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Ministerio de Obras Pblicasy Transportes Direccin General Carreteras de~c

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INDICE

1. INTRODUCCION 2. CARACTERIZACION DEL MACIZO ROCOSO. PROPIEDADES 2.1. Introduccin 2.2. Litologa 2.3. Estructura y dominio estructural 2.4. Superficies de discontinuidad 2.4.1. Orientacin2.4.2.

1315 15 16 16 17 17 17 18 19 20 21 22 23 25 26 26 27 27 28 30 30 30 33 33 35 36 37 37 37 38 39

Espaciado

2.4.3. Dimensiones 2.5. Familias de discontinuidades 2.6. Tamao de los bloques 2.7. El agua en el macizo rocoso 2.8. Propiedades de las rocas 2.8.1. Resistencias mecnicas 2.8.1:1. Ensayo Brasileo 2.8.1.2. Ensayo Frankliri 2.8.1.3. Indice de rebote con martillo Schmidt 2..8.1.4.Esclermetro Shore 2.8.1.5. Ensayo NCB Gane Indenter 2.8.1.6. Indice Protodjakonov 2.8.2. Abrasividad 2.8.3. Tenacidad 2.8.4. Cementacin 2.8.5. Densidad y porosidad 2.9. Tcnicas Geofsicas 2.9.1. Ssmica de refraccin 2.9.2. Otras tcnicas geofsicas que precisan de la ejecucin de barrenos 2.9.2.1. Rayos Gamma 2.9.2.2. Neutrones 2.9.2.3. Densidad (Gamma-Gamma) 2.9.2.4. Calibre 2.9.2.5. Velocidad snica 2.10. Correlaciones entre variables geomecnicas 3. LA EXCAVABILlDAD DE LAS ROCAS POR MEDIOS MECANICOS 3.1. Introduccin 3.2. Equipos utilizados en la excavacin de terrenos 3.3. Ripabilida~ y rozabilidad de las rocas 3.3.1. Consideracionesa las propiedades geomecnicas 3.3.2. Ssmica de refraccin~. PLANIFICACION DE LA EXCAVACION DE ROCAS MEDIANTE VOLADURAS 4.1. Introduccin 4.2. Factores bsicos en la planificacin del arranque con explosivos 4.3. Programacin de la per1oracin 4.3.1. Dimetro de perforacin 4.3.2. Equipo de perforacin 4.3.3. Mtodo de perforacn

43 43 46 46 48

5353 54 54 54 54 55 55 55 55 56 56 56 56 3

4.3.4.Sistemas montaje de4.3.5. Accionamiento 4.3.6. Compresor 4.3.7. Accesorios de perforacin 4.4. Programacin de la voladura 4.4.1. Explosivos 4.4.2. Accesorios de los explosivos 4.4.3. Esquema geomtrico

.

4.4.4. Secuencias de encendido 4.4.5. Tamao de fa voladura 4.5. Ritmos de excavacin 4.6. Equipos de carga y transporte 4.7. Medidas de proteccin y seguridad 5. METODOS DE PERFORACION DE ROCAS5.1. Introduccin 5.2. Tcnicas de perforacin 5.3. Requerimientos a la ejecucin de los barrenos 5.3.1. Dimetro de barreno 5.3.2. Longitud o profundidad del barreno 5.3.3. Desviacin 5.3.4. Estabilidad del barreno 5.3.5. El barrido de los barrenos 5.4. Equipos de perforacin a cielo abierto 5.5. Equipos de perforacin de tneles y galeras 5.6. La perforacin a rotopercusin 5.6.1. Perforacin con martillo en cabeza 5.6.2. Perforacin con martillo en fondo 5.7. Ventajas de la tcnica de perforacin con martillo hidraulico en cabeza 5.7.1. Dimetros de barrenos 5.7.2. Profundidad de los barrenos 5.7.3. Velocidades de penetracin 5.8. Ventajas de la tcnica de perforacin con martillo en fondo 5.8.1. Dimetros de barrenos 5.8.2. Profundidad de los barrenos 5.8.3. Velocidades de penetracin 5.9. Perforacin rotativa 5.9.1. Perforacin con tricQno 5.9.2. Perforacin con tiles de corte 5.10. Otras tcnicas de perforacin 5.11. Accesorios de perforacin 5.11.1. Caractersticas generales 5.11.2. Adaptadores de culata 5.11.3. Manguitos de acop1amiento 5.11.4. Varillaje 5.11.4.1. Barras gua 5.11.4.2. Barras de extensin 5.11.4.3. Barrenas integrales 5.11.5. Bocas 5.11.5.1. Bocas de botones 5.11.5.2. Bocas de plaquitas 5.11.5.3. Otros tipos de bocas 5.11.6. Roscas 5.11.7. Accesorios de perforacin con martillo en fondo 5.11.8. Criterios bsicos de seleccin y duracin de los accesorios 5.12. El factor capacidad de produccin a largo plazo segn los tipos de perforacin 5.13. La inversin en equipos 5.14. El coste de la perforacin 5.15. Areas de utilizacin de los equipos 4 5.16. Gestin y economa de los equipos 5.17. Factores de decisin en los parmetros de un equipo 5.18. Seleccin del equipo de perforacin 6. EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURAS 4 bsicos de perforacin

57 57 57 57 58

59 59 60 60 60 60 61 61 63 64 65 66 68 69 70 70 70 70 71 71 71 71 72 73 74 76 76 77 77 78 78 78 79 80 80 80 81 81 82 83 85 86 86 88 90 91 93

\

97

6.1. Evolucin de los explosivos industriales 6.2. Reaccionesexplosivas 6.3. Sustancias intrinsecamente explosivas 6.3.1.Explosivos iniciadores6.3.2. Explosivos secundarios

6.4. Caractersticasy propiedades de los explosivos6.4.1. Productos de reaccin explosiva 6.4.2. Balance de oxgeno 6.4.3. Calor desarrollado en la explosin 6.4.4. Temperatura de la explosin 6.4..5. Presin de detonacin 6.4.6. Presin en el barreno 6.4.7. Densidad del explosivo 6.4.8. Velocidad de detonacin 6.4.9. Potencia del explosivo. Poder rompedor 6.4.10. Estabilidad qumica 6.4.11. Aptitud a la propagacin c;le la detonacin 6.4.12. Sensibilidad 6.4.13. Gases de explosin. Toxicid~d 6..4.14. Resistencia al agua 6.4..15. Resistencia a bajas temperaturas 6.4.16. Caractersticas antigris 6.5. Explosivos industriales 6.5.1. Clasificacin de los explosivos ndustriales 6.5..2, Explosivos gelatinosos sensibilizados con NG (Gomas) 6.5.3. Explosivos pulverulentos 6.5.4. Explosivos a base de nitrato amoniaco (Nagolitas o Anfos) 6.5.5. Hrdrogeles (Riogeles) 6.5.6. Emulsiones 6.5.7. Emunex 6.5.8.. Polvoras de mina 6.5.9. Explosivos de seguridad 6.5.10. Explosivos especiales para demoliciones y taqueo 6.6. Criterios de seleccin de explosivos 6.7. Otros productos no explosivos utilizados en la fragmentacin de

97 98 99 99 99 99 99 100 100 100 100 101 101 102 102 103 103 103 104 104 105 106 107 107 107 109 109 111 111 113 114 114 116 116 119 119 120 121 122 123 123 127 129 130 130 131 131 132 133 133 133 135 135 135 137 137 138 1395

las rocas 6.8. Accesorios para la iniciacin de explosivos6.8.1. Detonadores elctricos 6.8.1.1.. Caractersticas elctricas 6.8.1..2. Mecanrsmo de encendido 6.8.1.3.. Clasificacin de los detonadores elctricos 6.8.1.3.1. Segn las caractersticas elctricas 6.8.1.3.2.Segn los tiempos de detonacin 6.8.1.4. Encendido de detonadores elctricos. Conexiones 6.8.1.4.1. Conexin en serie 6.8.1.4.2. Conexin en paralelo 6.8.1.4.3. Conexiones mixtas 6.8.1.5. Fuentes de energaI

