Efectos de las vibraciones debido a operaciones de voladuras.

 

Ing. José Carlos Espino, higienista ambiental

 

Las voladuras se utilizan principalmente para fragmentar la roca para posteriormente removerla con el equipo pesado, pero hay que tener especial cuidado con por la posibilidad de que se produzcan daños a las estructuras cercanas y porque son las que más preocupan a los vecinos. Hoy día las operaciones con explosivos se han estudiado extensamente y existen varios productos que minimizan los posibles efectos sobre las áreas aledañas.

Las vibraciones sobre las estructuras se deben a dos razones: cuando se da la detonación se producen ondas de choque y en segundo lugar, presión de gas. La onda de choque produce micro fracturas a lo largo de la roca y, a medida que se expande el gas dentro de las fracturas, se rompe la roca. La presión de gas es la que físicamente produce la fractura de la roca. Sin embargo, una porción de la energía se irradia desde el sitio de voladura.

El movimiento que se siente en los alrededores del área de voladura se debe a la onda de choque y la presión producida por la liberación de gas. Las ondas vibratorias terrestres viajan a cientos de metros por segundo dependiendo del tipo de suelo y las ondas atmosféricas viajan velocidades cercanas a la velocidad del sonido (344 m/s).

Las estructuras cercanas al área de voladura responderán en forma diferente dependiendo de varios factores relacionados con el tipo de explosivo, diseño de la voladura, la distancia a la estructura, tipo y condición del suelo, la construcción de la edificación, las condiciones climáticas, entre otras. Las estructuras van a vibrar más tiempo si el volumen de material que se vuela es mayor y se utiliza una mayor cantidad de explosivos. El disminuir la cantidad de explosivos es una manera de bajar los efectos de las vibraciones ambientales.

El mecanismo de afectación se inicia al momento de la voladura cuando el suelo comienza a moverse produciendo una onda sinodal de energía cuya velocidad de propagación disminuye debido a la distancia. La onda vibratoria terrestre alcanzará las estructuras adyacentes antes de la onda de presión atmosférica, por lo que la estructura puede vibrar por varios segundos. La condición meteorológica puede producir diferentes efectos debido a voladuras similares. En días con poca nubosidad, la presión se disipa verticalmente, mientras que en días nublados la onda se refleja sobre el suelo y puede viajar mayor distancia. Al realizar evaluaciones de presión de aire debido a voladuras, es importante reportar las condiciones meteorológicas del momento.

La presión del aire puede causar movimiento de los componentes de las edificaciones como lo son las ventanas, muebles, equipos, etc. Cuando la velocidad de la onda terrestre es baja, la estructura se afectará más por la presión producida por la onda atmosférica que por las vibraciones terrestres.

Los estudios sobre el impacto de las voladuras sobre las estructuras indican que la velocidad de desplazamiento de las partículas del suelo es la variable determinante para determinar la magnitud de los esfuerzos a los que se someten las estructuras (Persson, 1994). Es por esto que la variable internacionalmente aceptada para predecir y evaluar los impactos de las voladuras sobre una estructura es la velocidad pico partícula (VPP) a diferentes frecuencias. La VPP excita las partículas a partir de su punto en reposo en tres dimensiones, no en línea recta. El mayor daño se da cuando la frecuencia que se da la VPP coincide con la frecuencia natural de resonancia de la estructura.

Existen muchos estudios a nivel internacional sobre los límites máximos que deben permitirse para evitar daños a las estructuras durante las voladuras. Para determinar los valores, se montaron instrumentos llamados sismógrafos en la estructuras durante las explosiones para medir el movimiento del suelo y la sobre presión del aire debido a la operación de voladura. Los sismógrafos miden la velocidad pico partícula en mm/s y la sobre presión en Pascales que posteriormente son transformados en decibeles en escala “C”. Las ondas de presión generalmente no se escuchan porque se dan en frecuencias por debajo del espectro audible (20 Hz a 20 kHz). Una referencia que se usa comúnmente es el documento RI 8507 del US Bureau of Mines (USBM) cuyos valores, aunque fueron publicados hace años atrás, pero han sido validados por estudios más recientes.

El USBM y otros estudios (Bollinger, 1980; Persson et al, 1994) han establecido el límite máximo de la VPP en 50 mm/s y 133 dB para la sobre presión de aire. La VPP y la sobre presión se pueden estimar conociendo la cantidad de explosivos y el retardo entre detonaciones. Adicionalmente, se deben medir las vibraciones terrestres con sismógrafos y la sobre presión del aire con micrófonos especiales en las estructuras cercanas al área de voladuras. La International Society of Explosive Engineers (ISEE) publicó un procedimiento estándar para la colocación y fijación de los acelerómetros para medir las vibraciones terrestres. La tabla 1 presenta los daños previstos a partir de diferentes valores de la VPP.

 

VPP (mm/s)Daños previstos[1]
0,00Ninguno
0,75Se sienten las vibraciones terrestres y se pueden presentar quejas por parte de los vecinos.
12,5Pueden presentarse rajaduras en el repello.
19Las rajaduras existentes en el repello pueden extenderse.
25Pueden presentarse nuevas rajaduras en las paredes.
50Por encima de este valor existe la posibilidad de daños estructurales.
75Se producirán rajaduras en las paredes.
112Se pueden producir rajaduras estructurales.
250Se presentarán rajaduras estructurales en los miembros de hormigón.

 

Para estimar la VPP se puede utilizar la fórmula presentada por Persson en 1994:

 

 

Dónde:

D es la distancia de la estructura a la voladura en m.

W es la máxima cantidad de explosivos por retardo en kg.

 

Variando la distancia a la voladura o la cantidad de explosivos, puede controlarse la VPP y evitar daños a las estructuras y las quejas de los vecinos. Sin embargo, también deben medirse las vibraciones y la sobre presión durante las operaciones de voladuras para verificar que los niveles estimados se cumplen. Las empresas responsables de las voladuras pueden medir las vibraciones y sobre presión si poseen los sismógrafos o contratar a laboratorios especializados en la higiene industrial. Lo importante es que se sigan los métodos internacionalmente reconocidos para poder justificar los valores obtenidos. Otra medición que normalmente se hace durante las operaciones de voladuras es el ruido ambiental en los vecinos más cercanos.

Las operaciones de voladuras son relativamente seguras con la tecnología y productos existentes hoy día. Sin embargo, si no se toman las medidas preventivas antes y durante las explosiones se pueden presentar daños a las estructuras adyacentes. Es necesario medir las vibraciones terrestres como la VPP y la sobre presión del aire en dB. Para esto, se deben utilizar instrumentos especializados con personal competente, preferiblemente un laboratorio acreditado bajo la norma ISO 17025

[1] Los daños dependerán del tipo y condición de la estructura.

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