196015_MATERIALDEESTUDIOPARTEIDiap1-60

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VOLADURA CONTROLADA, ANALISIS  VIBRACIONAL Y SISMOLOGIA APLICADA  A LA ESTABILIDAD DEL MACIZO ROCOSO  EN MINERIA SUPERFICIAL EN MINERIA SUPERFICIAL Dr. Vidal Navarro Torres Consultor Intercade 1

OBJETIVOS SON CAPACITAR SOBRE:  El fenómeno del proceso de rotura y fragmentación de las rocas frente a la acción explosiva, relacionados con la vibración y la sísmica.  Las técnicas de voladura controlada que permita controlar los daños por efectos de vibraciones: pre‐corte y recorte.  El diseño de elementos geométricos y de carga explosiva para una voladura que permita controlar los daños a las estructuras y la incomodidad humana.  Las técnicas y metodologías de análisis de la sismicidad inducida y procedimientos de análisis de vibraciones.

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OBJETIVOS SON CAPACITAR SOBRE:  Los avances tecnológicos y modelos que permiten analizar, interpretar y buscar medidas alternativas de control del f ó fenómeno d á dinámico en roca y en minas a cielo l abierto b (vibración y sismología).  La instrumentación geotécnica en laboratorio e «in situ» que permitan caracterizar cuantitativamente los parámetros relacionados con la vibración y la sismología.  Uso y aplicación de software especializado para la determinación de la ley de propagación de las vibraciones y diseño de voladuras controladas para evitar daños a estructuras e incomodidad humana.

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I. VOLADURA Y SUS EFECTOS

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3 AGRIETAMIENTO RADIAL DEL MACIZO ROCOSO  E A INTENSIDAD DE LAS GRIETAS  En el proceso de la propagación de la onda de choque, la roca circundante al taladro es sometida a una intensa compresión radial que induce componentes de tracción en los plano tangenciales del frente de dicha onda. Cuando las tensiones superan la resistencia dinámica a tracción de la roca se inicia la formación de una densa zona de grietas radiales alrededor de la zona triturada que rodea el taladro.  La densidad y longitud de esas grietas radiales aumentan con: 1 La intensidad de la onda de choque en la pared del taladro 1. o en el límite exterior del anillo de roca triturada y 2. La disminución de la resistencia dinámica a la tracción de la roca y el factor de atenuación de la energía de tensión. 5

I. Voladura y sus efectos

AGRIETAMIENTO RADIAL DEL MACIZO ROCOSO D Z

Z

D D

ZONA DE TRITURACION

6

D

C OMP RES I ON

Z

TR AC CIO N

GRIETAS EN FORMA DE ESTRELLAS

I. Voladura y sus efectos

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4 ZONIFICACION EN EL PROCESO DE ROTURA POR LA  DETONACION DE EXPLOSIVO AL REDEDOR DEL TALADRO 1- Cavidade do explosivo; 2- Zona de transicao; 2a- Zona hidrodinamica: 2b- zona plástica; 2c zona 2cona fragmentada; fragmentada 2d- zona fracturada. 3- Zona sísmica ou elástica.

Pulsos de compresión

2a 2b 2c 2d

Reflexión de las ondas y esfuerzos  de tensión

3

7

I. Voladura y sus efectos

ZONIFICACION EN EL PROCESO DE ROTURA POR LA  DETONACION DE EXPLOSIVO AL REDEDOR DEL TALADRO 1. Cavidad del explosivo. Es la región inicialmente ocupada por la carga explosiva; por lo tanto aun no es la roca propiamente dicha dicha. 2. Zona de transición. Es la zona de trituración y fracturación del macizo rocoso alrededor del taladro. 3. Zona sísmica o elástica. Las tensiones tangenciales no mas ultrapasan la resistencia a la tensión do macizo, macizo no ocurriendo mas fracturas radiales . Entretanto, las frentes de la onda de choque, compresivas, poseen suficiente energía para alcanzar las superficies libres de los bancos y en las que se reflejan.