6.8..1.5.1. Explosores de condensador

6.8.1.5.2. Explosores de circuitos 6.8.1.6. Comprobacin de circurtos 6.8.1.. Cebado y conexin 7. 6.8.1.8. Detonadores para aplicaciones especiales 6.8.2. Sistemas de iniciacin no elctricos 6.8.2..1. Mecha lenta 6.8.2.1.1. Propiedades y caracter.sticas 6,8.2.2. Corc;ln detonante 6.8.2.2.1. Caractersticas del cordn 6.8.2.2.2. Rels de microrretardo para cordn detonante

6.8.2.3. Detonadores de mecha 6.8.2.4. Detonadores de tubo detonante (Nonel) 6.8.2.5. Multiplicadores 6.8.2.6. Multiplicadores temporizados6.8.2.7. Detonadores iniciados por cordones detonantes de bajo gramaje 6.8.2.8. Detonadores Hercudet 6.9. Pesos y medidas de los explosivos encartuchados 7. CONCEPTOS GENERALES DE DISEO DE VOLADURAS 7.A. Voladuras en banco A.1. Introduccin y aspectos generales A.2. Dimero de los barrenos A.3. Altura de banco A.4. Inclinacin de los barrenos A.S. Retacado A.6. Piedra yespaciamiento A. 7. Sobre perforacin A.B. Esquemas de perforacin A.9. Configuracin del frente libre A; 1O. Tamao del macizo a volar A.11. Volumen de expansin A.12. Configuracin de las cargas A.13. Desacoplamiento de las cargas A.14. Explosivos A.15. Colocacin de varios tipos de explosivo dentro de los barrenos A.16. Consumo especfico de explosivos A. 17. Iniciacin de las cargas de explosivo A.18. Tiempos de retardo y secuencias de encendido A.19. Perforacin especfica A.20. Desviacin de los barrenos

140 141 142 142 142 142 143

7.8. Prevoladuras 7.C. Taqueo C.1.Taqueo con explosivos C.2. Otros mtodos de taqueo C.2.1. Fragmentacin por golpeo C.2.2. Fragmentacin por golpeo dinmico C.2.3. Fragmentacin por agua a presin C.2.4. Fragmentacin por cuas C.2.5. Fragmentacin con cementos expansivos 7.D. Voladuras de contorno 0.1. Voladuras de precorte 0.2. Voladuras de recorte 0.3. Clculo aproximado de las variables principales en los casos de precorte y recorte 8. PERFORACION y VOLADURAS EN DESMONTES Y TRINCHERAS

145 145 147 147 148 149 149 151 152 153 155 156 156 157 158 159 160 160 163 164 164 166 167 167 169 169 169 170 170 170 171 173 174

175179 179 181 181 181 181 181 182 183 183 183

8.1. Introduccin

I

8.2. Caractersticas constructivas de este tipo de excavaciones 8.3. Perforacin 8.3.1. Equipos de perforacin . 8.3.2. Dimetros de perforacin , 8.4. Variables del esquema de voladuras 8.4.1. Longitud del barreno 8.4.2. Piedra y espaciamento 8.4.3. Sobreperforacin 8.4.4. Inclinacin deios barrenos 8.4.5. Retacado

8.5. Tipos de exp.Josivo 8.5.1.Consumo especfico 8.6. Excavaciones en desmontes 8.6.1. Trincheras. Esquemas de perforacin 8.6.1.1. Secuencias de enGendido 8.6.2. A media ladera. Esquemas de perforacin 8.6.2.1'. SeGuenciasde encendido 8.7. Voladuras de contorno 8.7.1. Precorte 8.7.2. Recorte 8.8. Voladuras de excavacin que precisan de una apertura un cuele 8.8.1. Variables de diseo del esquema del cuele 8.8.2. Secuencia de encendido

184 184 184 184 185 186 188 190 190 191mediante

193 194 197

9. PERFORACION y VOLADURAS EN ZANJAS 9.1. Introduccin 9.2. Caractersticas constructivas de las zanjas 9.3. Perforacin 9.3.1. Equipos de perforacin 9.3.2. Dimetros de perforacin 9.4. Variables del esquema de voladuras 9.4.1. Piedra y espaciamiento 9.4.2. Sobreperforacin 9.4.3. Inclinacin de .los barrenos 9.4.4. Retacado 9.5. Tipos de explosivo 9.5.1. Cargas y consumos especficos 9.6. Secuencias de encendido 9.7. Voladuras de contorno 9.8. Casos de excavacin en zanjas 9.8.1. Excavacin en zonas urbanizadas 9.8.2. Excavacin de zanjas en zonas alejadas a ncleos habitados 10. PERFORACION y VOLADURAS EN POZOS y CHIMENEAS 10.1. Introduccin 10.2. Mtodos de perforacin ascendente 10.2.1. Mtodo clsico manual 10.2.2. Plataforma Alimak 10.2.3. Mtodo de la jaula Jora 10.2.4. Mtodo Raise Boring 10.3. Mtodos de perforacin descendente 10.3.1. Perforacin descendente manual 10,3.2. Mtodos mecanizados 10.3.2.1. Mtodo de banqueo 10.3.2.2.Mtodo de la espiral 10.3.2.3.Mtodos de seccin completa 10.3.2.4. Mtodo de barrenos largos 10.3.2.5. Mto 0,5 Kg/cm POCO ABRASIVA F < 0,5 Kg/cm

m

100% vida de varillas

FUENTE:

Atlas

Copco

F:CoeficientedeSchnmacek

Cuadro 5.3.- Vida aproximada de los accesorios de perforacin en tneles y galeras

84

~

tituir un captulo de indudable importancia en los aspectos de rendimiento y economa.Los cuadros 5.2. y 5.3. recogen la vida de los accesorios de perforacin, tanto en superficie como en tneles y galeras, segn la abrasividad de la roca a perforar. Se toma como criterio de roca abrasiva, aquella en la que su coeficiente de Schinmacek supera los 0.5 Kg/cm.

CASOS PRACTICOS Caso 1.- Cantera de Granito, de la Zona de Santiago de Compostela Dimetro de perforacin: 89 mm ( 3 1/2") Altura de banco: 10m Equipo de perforacin: PerforadoraCOP 1238 (ME) Vida de los accesorios segn los partes diarios de perforacin: " Adaptadores: 25.000 m " Manguitos: 1000 m " Barras: 1000 m " Bocas: 900 m " Operacin de afilado cada 50 m

Caso 2.- Ejecucin de trinchera en una formacin de calizas de la zona de L 'At-

mella de Mar (Tarragona) - Dimetro perforacin: mm (3") de 76 . - Profundidad barreno: m del 3 - Equipode perforacin: Perforadora cap 1238(ME) - Vida de los accesorios segnlos partesdiariosde perforacin:*

Adaptadores: 3000 m

*

Varjllaje tipo Speedrod: del 1000m

5. 12: EL FACTOR CAPACIDAD DE PRODUCCION A LARGO PLAZO SEGUN LOS TIPOS DE PERFORACION

En la perforacin de barrenos profundos, la capacidad a largo plazo se ve influida por un determinado nmero de factores como son: la velocidad de penetracin, el nivel de disponibilidad del equipo, el nmero de relevos por da, los tiempos empleados en el des. plazamiento y posicionamiento de los equipos, el espaciamiento entre barrenos, la altura de banco, etc. La figura 5.34 refleja las capacidades a largo plazo que pueden obtenerse cuando se perfora en granito, a un relevo diario (220 relevos/ao).

oDWfJ

M.rfl". ..M.,tll'. .. l

'1',.-",.

Marli"a '.'0'. ""0"". '.nMor!lIl. on '.n4.

