magnitudes de PPV para los 4 Geófonos producto de los 5 pozos.

Geófono

1

2

3

4

# Pozo

Tiempo Retardos [ms]

Tiempo  Arribo [ms]

Peso Expl. [Kg]

Dist. Tiro-Geof  [m]

1

1000

3427

HA 64

 

230.000

2

2000

4301

HA 64

 

3

3000

5040

HA 64

4

4000

6087

5

5000

1

Tipo

Factor DE

PPV Suma

(d/W^1/2)

[mm/s]

224. 01

14.8

11.04

241.000

209. 01

13.5

17.65

 

261.000

194. 09

12.0

12.08

HA 64

 

273.000

179. 15

10.8

25.71

6985

HA 64

 

285.000

164. 06

9.7

26.99

1000

3102

HA 64

 

230.000

755. 19

49.8

1.10

2

2000

3881

HA 64

 

241.000

740. 19

47.7

1.09

3

3000

5311

HA 64

 

261.000

725. 26

44.9

0.64

4

4000

5768

HA 64

 

273.000

710. 31

43.0

2.04

5

5000

6261

HA 64

 

285.000

695. 20

41.2

2.29

1

1000

3893

HA 64

 

230.000

1012.82

66.8

0.58

2

2000

4778

HA 64

 

241.000

997. 83

64.3

0.63

3

3000

5292

HA 64

 

261.000

982. 90

60.8

0.44

4

4000

5768

HA 64

 

273.000

967. 95

58.6

0.78

5

5000

6432

HA 64

 

285.000

952. 86

56.4

0.91

1

1000

2850

HA 64

 

230.000

1312.51

86.5

0.24

2

2000

3884

HA 64

 

241.000

1297.52

83.6

0.21

3

3000

5101

HA 64

 

261.000

1282.60

79.4

0.09

4

4000

5418

HA 64

 

273.000

1267.66

76.7

0.39

5

5000

5563

HA 64

 

285.000

1252.58

74.2

0.37

Expl.

Tabla 4. Tabla Resumen de Mediciones y Magnitudes de PPV (Prueba Especial de Voladura).

 Además, los resultados del modelo se observan en la Figura 13, donde se grafica el PPV en función de la Distancia Escalar, vale decir, en función de la relación entre la distancia (d) y el peso de explosivo detonado simultáneamente (W). La ecuación de ajuste del Modelo de Devine, definida por los parámetros (K, α) y el correspondiente factor de correlación (R2), caracteriza el comportamiento vibracional del terreno correspondiente a la zona donde se realizó el ensayo.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

14

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Figura 13. Ajuste de Modelo de Propagación de Vibraciones – Prueba Especial de Voladura.

Por otra parte, se aplican al modelo predictivo de Devine los valores de registros históricos de vibraciones en Cerro Corona, lo cual se grafica en la Figura 14. Se verifica con este ajuste que el modelo generado con la implementación de la Prueba Especial es suficientemente conservador de tal modo de minimizar la probabilidad de subestimar la vibración en su predicción.

Figura 14. Ajuste de Modelo de Propagación de Vibraciones – Prueba Especial + Registros Históricos.

La ecuación que define el modelo de Devine, puede ser utilizada para generar ábacos de diseño, que permiten, una vez seleccionado un criterio de daño (vibración admisible), determinar la carga máxima por retardo según sea la distancia al punto a cautelar. La Figura 15 ilustra un ábaco de diseño, con cargas representativas para las voladuras en Cerro Corona, para las distancia más sensibles, esto es entre 1000 y 1500 metros. Los valores correspondientes se presentan también en la Tabla 5. ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

15

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Figura 15. Abaco de Diseño como Función de Carga Explosiva y Distancias. Dist.

HA 64

HA 64

HA 64

HA 64

HA 64

HA 64

[m]

@ 120kg

@ 160kg

@ 200kg

@ 240kg

@ 280kg

@ 320kg

500

1.0

1.4

1.8

2.2

2.6

3.0

550

0.8

1.2

1.5

1.8

2.1

2.5

600

0.7

1.0

1.2

1.5

1.8

2.0

650

0.6

0.8

1.0

1.2

1.5

1.7

700

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

750

0.4

0.6

0.7

0.9

1.1

1.2

800

0.4

0.5

0.6

0.8

0.9

1.1

850

0.3

0.4

0.6

0.7

0.8

0.9

900

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

950

0.3

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1000

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

1050

0.2

0.3

0.4

0.4

0.5

0.6

1100

0.2

0.3

0.3

0.4

0.5

0.5

1150

0.2

0.2

0.3

0.4

0.4

0.5

1200

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

1250

0.1

0.2

0.2

0.3

0.4

0.4

1300

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

1350

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.3

1400

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

1450

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

1500

0.1

0.1

0.2

0.2

0.2

0.3

Tabla 5. Vibración Estimada a distintas Distancias, para cargas explosivas típicas en Cerro Corona.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

16

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Como ejemplo, según desprende de la Tabla 5, la vibración esperada para un pozo cargado con 240 kg de HA 64 será, con un 50 % de confianza, aproximadamente de 0.5 mm/s, es decir, se podría incluso detonar 5 tiros por retardo (con igual retardo), y la vibración final resultante NO superará el Límite de 3 mm/s.