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I. Voladura y sus efectos

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ZONA HIDRODINAMICA Y ZONA PLASTICA 2.a) Zona hidrodinámica ‐ es la primera región de roca que sufre los efectos de las altas temperaturas y elevadas presiones resultantes de la explosión. 2.b) Zona plástica ‐ inmediatamente después, la roca continúa a sufrir la acción de altas presiones, comportándose como un fluido de baja viscosidad y sin resistencia al corte. Las deformaciones generadas se pueden explicar, explicar con suficiente aproximación, por la variación de densidad por las elevadas presiones.

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I. Voladura y sus efectos

ZONA FRAGMENTADA Y ZONA FRACTURADA 2.c) Zona fragmentada – en esta zona la roca es reducida a, pequeños fragmentos que llegan a alcanzar la dimensión de polvo,, sin cualquier p q consistencia. La extensión de esta área depende altamente de la capacidad del material para consumir energía por fragmentación sin embargo, en cualquier caso, esa zona es normalmente bien definida, aumentando el calibre de los fragmentos con la distancia desde el origen de la detonación. 2. d) Zona fracturada ‐ con mayor extensión que las anteriores ocurre una región de roca atravesada por fracturas esencialmente radiales cortadas por un sistema menos importante de fracturas concéntricas con el taladro; esta zona es caracterizada por una diminución de densidad de fracturación con el aumento da distancia al punto de explosión. 10

I. Voladura y sus efectos

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ZONA EN TORNO DE LA EXPLOSION 2a 2b 2c 2d

3

1- Cavidade do explosivo; 2- Zona de transición; 2a- Zona hidrodinamica: 2b- zona plástica; 2c- zona fragmentada; 2d- zona fracturada. 3- Zona sísmica o elástica. 1

Explosivo en el taladro sometido a la presión PD

2a

Tensiones muy altas = (½ a ¼) PD  (> que a resistencia dinámica  del macizo) 

2b

Mayor velocidad de las ondas sísmicas que las ondas plásticas

2c

Acción simultánea de altas tensiones en la dirección tangencial y radial Existencia de tensiones superiores a la resistencia dinámica a la tensión de la roca Recibe a propagación ondulatoria con amplitudes  Rm

Energía de la componente tangencial

C-J

Energía de los gases EXPLOSIVO ROCA

Pg < Rm

velocidades sónicas

Energía de la onda de detonación

Energía de los impulsos de tensión

velocidades s sónicas

Reac cc ció ió

-J

Energía cinética residual en la roca proyectada

Po=fom

Energía consumida por descostramiento

Energía calorífica de los gases residuales

Energía cinética de los gases residuales

Fragmentación debido a la caida

ROCA AIRE Energía Acústica

Po= Presión máxima de los gases en las paredes del barreno Pk= Presión fina de los gases en expansión sobre la roca fragmentada Rm= Resistencia de la pared del barreno original

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I. Voladura y sus efectos

PRESION

RELACION DE PRESION Y VOLUMEN DE LOS GASES  DE EXPLOSION DURANTE LA VOLADURA

ZONA

P3

1 2 1+2 3+4

P4 1

2+3 4

2

1+2+3+4 5

P5

3 4

5

1+2+3+4+5

ENERGIA

Componente cinética de la energía de choque o tensión. Componente de tensión de la energía de choque. Energía rompedora Energía liberada durante la propagación de las grietas. Energía de fragmentación. Energía de tensión en la roca en el instante de escape de los gases. Energía de voladura. Energía de proyección y pérdida de energía en el escape de lo gases. Energía total disponible o valor de potencia absoluta.

.

VOLUMEN

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15 PERTURBACIONES ORIGINADAS POR LA VOLADURA  DE ROCAS

DIRECCION DEL VIENTO 4

2 9

PANTALLA VEGETAL 10 EDIFICIOS

5

MEDIDA DE LA VELOCIDAD DE PARTIDA

VIBRACIONES 7

29

1

I. Voladura y sus efectos

PROYECCIONES COMO EFECTO DE LA VOLADURA

1.000 10”

500

5” 3” 2” 1”

100

5” 3” 2”

50

90

D ALCANCE MAXIMO (m)xD

ALCANCE (m)

DIAMETRO DEL BARRENO (pulg.)