CONDICIONES'.ANrro 220TU~NO' I AO

- l' ITU~NO

~Fig. 5.35.- Inversin

Fig. 5.34.- Capacidad produccina largo plazo de ',~egn los tipos deperforaci6n

85

Como podemos ver, la alternativa de martillo en cabeza hasta alturas de banco de 24 ofrece un mayor nivel de productividad que la alternativa de martillo en fondo. Y para L mismo volumen de produccin con la alternativa de martillo en fondo, pueden disear~ esquemas de perforacin ms amplios (piedra y espaciamiento mayores) debido a la m nor desviacin de los barrenos. '

5.13. LA INVERSION EN EQUIPOS

El costo de la inversin y el precio de un equipo de perforacin autnomo pueden -vari; considerablementedependiendo de la gama de dimetros de barreno, del grado de m, canizacin, de la capacidad del compresor y de la experiencia laboral de los operaric (Fig. 5.35).Las unidades de perforacin con martillo en fondo totalmente autnomas, con comprl sor incluido, son ms caras. No obstante, si distribuimos los costos de inversin por rr lmetro de dimetro de barreno, la diferencia ser marginal, o incluso ventajosa para Ic citadas unidades. En estas unidades, se consideran chasis totalmente hidralicos y con presores de alta presin, bien integrados en el chasis o bien remolcados detrs de stE

5.14. EL COSTE DEPERFORACION

El coste de perforacin por metro perforado se calcula con 1a siguiente expresir

Ct= donde: COSTES INDIRECTOS:

C. +Cj+Cm +Co +C. +C1

V

+ Cb

m

C. = Amortizacin (PT A/h) Cj = Intereses y seguros (PTA/h)COSTES DIRECTOS: Cm= Mantenimiento (PTAjh) Co = Mano de obra (PTAjh) C. = Energa (PTAjh) C, = Engrase y lubricacin (PTAjh) Cb = Boca, establizador y barra (PTAjm) Vm = Velocidad de perforacin media (mjh)

AmortizacinLa vida operativa de estas mquinas se puede estimar en 30.000 h o 7 aos para las per foradoras elctricas y de 20.000 h o 5 aos para las unidades diesel-hidralicas sobreca

min. Para calcular el coste de amortizacin se divide el precio de adquisicin menos E valor residual por el nmero de horas previsto.

Intereses, seguros e impuestosLa mayor parte de la maquinaria se compra con dinero prestado y por tanto deben te nerse en cuenta los intereses, adems de los costes de seguros e impuestos que el equi po origina. Para calcularlos se emplea la frmu1a:86

~c= I

x Precio adquisjcin x % (Intereses+Seguros+lmpuesto)

Horas de trabajo al ao

n= nmero de aos de vida.

-

Mantenimiento

Representa los costes de reparacin de averas y el mantenimiento preventivo. Se puede estimar multiplicando el precio de la mquina por 5 x 10-5en perforadoras elctricas o por 6 x 10-5en las unidades diesel.- Mano de

obra

Corresponde al coste horario del perforista, incluyendo cargas sociales, vacaciones, etc. y tambin el del ayudante en los casos en que se precise.

EnergaEste coste puede ser de energa elctrica o diesel, y se calcula a partir de las especificacionesde los motores.

- Aceites y grasasSe determina a partir de los datos suministrados por el fabricante, referidos a cambios de aceite, sistemas hidrulicos y capacidades de los crteres o depsitos. Suele estimarse entre un 15 y un 20% del coste de energa. . Velocidad media

Existen dos procedimientos para la determinacin de la velocidad de penetracin, la cual es necesaria por su influencia en el resto de las operaciones. 1.- Mediante la realizacin de ensayos a escala por las casas fabricantes, sobre muestras representativas, donde se estima la velocidad de penetracin. 2.- Por clculo de este parmetro a partir de la resistencia a compresin simple de la roca. La velocidad media se estima por la expresin:

Vm =2.VO'~ p donde:Vm : velocidad media de perforacin (mjh) Vp : velocidad de penetracin (mjh)

se incluyen los tiempos muertos y la disponibilidad de los equipos. supuesta del 80%.. Boca, estabilizador y barraConstituye una de las partidas crticas, debido por una lado a la falta de informacin previa de los tcnicos y por otro a su importancia, ya que su peso sobre el coste del metro perforado oscila entre el 15 y e' 40% del coste total, segn la dureza de la roca. La duracin, por ejemplo, de un tricono puede estimarse a partir de la ecuacin:

VIDA = 28.140 x DI,55 EI.e? X(m) N r

X 3 X VP

donde: D = Dimetro (pulg.) E = Empuje sobre la boca (miles de libras)

N, = Velocidad de rotacin (r.p.m.}D = Dimetro (pulg.) 87

COSTO PERFORACIOH TOTAL POft Tn DE ROCA VOLADAMARTILLO EII CABEZA HIDRAULICO

Las barras y estabilizadores suelen tener una vida media de 30;000 y 11.000 m, respectivamente. Para establecer una comparacin en el costo total de perforacin por tonelada de roca volada, podemos referirnos a la figura 5.36. El diagrama muestra el costo de perforacin.. con martillo hidrulico en cabeza, para barrenos con dimetrc inferior a 100 mm. Sin emqargo, par barrenos entre 100 y 127 mm, este pa rmetro vara a favor dl martillo er fondo.

.

".

I

M~R"I1LLO

EN

/ FONDO

Fig. 5.36.- Costo total de perforacin por tonelada de roca volada

Aquellos trabajos de excavacin de obras lineales por voladuras Gontroladas que prec 5. 15. AREAS DE sen de una perforacin de barrenos no muy profundos entre 10-15 m, suele recurrirse; UTILlZACION DE LOS la utilizacin del martillo hidrulico en cabeza (Cuadro 5.4). EQUIPOSEstos equipos tambin tienen su campo de aplicacin en las canteras y minas a ciel abierto, donde los bancos son de poca altura; aunque tambin existen casos particul~ res donde esta condicin no se cumpl~.