4.6 SELECCIÓN DE RETARDOS MEDIANTE ANALISIS POR ONDA ELEMENTAL La Prueba Especial permite analizar señales de onda elemental originadas por cada pozo, mediante una suma algebraica, ajustando los tiempos de llegada al punto de interés según sea su retardo y tiempo de viaje, simulando así la señal de vibración de grupos de pozos de una fila o bien de varias filas, iterando hasta simular la voladura completa (señal sintética). Dado que la duración de la onda de un pozo individual es marcadamente superior a los tiempos de retardo utilizados entre pozos, es prácticamente inevitable que se produzca un cierto grado de acoplamiento o superposición de vibraciones que resulten en la amplificación de la onda resultante. Por tal razón, un modelo predictivo desarrollado a partir de ondas elementales subestimará los niveles de vibración producidos por una voladura de múltiples filas, aunque los pozos de ésta última tengan la misma carga y sean iniciados tiro a tiro. La Figura 16 corresponde a la onda elemental originada del pozo # 5 y registrada por el geófono # 4 (Estación de Monitoreo Hualgayoc) ubicado a una distancia de 1253 m de los pozos de Prueba. Las amplificaciones resultantes se grafican en las tres direcciones ortogonales, radial (roja), vertical (verde) y transversal (azul).

[ 20 – 30 ]

[ 55 – 90 ]

Figura 16. Amplificación de vibraciones (R, T y V), según retardos entre pozos individuales.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

17

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Se observa claramente que ciertos intervalos de tiempos de retardo tienden a aumentar y otros a disminuir la vibración resultante debido al efecto constructivo o destructivo respectivamente, generado por la superposición de ondas. En este caso particular, los resultados indican la conveniencia de seleccionar retardos entre pozos de una misma fila dentro del rango 20-30 ms, donde se genera una menor amplificación de las vibraciones. De manera similar, se podría seleccionar, en una primera aproximación, retardos entre filas dentro del rango 55-90 ms, preferentemente 83 ms. De acuerdo al análisis realizado, los tiempos de retardo preferenciales seleccionados (25 ms entre pozos y 83 ms entre filas) tenderían a generar niveles de vibración marcadamente inferiores a los retardos actualmente implementados en Cerro Corona (17 ms entre pozos y 42 ms entre filas).

4.7 APLICACIÓN DE LOS CRITERIOS DE DAÑO  De los datos de vibración por voladura, se graficaron los registros de vibraciones con el fin de visualizar el comportamiento de los valores máximos de velocidad de partícula (PPV) y sus respectivas frecuencias, en relación a las seis normativas internacionales mencionadas. Los pares ordenados amplitud-frecuencia de cada registro de voladura fueron determinados mediante una rutina computacional desarrollada por GeoBlast, que permite calcular las frecuencias del registro vibracional (respecto a dos ceros consecutivos) y la amplitud asociada.

Figura 17. Comparación de registros con Normas Internacionales más ampliamente utilizadas.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

18

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

Como se observa en la Figura 17, se ilustran los valores máximos correspondientes a la Prueba Especial en Cerro Corona, cotejados con los principales criterios internacionales (Alemán, Escocés, USBM, Español, Gran Bretaña y Australiano). En ellos se aprecia un corrimiento de los puntos hacia la derecha, es decir hacia las frecuencias más altas, lo cual conlleva a que los resultados estén  muy por debajo de los criterios de daño.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

19

Control de Vibraciones Generadas por Voladura del Pit Cerro Corona sobre Hualgayoc GeoBlast S. A. / Gold Fields La Cima S. A. A.

5. CONCLUSIONES Y ACCCIONES EN CURSO  La problemática socio-ambiental no se limita a operaciones con comunidades adyacentes sino que incluye también faenas mineras alejadas de las mismas, donde las vibraciones y onda aérea pueden eventualmente generar daño a estructuras y molestias a personas. En Cerro Corona se implementó un plan de monitoreo participativo que permitió demostrar que las vibraciones generadas por voladura cumplen con los criterios internacionales de daño y de percepción humana, determinándose que para el tipo de viviendas existentes en la ciudad de Hualgayoc (casas de adobe en su mayoría), los valores registrados no representan causal de daño, no obstante, las vibraciones son percibidas por sus habitantes, pero sin llegar a un nivel que pueda considerarse molesto.  Además, al comparar el valor promedio de sobrepresión registrado hasta la fecha y teniendo en cuenta que cualquier tipo de daño estructural inducido por sobrepresión depende no sólo de la intensidad sino que de la duración de la onda, podemos afirmar  con seguridad que a la distancia entre las voladuras y la ciudad de Hualgayoc no existe posibilidad de daño alguno por este fenómeno. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, en muchas ocasiones la onda sonora puede aumentar el malestar  psicológico o incomodidad de la vibración percibida, por lo tanto debe registrarse y controlarse con tanta rigurosidad como esta última. Más allá de un mero control del nivel de vibración generado por las voladuras y su comparación con criterios de daño, se utilizaron una serie de herramientas de análisis que permitieron, a través de la implementación de una Prueba Especial, entre otras cosas: 







Desarrollar un modelo predictivo de vibraciones Seleccionar tiempos de retardo que reduzcan la posibilidad de amplificación de vibración por superposición de ondas Simular una voladura real y evaluar el efecto de utilizar distintas combinaciones de retardos Sugerir modificaciones de diseño que permitiesen mejorar los resultados de voladura, evaluando permanentemente las secuencias de iniciación y realizando la predicción de vibraciones para no sobrepasar los límites permitidos.

Por último y a modo de mejora continua, GGLC ha decidido implementar en los próximos meses una Estación Meteorológica para monitoreo de condiciones atmosféricas relevantes para voladura, tales como dirección y velocidad del viento, así como identificar  gradientes de temperatura, con potencial de generar eventos de inversión térmica, que pudieran incrementar el impacto de la sobre-presión actuando sobre Hualgayoc.

ASIEX 2012

Puerto Varas, CHILE, 24 - 26 Octubre 2012

20