1”

80 70 60 50 40 30 20

10

0,001

0,01

0,1

1

ρr T (m) b

2600

30

10

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

CONSUMO ESPECIFICO (Kg/m3)

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16 VOLADURA EN LA EXPLOTACION DE MINAS A CIELO ABIERTO

 En la explotación de minas a cielo abierto la voladura de producción es aquella orientada a la producción del mineral y estéril y la tecnología aplicada depende del método de explotación.  En caso minas a cielo abierto el objetivo de la voladura de producción está orientada a producción de mineral y desmonte.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura de producción

Los taladros de voladura normal destrozan la roca por interacción entre sí, con predominio de fracturamiento radial; para lograr este efecto es necesario mantener ciertas condiciones, como:

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17 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura de producción

1. Relación de espaciamiento a burden: E = 1,3 a 1,5 B.

2. Relación de acoplamiento (diámetro de taladro a diámetro de cartucho): máxima de 1,2 a 1, buscando un adecuado confinamiento y atacado del explosivo.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA

En la práctica el método de voladura controlada requiere de ciertas condiciones que la diferencian del método convencional, como se muestra a continuación:

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18 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura de producción 3. Distribución de la carga explosiva, ocupando en promedio los 2/3 de la longitud del taladro (66 %) procurando la mayor concentración de carga al fondo del mismo. 4. Uso de taco inerte para retener la explosión en el taladro el mayor tiempo posible, y para mejorar el grado de confinamiento confinamiento.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura de producción 5. Empleo de explosivo con el mayor brisance y empuje dentro de la relación energía/ costo, para las características de la roca. 6. Disparo de todos los taladros de la voladura siguiendo un orden de salida, espaciados en tiempo de acuerdo a un esquema de secuencias (arranques, ayudas, cuadradores, alzas, etc.).

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19 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura Controlada A diferencia de los taladros de voladura normal, los de voladura controlada deben espaciarse de tal modo, que las fracturas creadas se dirijan a los puntos de menor resistencia, es decir de taladro a taladro, alineándose para formar un plano de corte, con lo que se disminuye o elimina la formación de fracturas radiales radiales. Entre sus condiciones fundamentales tenemos:

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura Controlada 1. Relación de espaciamiento a burden inversa a la normal; es decir menor espaciamiento que burden, usualmente: E = 0,5 a 0,8 B.

2 Explosivo de mucho menor diámetro que el del taladro para 2. que la relación de desacoplamiento sea mayor que la convencional de 2,1 a 1.

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20 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura Controlada 3. Carga explosiva linear distribuida a todo lo largo del taladro preferentemente con cartuchos acoplables como los de Exsacorte, o en ciertos casos carga amortiguada con espaciadores. 4 Taco inerte solamente para mantener el explosivo dentro del 4. taladro, no para confinarlo.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Voladura Controlada 5 Empleo 5. E l de d explosivo l i de d baja b j potencia t i y velocidad, l id d brisance, bi como ell Exacorte y Exsasplit. 6. Disparo simultáneo de todos los taladros de la línea de corte, sin retardos entre sí, y sólo después de la voladura principal. (Es conveniente un intervalo mínimo de 60 a 100ms entre el último taladro de la voladura principal y los taladros de la línea de corte periférica). 7. Mantener el alineamiento y paralelismo de los taladros, de acuerdo al diseño del corte a realizar, de lo contrario no hay buen resultado. 40

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21 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Ventajas de la voladura controlada a. Produce superficies de roca lisas y estables. b. Contribuye a reducir la vibración de la voladura principal y la sobreexcavación, con lo que se reduce también la proyección de fragmentos y los efectos de agrietamiento en construcciones e instalaciones cercanas a la voladura. También facilita el transporte de los detritus de voladura, por su menor tamaño.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Ventajas de la voladura controlada c.