r-~IPO TRABAJO_-

rnpo ROCA ')[TIPO MARTILLO~MARTILLO

~~~~IENTO .

BI~EauIPO-.

[~:~[OIAMETRO (" )PRODUCCiNI

110-214M3/H leo-~3HROCA TIPO MEDtO ROCA llPO twEDIO .

RENDIMIENTO EN ROCA TIPO Kg/cn

1000-ISOO OCT50 + XAS 2.80previsibles en obras pblicas (Atlas Copco)

1000-1500

[~~}Cuadro 5.4.- Equipos y rendimientos

L PO TRABAJO TI1.

.

TIPO ROCA~~

l TIPOMARTILlO~

E}LEWIPO.

PRODUCCIN

.

ESCOLLERA

[::::J~lDIAMETRO (mm:-

PROOUCCIN /RENDIMIENTO ROCA TIPO K

x 103 TN/AO

x

HASTA 3000 X 103 TN/AO

600-1500 X 103 TN / AO

H X103 TN / AO

CURA/BlANDAROCA/CALIZACURA/MEDIA DURA/MEDIA

Cuadro5.5.- Equiposy rendimientos previsiblesen la explotacinde canteras(Atlas Copco)

Cuando se proyecte la ejecucin de barrenos ms largos, junto con una notable calidad de acabado en los paramentos o taludes finales de la obra, debe tenderse a la utilizacin de equipos de perforacin con martillo en fondo, tambin muy utilizados en las canteras,

explotaciones a cielo abierto y ejecucin de pozos y chimeneas (Cuadro 5.5).

en

en

La longitud de perforacin es una limitacin para los martillos en cabeza que se utilizan, estimndose en unos 30-35 m, la profundidad crtica. No osbtante, con la introduccin

a) Colocacinde anclajes

b) Ejecucinde perfor2Ciones destinodos la conslruccin a de cimentaciones, piloles.

c) Aplicacin como inyeccin de mortero,. techadas o

~inas

pozos... Fig. 5.37.- Otros campos de aplicacin de los equipos de perforacin

89

I

TIPO

DE TRABAJO

:.

ITIPO

DE

MARTILLO.

I CONSUMO AIRE. DE

I DIAMETRODEL PISlUN.

ICARRERADEL PISTON~I VELOCIDADI NIVELDE PERCUSKJN

~

DE RUIDO.

I LQNGITUDroTAL.

~~

IDIAMETRODE PERFORACION.I EMPUJADORES.H22 1/8' SERIES 11 Y 12 H22 7/B" WS6 0 600 mm SERIES 16 Y 17 WSB- 0 =BOO mm

I VARILLAJE.

- =

SERIES 11 y 12

Cuadro 5.6.- Caracterstcas los martillosmanualesneumticos de para tneles y galeras (Atlas CopcJ.

de accesorios especiales en la sarta de varillaje: como manguitos, sistemas de guiado!tubos y bocas gua, se consiguen mejorar los resultados.

Deben tambin advertirse otras reas de utilizacin de los equipos existentes como: ,la colocacin de anclajes, las perforaciones para la inyeccin de lec hadas de mortero o cemento, las labores de prospeccin, la ejecucin de orificios para drenajes, etc. (Fig. 5.3?); donde pueden superponerse ambos sistemas. La eleccin de unou otro mtodo, depenc der adems de lo ya indicado, del tipo de excavacin; su planificacin y las exigencia que se tengan o se.presenten a la hora de Ilevarla a cabo. . :'c

5.16. GESTION yECONOMIA DE EQUIPOS90

Antes del comienzo de un caso concreto de excavacin, es preciso la realizacin de~~q estudio de investigacin, una planificacin y un diseo de ejecucin, junto a una asigOgi cin financiera, que d viabilidad a los trabajos. j .~{ La mayor parte de los proyectos de ingeniera civil se adjudican por concurso pbl!qvJ"-

1.

donde cada licitadordebe presentar alcancedel trabajo,la memoria, planosy el el los plazo de ejecucin. Las empresas contratistas elaboran sus propuestas teniendo en cuenta el equipo necesario, los mtodos, el plazo de ejecucin y los costes, de acuerdo con lo estipulado en las condiciones del concurso. La variacin del trabajo en un proyecto, implica utilizar diferentes tipos de equipos, por lo que es vital determinar la maquinariacorrecta, a fin de lograr el.rendimiento y el coste ms favorable a nivel global. En la perforacin de barrenos, la variacin de los parmetros de la voladura exige normalmente la utilizacin de equipos de perforacin pesados, sobre chasis de orugas y perforadoras ligeras de mano. Es muy importante llevar a cabo una cuidadosa seleccin del equipo. A fin de que pueda utilizarse en el futuro, en otros tipos de obras o aplicaciones previstas, ya que la duracin de un nico trabajo no suele ser suficiente, para amortizar la inversin. aunque, evidentemente este factor depende del volumen de obra presupuestado.

5.17. FACTORES DE DECISION EN LOS PARAMETROSBASICOS DE PERFORACION DE

EQUIPO

Los parmetros bsicos de un equipo perforador pueden resumirse en: - Dimetro de perforacin - Equipos de perforacin - Martillo - Carro UN - Motor Diesel - Compresor - Cambiador de barras - Captador de polvo - Accesorios de perforacin - DJAMETRODE PERFORACJON Dada su dependencia de las variables geolgicas, tcnicas y econmicas, la eleccin del dimetro de perforacin constituye la decisin a tomar con mayor dificultad.

- EQUIPO DE PERFORAClaNEl equipo de perforacin viene determinado por: - Martillo - Carro Motor Grupo - Deslizaderay brazo de perforacin - Cambiador de barras - Compresor - Captador de polvo - Accesorios de perforacin

-

- MARTILLO

.

Es uno de los componentes ms importantes de una perforadora, pues de l depende la velocidad de penetracin que Ruede obtenerse, y por lo tanto.,el rendimiento de perforacin a conseguir.La seleccin del martillo depende del dimetro de perforacin y sus principales variables

son: Peso (Kg) Presin de trabajo (MPa) 91

Potencia de percusin (Kw) Velocidad de rotacin (r.p.m.) Par de rotacin

- MOTORLa funcin principal del motor es el acionamientodel grupo hidrulico y del compresor. Los datos que hay que tener en cuenta son: Potencia (Kw) Velocidad de rgimen (r.p.m) Reserva (%) Consumo especfico (1/h/Kw)

- CARRO En el caso de optar por un equipo perforador, sobre carro, a ste debern exigirsele las siguientes caractersticas: - Dimensionesgeomtricas: longitud, anchura y altura (m) - Peso (Kg) - En el caso de orugas, ngulo de oscilacin (o) - Potencia de traslacin (Kw) - Fuerza de traccin (N) - Velocidad de desplazamiento (Kwjh) - Pendiente remontable: (%) -COMPRESOR El compresor tiene como misin proporcionar el caudal de aire necesario para evacuar el detritus de roca del fondo del barreno. Este caudal puede estimarse, mediante la expresin: Q = 0,007Dlo5 donde:

Q = Caudalen m3/min en D = Dimetro mmLos parmetros de! compresor son:Caudal (m3/min) Presin de trabajo (MPa) Potencia (Kw)

-

- CAMBIADOR DE BARRAS El manejo de las barras puede ser manual o mediante un mecanismo automatizado. Lo~

aspectosque deben considerarse son:La longitud - La capacidad resistente y - El tiempo empleado en maniobras CAPTADOR DE POLVO

..

:,!

c,

Los condicionantes ambientales junto a los altos rendimientos que se consiguen con 1s' equipos de perforacin hacen necesaria la disposicin de captado res de polvo que, asU vez, contribuyen a mejorar las condiciones de trabajo.

92

Han de considerarse como mnimo los siguientes puntos: - Caudal aspirado (m3/h)Depresin (mm) - Potencia absorbida (Kw) - Superficie de aspiracin (m2)

ACCESORIOS DE PERFORACION

Los accesorios de perforacin estn formados por la boca y el varillaje. La eleccin de la boca de perforacin de un equipo determinado estar en funcin de: - Las caractersticas geolgicas y mecnicas de la roca-

Lasexigencias la perforacin de

En base a ello, se deben determinar la forma, el tamao. el tipo y el n de insertos en el caso de optar por ellos.En la eleccin del varillaje, debe considerarse el rea del espacio anular entre el barreno y el varillaje, de forma que permita una velocidad ascensional del aire de 2,5 mIs (perforac. hidrulica).

5.18. SELECCIONEQUIPO DE PERFORACION

DELLa eleccin final de una tcnica determinada de perforacin (Cuadro 5.7) debe plantearse desde tres aspectos bsicos: 1.- Necesidades de produccin2.- Exigencias en cuanto a los parmetros bsicos de perforacin 3.- Economa de la operacin

Cuadro 5.7. Desviacin

de barrenos

segn tipo de martillo y altura de banco

NECESIDADES

DE PRODUCCION

El volumen de roca a mover y el plazo de ejecucin de los trabajos, determinan los ritmos de;excavacin. - La capacidad de produccin puede estimarse, a partir de un.dimetro de barreno y una altura de bancada,si geometricamente disposicin encuentra tal se definida. FACTORES PRIMARIOS DE COMPROBACION DE LA IDONEIDAD DE UN EQUIPO DE PERFORACIONLos parmetros primarios que deben valorarse de uf")aforma conjunta son:

~

93

~

- La altura de banco~

El barridosegnel dimetrode perforacin

