Vibraciones

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II CURSO INTERNACIONAL DE ASPECTOS GEOLÓGICOS DE PROTECCIÓN AMBIENTAL

CAPITULO 18

CONTROL DE VIBRACIONES *

Luis Enrique Sánchez
Departamento de Engenharia de Minas Escola Politécnica da Universidad de São Paulo

1.

DETONACION Y PROPAGACION DE ONDAS SISMICAS EN UN MACIZO ROCOSO

Cuando es detonada una carga explosiva en el interior de un macizo rocoso, su energía potenciales liberada en un intervalo de tiempo muy corto. El mecanismo de detonación es tal que se crea una elevada presión en la zona de reacción química. Esta presión instantánea puede alcanzar hasta 30.000 bars. Los explosivos comunes en explotación minera producen presio-

nes del orden de 2000 a 6000 bars, o sea, de 2 a 6.108 Pa. Para tener una idea de la importancia de esos valores bastacompararlos con la presión sonora. El límite superior de audibilidad es de 20 Pa, o sea diez millones de veces menor que la presión resultante de la detonación de un explosivo. De la misma forma, la potencia de una detonación de explosivo es altísima. Los valores típicos son del orden de 16 Gigawatts, o sea, del mismo orden que la potencia de la usina hidroeléctrica de Itaipú. Esta presión provoca una ondade choque que se utiliza en el trabajo de fragmentación de la roca y de formación, sobre el frente de explo-

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Trabajo publicado en “Aspectos Geológicos de Protección Ambiental”, Volumen I, UNESCO, 1995.

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sión, en una pila de fragmentos de forma adecuada a su carga. Otra parte de esa energía es liberada en elambiente, propagándose a través del macizo rocoso, de la napa freática y del aire. La onda de choque es una onda sísmica que puede ser de tipos diferentes. Las más comunes son: las ondas longitudinales (u ondas de compresión, o primarias o P), las ondas transversales (o de cizallamiento, o secundarias o S), las ondas de Raleigh (u ondas R), las ondas de Love (u ondas Q).

En las ondas R laspartículas desarrollan un movimiento elíptico retrógrado principalmente en las direcciones vertical y longitudinal, mientras que en las ondas Q las partículas se mueven predominantemente en la horizontal en una dirección transversal a aquella de propagación del frente de onda. Cada tipo de onda se propaga con una velocidad que es característica del medio atravesado. La onda más rápida es siempre la P,seguida por la onda S y por las ondas de superficie. La velocidad de propagación depende apenas de las características del medio. La de las ondas longitudinales es dada por:

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donde: Los frentes de onda tienen formas diferentes. Las ondas P se propagan por tracciones y compresiones sucesivas del medio y, al alcanzar una superficie libre o cambiar de medio de propagación (por ejemplo, alpasar de un estrato geológico a otro) a un ángulo diferente de 90º, están sujetas a fenómenos de reflexión y refracción que dan origen a las ondas S, donde la vibración es perpendicular a la dirección de propagación. Las ondas P y S se propagan en todas direcciones y son llamadas ondas de volumen. Es común describir el movimiento del terreno provocado por el pasaje de una onda sísmica como latrayectoria de una partícula imaginaria solidaria con el medio atravesado. De este modo, en las ondas longitudinales la partícula se mueve en torno de un punto de reposo hacia adelante y hacia atrás en la dirección de propagación de la onda, o sea, longitudinalmente. Ya, en las ondas transversales el movimiento de la partícula se da en un plano perpendicular a la dirección de propagación o frente deonda. Si las partículas se movieren en una dirección preferencial en ese plano se dice que son polarizadas. En las interfaces aire/superficie del terreno las ondas de volumen dan lugar a las ondas llamadas de superficie, que se propagan en ese límite. Las ondas de superficie se caracterizan por frecuencias más bajas que las de volumen. Las ondas R son las ondas de superficie más comúnmente...