Produce menor agrietamiento en la roca remanente. Es importante tener en cuenta que la voladura convencional, según la carga y el tipo de roca puede afectar a las cajas techos a profundidades de hasta 1,50 y 2,00 m debilitando la estructura en general, mientras que la voladura controlada sólo la afecta entre 0,20 y 0,50 m, contribuyendo a mejorar el autosostenimiento de las excavaciones. excavaciones

d. En minería puede ser una alternativa para la explotación estructura débiles e inestables.

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de

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22 DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Desventajas de la voladura controlada a Ma a. Mayor or costo que q e la voladura olad ra convencional con encional por requerir req erir más perforación y empleo de explosivos especiales o acondicionados a propósito. b. Mayor demora en la obra, por el incremento del trabajo de perforación. g tipos p de terreno no llega g a dar los resultados c. En algunos esperados, como por ejemplo en material detrítico incompetente o deleznable. Mejores resultados por lo general se obtienen en rocas homogéneas y competentes.

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I. Voladura y sus efectos

DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA DE PRODUCCION Y LA  VOLADURA CONTROLADA Desventajas de la voladura controlada Son varias las técnicas p para voladura controlada desarrolladas en los últimos años, muchas veces específicamente para un problema particular, pero las más aplicadas son:  Voladuras de precorte  Voladura de recorte Voladuras amortiguadas, Estas técnicas se efectúan tanto para trabajos subterráneos como en superficie.

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23 Ejemplo de monitorización sísmica de cargas explosivas PPV (m/sec) 3

2.5

D 2

(Q=Kg/Delay)

Center of Charge

Q=0.5 Q=1.4

1.5

Q=1.7 Q=2.0

1

0.5

0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Distance from Blast (m) 45

I. Voladura y sus efectos

VOLADURA CONTROLADA DEFINICIONES Consiste en el empleo de cargas explosivas lineares de baja energía colocadas en taladros muy cercanos entre sí, que se disparan en forma simultánea para crear y controlar la formación de una grieta o plano de rotura continuo, que límite la superficie final de un corte o excavación. En términos generales, si el disparo para este corte es anterior a la voladura principal, se le denomina “precorte o presplitting”, y si es posterior se le conoce como Recorte, Recorte voladura de contorno o voladura suave (smooth blasting); en el caso de túneles también suele denominarse voladura periférica.

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VOLADURA CONTROLADA APLICACION Se emplea a menudo para el acabado superficial de túneles de obras hidráulicas o viales, para reducir el consumo de concreto cuando éstos tienen que ser cementados, y en cámaras subterráneas para mejorar el autosostenimiento de techos y paredes. También se aplica para excavaciones precisas para cimentación de maquinaria, para piques y chimeneas, para límite final de bancos en minería i í a tajo j abierto bi y para extraer grandes d y bien bi formados f d bloques de piedra ornamental en canteras de mármol, caliza marmórea y granito,entre otros..

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I. Voladura y sus efectos

VOLADURA CONTROLADA TEORIA DEL METODO

Una carga explosiva convencional acoplada, que llena completamente un taladro, taladro al detonar crea una zona adyacente en la que la resistencia dinámica a compresión de la roca es ampliamente superada, triturándola y pulverizándola. Fuera de esa zona de transición, los esfuerzos de tracción asociados a la onda de compresión generan grietas radiales alrededor de todo el taladro, lo que se denomina fisuramiento radial.

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VOLADURA CONTROLADA TEORIA DEL METODO

Cuando son dos las cargas que se disparan simultáneamente, esas grietas radiales tienden a propagarse por igual en todas direcciones, hasta que por colisión de las dos ondas de choque en el punto medio entre taladros, se producen esfuerzos de tracción complementarios perpendiculares al plano axial.