-Las propiedades deJas rocas y de los macizos rocosos - Et tamao de la machacadora en el caso de que se precise un tamao derrdo determinado.

a)La gama de longitudes de perforacin comprendida entre 15 y 25 m de banco, corresponde a una zona de solape entre las tcnicas de perforacin de martillo en cabeza y en fondo. Se admite que para bancos de hasta 15 m, el mtodo ideal eselmartiHo en cabeza, excepcin hecha de algunos tipos de terrenos. A partir de 15 m. la decisin del metodo debe apoyarse en otros factores, tanto que afec.. ten a las condiciones de la mquina. como al tipo y caractersticas de la roca.De 20 m en adelante, el mtodo adecuado por los resultados que se alcanzan, debe ser el martillo en fondo. El factor principal es la desviacin de los barrenos, cuya estimacin en base a la experiencia recogida puede realizarse en funcin del mtodo (Cuadro no5. 7)..

b) Barrido segn dimetro El caudal que debe pasar por el espacio anular existente entre el barreno y el varillaje

RESISTENCIA COMPRESION SIMPLE ROCA.

A

OE LA

Fig. 5.38.- Nomograma

para el clculo del caudal necesario

de aire de barrido.

94

~

de perforacin debe estar comprendido entre 15 y 40 mis. Un valor medio que puedeconsiderarse es el de 25-30 mis. Aunque pueden existir variaciones de esta velocidad en funcin del tipo de detritus a evacuar. EJEMPLO.- Determinar el caudal necesario de aire para una velocidad dada,correspondiente a una excavacin de roca, de resistencia a la compresin: 50 MPa. Las variables de diseo elegidas han sido: dimetro de perforacin: 4", altura de banco entre 18 y 28 m. En el grfico adjunto, (fig.5.38), puede verse que el dimetro de perforacin 4", correspondeal rea de solape de la utilizacin del martillo en fondo y el martillo en cabeza. Determinemos el caudal de aire necesario para los dos casos. Desde el dimetro de los 4", bajamos una vertical hasta cortar a las lneas que nos indican un dimetro de 76 mm para el sistema de martillo en fondo y de 45 mm para el martillo en cabeza. Tendremos, as los puntos A y B. Por A, trazando una horizontal conocemos el rea anular: 40 cm2. Si suponemos que el material a extraer pesa y ofrece una determinada resistencia a su transporte, la veloci-

dad mnima debe ser superior a 2Qmis (Punto C). Si desde C trazamos una vertical obtendremos el caudal necesario de 100 l/s.De forma anloga. si desde B trazamos una horizontal, obtenemos un rea de corona de unos 80 cm2 para el mar,tillo en fondo que nos cortar a la recta respresentativa de 25 mIs en el punto D. Correspondindole un caudal mnimo de 200 l/s.

Los compresores necesarios en uno u otro caso, son muy diferentes (para una misma presin) siendo para el caso de martillo en cabeza necesario un compresor de mayor capacidad. c) Las propiedades de las rocas y de los macizos rocosos Los materiales constituyentes de los macizos rocosos, integrados dentro de una estructura geolgica, se caracterizan por sus discontinuidades estructurales y tanto stas como las propiedades de las rocas: de resistencia a la compresin simple..la abrasividad, la heterogeneidad, etc. van a condicionar la eleccin de la tcnica de perforacin. d) Tamao de la machacadora En el caso de una cantera, su conocimiento permite la eleccin del dimetro de perforacin. . ECONOMIA DE LA OPERACIONEl aspecto econmico es el que decidir definitivamente qu mtodo y el equipo a usar, en la mayora de los casos.;. .

Como factores bsicos para la eleccin del equipo, intervienen: - La inversin inicial - La mano de obra necesaria para la mquina - El consumo de combustible - El costo en v~rillaje - Los repuestos y el mantenimientode la mquinaNo obstante, un estudio econmico exhaustivo es conveniente realizar lo para estimar de una forma fiable el costo real por metro lineal, tonelada o metro cbico que una determinada mquina tiene.

95

66.1. EVOLUCION DELOS EXPLOSIVOS INDUSTRIALES

EXPLOSIVOS Y ACCESORIOS DE VOLADURAS

Desde 1.847 en que fue descubierto por Sobrero el- ster de la glicerina y del cido nitrtico denominado trinitrato de g)ice.rina o ms comnmente nitroglicerina (NG) hasta nuestros das, los explosivos qumicos han sufrido un proceso de desarrollo desigual a lo largo del tiempo, con dos perodos trascendentales, relativamente cortos. El primero tuVQ lugar durante la dcada de los 60 del pasado siglo, y el segundo durante las dos ltimas dcadas. Fueron Nobel y su ayudante los que descubrieron de forma casual, como utilizar la nitroglicerina de forma adecuada. absorbiendo el aceite en tierra de diatomeas y evitando el empleo de la nitroglicerina sola, que haba dado lugar a varios accidentes graves.En 1.863 se inicia la industrializacin de la n,troglicerina mediante un proceso de nitra.

cin discontinuo.

..

.

Este sistema fue el llamado Nobel, que poco a poco va transfomndose, con mejora delas etapas intermedias de agitacin y refrigeracin, Posteriormente se llega a los procesos de nitracin continua, dotados con modernos sistemas de control y seguridad, cuyas instalaciones fueron modelo en su momento. En estos aos, tambin de forma paralel~ a los procesos de nitratacin, se investiga sobre las mezclas explosivas, llegndose a las "dinamitas" que eran explosivos pulverulen-

tos de base inerte o activa. Las mezclas de base inerte, descubiertas por Nobel en el ao 1.867 fueron muy utilizados hasta los aos veinte, siendo sustituidos progresivamente por los de base activa, tambin descubiertos por Nobel.Aparece posteriormente la "gelatina explosiva" que es una mezcla de nitroglicerina y nitrocelulosa (N.C). Fue preparada por primera vez por Nobel en el ao 1.875 al descubrir que la N.G. disolva a la N.C. y que cuando la N.C. de alta viscosidad era aadida a la N.G. en la proporcin indicada, la N.G.lquida quedaba inmovilizada.

t

A estos explosivos gelatinosos que llevan en su composicin nitrato amnico como oxidante se les denomina gelatinas especiales y gomas especiales. Ms ade1ante, empiezan a utilizarse los Anfos, que son mezclas constituidas fundamentalmente pol',gitrato amnico y un producto combustible lquido, si bien de acuerdo con las aplicaciones ,a que se les destine, pueden llevar incorporado un combustible metlico

u otro aditivo que les confieren propiedades especiales.Aunque el primer Anfo fue patentado en Suecia en 1867, no tuvo un verdadero desarrollo comercial hasta 1935, en que se prob que la combinacin de nitrato amnico con sustancias combustibles producan mezQlas explosivas seguras y baratas. Hacia mediados de 1959,fue cuando se desarroll el ANFO(nitrato amnico granular porosojfuel-oil), introducindose en Espaa en el ao siguiente. Los explosivos tipo ANFO se extendieron masivamente en la ltima dcada por todos los pases, llegando a. representar un porcentaje importante del total de explosivos consu'" midos en la minera y las obras pblicas, debido a las ventajas que ofrecen. Sin embargo, tambin pueden enumerarse someramente una serie de inconvenientes: - Escasa o nula resistencia al agua. - Baja densidad'"-

Pqsibilidad de formacin de gases txicos cuando la mezcla no es homognea o lacomposicin no es la adecuada. 97

Baja aptitud a la propagacin'

Despus de haberse introducido amp1iamenteel ANFO, llega una nueva poca, con

I

introduccin de un nuevo t!po de explosivos. Son los conocidos por el nombre de .slurrie o .papillas explosivas" que, constituidos bsicamente por un oxidante, el agua y un se! sibilizador, representan un perfeccionamiento del ANFO, ya que manteniendo todas l ventajas, han eliminado prcticamente todos sus inconvenientes. Los primeros ensayos fueron realizados en los Estados Unidos hacia 1943, pero no fi hasta 1957 cuando se inici su uso.

En 1971, se comercializaron los primeros hidrogeles encartuchados en pequeos dim tros, sensibles al detonador y con calibres crticos inferiores a una pulgada.Los desarrollos ms recientes en el campo de nuevos explosivos han trado la aparici, de las emulsiones explosivas, que por sus excelentes cualidades estn llamadas a ter un amplio empleo en el futuro. As mismo, sus posibilidades de mezcla en distintas p porciones con nagolita para obtener el Emunex o "Heavy Anfo", le da una gran flexit dad de utilizacin, que le permiten adaptar sus caractersticas, a cada caso concre Las Emulsiones son mezclas de dos fases, una oxidante y otra reductora, que norrr mente no se disuelven una en otra, pero que se mantienen en suspensin mediante I queas cantidades de emulsionantes. En Espaa, se ha llevado a cabo un amplio programa de investigacin y desarrollo las tcnicas de fabricacin de Emulsiones, que han culminado con la puesta a puntQ nuevos productos, que se encuentran ya en nuestro mercado.

6.2. REACCIONESEXPLOSIV AS

Una explosin es una reaccin qumica exotrmica muy rpida, de manera que libera energa trmica en un tiempo muy reducido.

Segn la amplitud del intervalo de tiempo, en que se desarrolla la velocidad de rea~que ., a) Combustin. o gobierna el proceso, pueden distinguirse: la combustin, la deflagracin, " )

Caracterizada por una reaccin exotrmica lenta. b) Deflagracin. La reaccin es ms rpida, de manera que el calor se transmite por < ductividad en capas paralelas. ; c) Detonacin. 1] Es el proceso que por su gran velocidad de reaccin no solo es una reaccin qyf sino tambin fsica. c~

Debe indicarse la prioridad del concepto velocidad de reaccin sobre la cantidad de ,e ga liberada por kilogramo. As por ejemplo, un carbn pobre tiene mucha mseQ~ (3.000Kcal/kg) qe una Goma 2-EC (1.280 Kcal/kg). j! c/c" Ahora bien, mientras que la reaccin de combustin en el carbn es lentsima (d~l;t! de mm/minuto), la velocidad de detonacin en la Goma-2 es del orden de 1081q~;;~ c"'i'c'", mayor (5.200 m/seg). ,,',~fjj }';ft Por lo tanto, el verdadero concepto a tener en cuenta es el de potencia o energ/~1 "c"rada en la unidad de tiempo. : ;:~ " "' cc"1:

La rapidez del proceso de detonacin implica que no hay tiempo para la trans~ISj.~ calor al medio (proceso adiabtico) por lo que toda la energa del medio se gas\a~~

98

lentar los productos de la reaccin, generalmente gases., que adquieren una temperaturaypresin muy elevadas (104atms). Otro efecto de la alta velocidad de detonacin con que pueden desarrollarse los procesos qumicos es que en un tiempo muy pequeo, la presin en el barreno pasa de ser 1 atm a 103 atm. Por tanto, una reaccin de detonacin no ha de ser considerada solamente como un proceso qumico, sino tambin como un proceso fsico.

6.3. SUSTANCIASINTRINSECAMENTE EXPLOSIVAS

Son aquellas que son explosivas por s mismas, sin necesidad de mezclarlas o combinarlas c~n otras. Su detona~ilidad vien;.dada por su propia estructura molecu!a~,. que les confIere un alto contenido energetlco y, en general, una elevada sensibilidad. Hay una serie de grupos qumicos que suelen formar parte de estas sustancias y que son, las que les confieren sus propiedades explosivas. Son los denominados Grupos Explosivos. Segn su distinto grado de sensibilidad a la iniciacin se clasifican en dos grupos: a) .Iniciadores o primarios b) Secundarios

6.3.1. Explosivos ijniciadores -'~f:1~~~~:;:f '4;~'\~i~':~~!~~l.

Son sustancias de gran sensibilidad al choque, al calor y a la friccin. Precisamente por ello se emplean para iniciar (cebar) otras cargas explosivas y de ah su denominacin de iniciadores o primarios. Normalmente, pequeas cantidades de .un explosivo iniciador son suficientes para provacar la detonacin de grandes cantidades de un explosIvo.'"

c,~~,.-'

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~\I'~:s,;' ~f~~i!f;'

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Como la fabricacin y manipulacin de estos explosivos iniciadores es de un riesgo muy superior al de los secundarios, se emplean solamente en cantidades precisas para lograr su cometido de servir de cebo a la carga principal. Entre los explosivos iniciadores conocidos, los ms ampliamente usados en la industria

.tJ~jii~~'. ,::'~;~tt{;' "'~:.".'

son: el fulminato mercurio, nitruroy el trinitrorresorcinato plomo. de el de

,,6.3.2. Explosivos;,secundarios

Son sustancias que tienen un grado de sensibilidad menor que los explosivos iniciadores. Se emplean normalmente solos o mezclados con otros productos, como carga base, y generalmente se ceban con un iniciador, por ello s_ellaman secundarios. Aunque son muchos los explosivos secundarios conocidos, los ms relevantes son los siguientes: la nitroglicerina, el nitroglicol, la trilita, la pentrita, el hexgeno, etc.

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,

.

6;4.

Los productos y los parmetros termoqumicos ms importante$ se exponen a con-

CARACTERISTICAS yPROPIEDADES DE LOS EXPLOSIVOSc

tinuacin.

~~1.1...~rodu~to~ de CClon eXpOSIVa

L?S elementos que general~ente entran a formar parte de la composicin. de un expl~son: N, C, O.. H y tambin es frecuente encontrar otros elementos como: CI, S, SI, Al, Ba, Fe, Mg, Pb., ... aunque en menor proporcin.SIVO

99

De cualquier..formaun explosivQ siempre se puede expresar en la forma: Cm Hn Op Nq don~em, n; p yqson valores aproximados. Por ejemplo, una frmula deunexplosi pod(La$er:C764 H15.4 01053N478

Lo$ producto$ finales de la explo$in $on en su mayor parte gase$ y una pequea fr cin de residuos slidos, generalmente formados por xidos metlicos y partcul carbonosas. Los gases que se originan estn compuestos por: CO2, CO, 02,N2, NO2 y H20 de I cuales ef CO, NO Y NO2 son muy txicos J aunque se producen en pequea proporci; frente a los dems (menos def2%). La medida exacta de la composicin de los gases producidos en una explosin, sot iodo la de los gases txicos, debe realizarse experimentalmente por medio de aparat apropiados.

6.4.2. Balance

de oxgeno

Al ser la reaccin explosiva, generalmente, una reaccin de.! tipo redox (oxidacin-redL cn) es de gran importancia que la composicin de explosivo est equilibrada, es dec que no exista exceso o defecto de oxgeno, ya que, en el caso de existir: - Exceso de O2: se producir una formacin excesiva de xidos de ntrgeno veneno y O2 libre.

J

Por el contrario para un defecto de O2 se formara un contenido de CO igualmer txico.

t

6.4.3. Calor desarrolladoen la ,explosin

Como ya se ha indicado, la reaccin deexp)osin es exotrmica y la energa liberada consume en calentar los gases producidos en la misma. Un aumento de la energa especfica de un explosivo trae consigo una mejora gene de las caractersticas del explosivo. En los explosivos industriales se aumenta este ~ rmetro aadiendo componentes que desarrollan mucha energa al oxidarse o dE componerse.

6.4.4. Temperaturaexplosin

de la

Es la temperatura que alcanzan los gases de la explosin en el volumen Inicial I ~xplosivo.En la prctica no existe una descomposicin directa del explosivo en los gases final conocidos sino que existen unos compuestos intermedios que desaparecen una vez q disminuye la presin y la temperatura para dar los gases finales. Adems siempre ex ten prdidas de calor por radiacin y al no existir el confinamiento ideal del explosi que se presupone.

La temperatura de la explosin es lJn parmetro crtico en los llamados explosivosseguridad.

I

I . En efecto, cuando la atmsfera donde se va a emplear el explosivo es inflamable, es r cesario que los gases de la explosin nnca alcancen una temperatura crtica que pod inflamar la atmsfera circundante. Por ello, en el empleo de los explosivos de segurid. en atmsferasinf!amab\es o explosivas hay que cuidar que la temperatura de la exp sin nunca supere un determinado umbral.

6.4.5. Presin de detonacin100

La presin de detonacinpuede estimarsede forma simplificadapor la expresiP = k .tVj

r

donde:~=

Densidad de explosivo

Vd = Velocidad de detonacin del explosivo

Asf, las frmulas ms conocidas bajo las formas anteriormente citadas son:10-4 Pb=~V~1-;q:o1~

Pb

=

La presin de detonacin en PSI

f.L= Densidad en Jbs/ff Vd = Velocidad de detonacln en ft/s~g

Por lo tanto, si queremos calcular la presin terica de un explosivo industria! utilizaremos la expresin anterior.

r 6 Presin en el l 6.4.6. i

bbarreno