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I. Voladura y sus efectos

VOLADURA CONTROLADA TEORIA DEL METODO

Las tracciones generadas en ese plano superan la resistencia dinámica a tracción de la roca, creando un nuevo agrietamiento y favoreciendo la propagación de las grietas radiales en la dirección de corte proyectado, lográndose esto en especial cuando dos taladros son cercanos. Posteriormente estas grietas se amplían y extienden bajo la acción de cuña de los gases de explosión que se infiltran en ellas. ellas

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VOLADURA CONTROLADA TEORIA DEL METODO

La propagación preferencial en el plano axial junto con el efecto de apertura t por la l presión ió de d gases permiten it obtener bt un plano l d de fractura definido. Según esto, el mecanismo de trabajo de una voladura de contorno comprende a dos efectos diferentes: uno derivado de la acción de la onda de choque y otro derivado de la acción de los gases en expansión expansión.

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I. Voladura y sus efectos

VOLADURA CONTROLADA TEORIA DEL METODO

La presión de gases es clave en la voladura controlada, por lo que se debe tratar de mantenerla hasta que complete la unión de las grietas que parten de los taladros adyacentes. Esto se conseguirá adecuando la longitud de retacado para evitar el escape prematuro de los gases a la atmósfera

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MECANICA DE CORTE LINEAR

Distancia: E-0,58 TENSIÓN

GRIETA

GRIETA COMPRESION

TENSIÓN Taladros con cargas g lineares desacopladas p (presión interna de los gases en expansión)

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I. Voladura y sus efectos

MECANICA DE CORTE LINEAR Tensiones generadas por superposición de ondas de choque  producidas por el disparo simultáneo de dos cargas de taladro.

E E/2

ONDAS DE TENSION

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MECANICA DE CORTE LINEAR Tensiones generadas por superposición de ondas de choque producidas por el disparo simultáneo de dos cargas de taladro. EFECTO ZONAS TRITURADAS

TALADROS

ONDAS DE CHOQUE TALADROS ZONA DE CORTE

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I. Voladura y sus efectos

MECANICA DE CORTE LINEAR Principio del fisuramiento lineal en la roca.

Efecto de la corta distancia entre los taladros de recorte.

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VOLADURA DE PRECORTE Consiste en crear en el cuerpo de roca una discontinuidad o plano de fractura (grieta continua) antes de disparar la voladura principal o de producción, mediante una fila de taladros generalmente de pequeño diámetro, muy cercanos, con cargas explosivas desacopladas y disparos instantánea. El disparo de los taladros de precorte también puede hacerse simultáneamente con los de producción, pero adelantándonos una fracción de tiempo de 90 a 120ms, el disparo es pues en dos etapas.

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I. Voladura y sus efectos

Ejemplo de voladura de precorte

BERMA

Fila amortiguada D= 310 mm. Carga de Fondo = 270 kg.

FILA DE PRECORTE DESACOPLADA D-80mm 80º

3m.

2,1m.

VOLADURA DE PRODUCCION CONVENCIONAL

6m. 8,2m.

12 m

6m. 9 9m.

RETACADO MACIZO ROCOSO 80º

BARRENOS SOBRE CABEZA DE BANCO SIN SOBREPERFORACION

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1,5

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VOLADURA DE PRECORTE Normalmente es necesario efectuar algunos disparos de prueba para conocer el comportamiento de la roca y ajustar parámetros, pero como guía puede aplicarse algunas ecuaciones propuestas para el caso, como las de C. Konya, así: El factor de carga por pie de taladro que no cause daño a la roca, pero que produzca suficiente presión como para crear la acción de corte se puede estimar por: q = Ø 2 / 28 donde: q : carga de explosivo por pie de taladro (lb/pie). Ø : diámetro de los taladros vacíos, en pulgadas.

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I. Voladura y sus efectos

VOLADURA DE PRECORTE

Si se aplica este factor de carga, el espaciamiento entre los taladros de precorte será determinado por la ecuación: E = 10 x Ø donde: E : espaciamiento, en pulgadas. Ø : diámetro diá t de d los l taladros t l d vacíos, í en pulgadas. l d

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