La ecuacin anterior no proporciona la presin ge detonacin que ocasionan los gases al estar comprimidos en el volumen de exp10sivo.Si entre los cartuchos de explosivo y la pared del barreno existe un cierto espacio, lo cual es muy corriente, entonces la presin decaer del valor Pd (presin de detonacin) hasta un valor Pb (presin en el barreno). La ecuacin que liga ambas presiones es del tipo:

Pb=-IP b d(-if-)siendo: Ve = Volumen del explosivo Vb = Volumen del barreno

Por lo tanto la presin en el barreno valdra, en el caso de que el explosivo llene completamente el barreno:Pb=2P d Si el explosivo no llena totalmente el barreno

1

pb=}p

d(~)2

I

Siendo: e= Dimetro del explosivo b= Dimetro del barreno

! i i t i,; ,

La presin en el barreno va a transmitir unas tensiones a la roca de los alrededores, induciendo una domprensin radial con desarrollo de componentes de traccin segn los planos tangenciales al frente de onda que se produce.

66.4.7. Densidad del explosivoe

No debe confundirse la densfdadreal de un explosivo y la densidad de carga que se produce en una voladura.

c , , ~ i . t i\ f

La densidad real se determina mediante la relacin entre la masa del cartucho de explosivo sin la envoltura, y el volumen del mismo. 101

Si seJlena un barreno con explosfvO., ste puede quedar ms o menos compactado de manera que se consiga una hueva densidad, llamada densidad de carga. Esta, puede ser mayor que la densidad rearsi ra carga se hace automtica a gran presin, pero por lo general, con la carga manual se produce una prdida de densidad.

Existe una densidad de carga que conlleva la mxima potencia y la mxima velocidad de detonacin, por lo que densidades mayores o menores a sta, suponen desaprove""f,arcualidades del explosivo,

6.4.8. Velocidad de detonacin

Es la velocidad con que la onda explosiva se propaga a travs del explosivo. Los explosivos industriales tienen velocidades de detonacin comprendidas entre 2.000 y 8.000 mis, emplendose de mayor o menor velocidad segn el tipo de roca a volar. De ah la importancia de la eleccin del explosivo, para obtener los resultados que se pretenden.

6.4.9. Potencia del explosivo. Poder rompedor

La potencia de un explosivo es el cociente ~ntre ..laenerga liberada y el tiempo que tarda en cederla. En cuanto al poder rompedor, es una caracterstica del explosivo que nos indica la capacidad de quebrantar la roca debida a la onda de detonacin y no al conjunto de la onda de detonacin ms la presin de los gases, que es medida por la potencia. El poder rompedor es un parmetro muy importante para los explosivos de uso no confinado cuyos gases no pueden ejercer grandes presiones. Tal es el caso de 1as cargas huecas, las cargas para taqueo y parte de los explosivos militares. Existen varias metodologas para medir la potencia de un explosivo, as es tendencia generalizada en todos los pases poseedores de la tecnologa de las emulsiones, la referencia del concepto de potencia a unos nuevos parmetros conocidos como:

-

ABSOLUTE WEIGHT STRENGHT (AWS):

Este valor de la "energa absoluta por peso", nos determina la energacalorfica, calcula" da tericamente a travs de los calores espeqficos deformacin de las numerosas reac" ciones, que tienen lugar en la detonacin de una emulsin explosiva, por unidad de peso. El AWS tiene por unidades caljg. - ABSOLUTE BULK STRENGHT (ABS) Nos da la "energa absoluta por volumen". Se calcula en base a multiplicar el AWS por I~ densidad del producto. Sus unidades son: cal/cm3. Dada la gran importancia, que tiene la densidad en el comportamiento de un explsivo, el valor del ABS es ms ilustrativq que el de la energa por unidad de peso. - ENERGY FACTOR (EF):\

"El factor de energa" nos da indica el nmero de caloras necesarias para volar un metrq cbico de la roca. Se evala multiplicando el AWS por el consumo especfico. Sus un,,;

dades son caljm3.

"

-

.

"

RELATIVEWE)GHTSTRENGHT(RWS):~

Es la energa relativa por unidad de peso, referidaalANFORWS= AWS(Emul$in) AWS(Anfq) x100

102

RELATIVEBULK STRENGHT(RBS): Nos da la energa por unidad de volumen en relacin a la del ANFO.RBS ABS(Emulsin). ABS(Anfo). x1 00

trn (ANFO).

Estos valores no tienen unidades, ya que se trata de valores relativos referidos a un pa'

6.4.10. Estabilidad qumica

La conservacin de los explosivos industriales, teniendo en cuenta la calidad tanto del envasado como del embalaje, no presenta especiales problemas, siempre y cuando, se cumplan unas condiciones mnimas de almacenamiento. No obstante, la vida de un explosivo industrial es limitada y por tanto, es preciso utilizar los explosivos antes de que envejezcan. Como orientacin podemos indicar que en condiciones normales de almacenamiento las gelatinas explosivas se mantienen en buen estado por perodos no inferiores al ao. Los explosivos pulverulentos muy amoniacales tienen una vida comprendida entre ocho y doce meses. Con los explosivos de seguridad antigris, debe procurarse que no excedan en su almacenamiento un determinado nmero de meses, establecidos por las normativas oficiales.

6.4.11.Aptitud a lapropagacin de la detonacin

Esta caracterstica se refiere a la determinacin de la mxima distancia en que un cartucho cebo, hace detonar a otro cartucho receptor, colocados en lnea segn su eje axial. Este parmetro aumenta considerablemente cuando se desarrolla dentro del barreno, pero los resultados obtenidos tanto al aire, como sobre una placa de hierro, nos servirn para comprobar en el laboratorio, el grado de sensibilidad del explosivo antes de su utilizacin. Son varios los factores que pueden modificar su resultado: el envejecimiento del explosivo, el calibre de los cartuchos (masa explosiva) y el mtodo utilizado para la prueba. Con el envejecimiento decrece rpidamente la propagacin; en los explosivos pulverulentos la simple aglomeracin de la pasta, es motivo para una prdida de P!opagacin que es fcilmente corregible por I~ si~ple presin del cartucho entre las manos.

6.4.12. Sensibilidad

La sensibilidad de un explosivo, se puede definir como el mayor o menor grado de energa que necesita que se le comunique para que se produzca su explosin. Dentro de la sensibilidad de un explosivo, se pueden definir diferentes tipos, algunos de los cuales son deseables dentro del producto (cualidades positivas), y otros no lo son (cuali.dadesnegativas). Estos tipos de sensibilidad son: Sensibilidad al detonador. Sensibilidad a la onda explosiva. Sensibilidad ~I choque. Sensibilidad al rozamiento.

As, dentro de estos cuatro tipos de sensibilidad, puede decirse que las dos primeras son cualidades positivas, y las dos ltimas, cualidades negativas del explosivo.Respecto a la primera, todos los explosivos industriales precisan para su iniciacin; como norma general, de la detonacin de un explosivo de superior potencia. Este explosivo ir colocado en un detonador, en un cordn detonante o en un multiplicador, segn el procedimiento que se siga para la iniciacin del mismo. 103

Un explosivo puede ser sensible al detonador, o puede no serio, con 10 que su iniciacir precisar de un multiplicador (pastilla de explosivo de alta potencia que s es sensiblE al detonador). ..

La mayora de los explosivos industriales que se fabrican actualmente son sensibles ~ detonador. No obstante existen algunos productos, de aplicacin en trabajos a cielo abier to que no pueden ser iniciados con detonadores, y que precisan por tanto del uso de Ui multiplicador, o de un cordn detonante.

La sensibilidad a la onda explosiva tambin conocida por la aptitud de la propagaci de la detonacin, ha sido comentada en el apartado anterior.Los diferentes tipos de explosivos industriales, pueden ser o no sensibles al choque, I cual no quiere decir otra cosa que en algunos explosivos se puede producir su iniciaci por un fuerte impacto, en otros por el contrario o se les coloca otro explosivo (detonado cordn detonante, etc) o no explosionan. Al igual que con la sensibilidad al rozamiento, y otros que no loal choque, existen algunos explosivos que son sensiblE son. .

Por seguridad, es importante conocer el grado de sensibilidad que los distintos explo~ vos pueden tener, especialmente durante su transporte y manipulacin.

6.4.13. Gases de explosin. Toxicidad

'j~ ~ !J "

;ij tj

!j

Se designa con la pa:! bra "humos" al c,onjun de los productos -res tantes de 1a explosi entre los que se encuE tran gases, vapor; agua y productos slid finamente divididos.

Si los humos contien .vapores nitrosos, sup '"

gases nOCIVOS, co~g. xido de carbond"'~1 "

sencia en las I~bo! subterrneas con vent cin deficiente pueQ ocasionar molestias 6 ,Foto 6.1.- Medidor de concentracionesladura mediante tubos colorimtricos de gases de vo(Cortesa de toxicaciones graye

U. E.). E.las persqnas que se encuentran en ellas. (foto 6.1) En los trabajos subterrneos, laf~ posicin del explo~ivo debe tener una proporcin suficiente de oxgeno, capaz dec~ gurar una combustin completa, a fin de evitar la formacin de C.O. No obstante", up~Jlance . de oxgeno excesivamente positivo tiende a formar ., vapores nitrosos, tamg

peligrosos

;~ ;c,

6.4.14. Resistencia al agua

Cabe diferenciar tres conceptos:- Resistencia al contacto con el agua.

- Resistencia a la humedad.

"

Resistencia al agua bajo presin de ja misma.

Entenderemos por resistencia al agua o resistencia al contacto con el..agua, aquella caracterstica por la cual un explosivo, sin necesidad de envuelta especial, mantiene sus propiedades de uso inalterables durante cierto tiempo. (Foto 6.2).Un ejemplo sera el de un barreno correspondiente a una voladura de desmonte que se encuentre totalmente lleno de agua. En este caso podemos usar gomas normales o bien Riogeles o Emulsiones. No podemos utilizar nagolita ni explosivos pulverulentos tales como la amonita o la sabulita por ejemplo, pues sus sales se disolveran en el agua y an provistas de una envuelta impermeable flotaran en el barreno.

Foto 6.2.-Ejemplo de la resistencia al agua de riogel2 (Cortesa de U.E.E.)

Estos ltimos exp!osivos. se irn deteriorando con el tiempo. El agua ir disolviendo los nitratos que los componen hasta hacerse insensibles. La resistencia al agua es tanto mayor, y el deterioro tanto menor, cuanto mayor es el contenido en nitroglicerina de un explosivo. Al hablar de resistencia a la humedad hablamos de otra propiedad. El caso de un explosivo que va a contenerse en un barreno hmedo, pero no con agua.

En esta situacin, aparte de los explosivos antes mencionados, pueden utilizarse los de tipopulverulentos encartuchados en plstico o pulverulentos impermeabilizadoscon envuelta de papel, los cuales en su composicin cuentan con un agente que rodea a las partculas de explosivo, impermeabilizndolasun cierto grado.Entenderemos por resistencia a la presin de agua a la capacidad del explosivo para soportar la accin de elevadas columnas de agua manteniendo su sensibilidad y caractersticas explosivas. Los explosivos de este tipo contienen aditivos de metales pesados, como la Goma 1-E-AGV o GV Submarina, y otros tipos especiales de emulsiones y riogeles, con formulaciones adecuadas, que soportan hasta 100 m de columna de agua.

1,

6.4.15. Resistencia pajas temperaturas

a

Los problemas ms graves por riesgo de accidentes, que presentaban las antiguas dinamitas, eran los de exudacin y congelacin.

La primitiva dinamita estaba constituda por tierra de diatomeas empap~da por nitroglicerina. En la actualidad la exudacin queda eliminada al utilizarse en la mezcla explosiva,la nitroglicerina gelatinizada con la nitrocelulosa. 105 ~

En general todos los explosivos'sufren una cierta insensibilidad a bajas temperatura~ por lo que en estas situaciones extremas, se recomienda la consulta con el fabricante

6.4.16. Caractersticas antigris

El arranque en tneles o galeras de obras pblicas que atraviesan capas carbonferas en la minera subterrnea de! carbn pueden darse ambientes en los que existan gris y/o polvo de carbn. (Foto 6.3).

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Dada la peligrosidad de estos ambientes, la tcnica de explosivos se ha visto oblig1 a fabricar tipos especiales que puedan ser usados en estas labores, sobre la base que en su detonacin se obtenga una temperatura de llama que no provoque~ inflamacin. ,; InnamaGlon.;ci C!_, !C; ;ff~;

Son explosivos de base la nitroglicerina, bien de tipo g,elatinoso o pulveru(~J Son explosivos de base pulverlJ,~J";::! SU concepcin se basa en un contenido en nitroglicerina ms bajo que en los expl~~ industriales restantes, y en la presencia de sales inhibidoras finamente molidas;~J c,

son incorporadas a la propia masa de! explosivo, para que acten absorbiendo~t~ necesario para su vaporizacin y as rebajar la temperatura de la llama producida~detonacin. ;g%~J

Den~rode este grupo destacan los explosivos de intercambio inico, en los que~ inhibidora se forma a medida que se produce la detonacin del explosivo. Esta sal estado naciente tiene una capacidad de inhibicin muy superior a las sales aar

~~

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6.5. EXPLOSIVOSINDUSTRIALES6.5.1. Clasificacin de los explosivos industriales

Son un tanto numerosas las clasificaciones que podr(amos hacer para estos explosivos, En primer lugar podra diferenciarse entre una clasificacin "oficial" y una clasificacin "tcnica", Hemos de citar la clasificacin oficial no por su inters tcnico, sino porque su existencia es un hecho derivado de la obligatoriedad de homologacin y catalogacin, previa a su comercializacin, de cualquier nuevo tipo de explosivo, En cuanto a las clasificaciones tcnicas, podramos efectuar un sinnmero de ellas, atendiendo a cualquiera de sus caractersticas, por ejemplo, humos, velocidad de detonacin, etc,

A efectos prcticos y de sencillez es mejor buscar una primera clasificacin por utilizaciones creando tres grandes familias:a) Explosivos para uso general

Comprende los explosivos de aplicaciones en minera y las obras pblicas de exterior en todas sus vertientes as como, las de interior, a excepcin de la minera del carbn. Explotaciones de canteras. desmontes, demoliciones, zanjeos, etc.

b) Explosivos de seguridad Comprende los explosivos para uso en minerade interior de carbn y/o trabajos de obras pblicas de interior, en zonas con presencia de niveles carbonosos. c) Explosivos para usos especiales Donde se agrupan las sustancias intrnsecamenteexplosivas d.estinadasa su empleo en accesorios de voladuras (cordn detonante, rels, detonadores, multiplicadores, etc), para uso-en trabajos como corte de soldadura y conformado de metales o empleo como cargas didricas y/o huecas.En general, el lector encontrar en algunos tratados estos explosivos bajo la denominacin de "explosivos militares". Ello es debido, a que por sus caractersticas, un gran porcentaje de estos explosivos es destinado a este uso.

bilizados

Estos explosivos llevan en su constitucin, como agente desencadenante de la reaccin explosiva, la nitroglicerina (NG) esta sustancia le da al explosivo una consistencia gelatinosa..por lo que estos productos tambin reciben el nombre de gelatinosos. (Foto 6.4).

Foto 6.4.- Empleo de Goma 2-EC en pequeo para voladuras en tnel. (Cortesa de U.E.E).

calibre

107

Esta consistencia del explosivo, le' confiere en general una excelen te resistencia al agua, a la vez que una elevada densidad.Debido a esta caracterstica, y unido a su potencia y velocidad, son adecuados para la vo.radura de rocas de dureza media-alta, as como para carga de fondo de los barrenos adems de ser muy empleados para la ejecucin de voladuras submarinas. El cuadro resumen de caractersticas de todas las gomas fabricadas porU.E.E. es el qUE se indjca a continuacin (cuadro 6.1.).

Aplicaciones

Voladura de rocasduras y se;;miduras. Carga de los barrenos en voladuras a cielo abierto

Voladura suave, cueles con dbil concentracin de carg~c precortes y recortes.

Nombre comerc

Potenc.relato

Densid.encart. g/cm3 0,95

Velocid.detonac. m/seg 3.000

Energaespecif Kgm/Kg 87.500

Resistencia al agua BUENA

Aplicaciones:X c:, Voladura de c;;";::~ rocas semidur:~1 :;;;r~j;"1

Amonita 2-1

70

imperm Ligamita 77.

y blandas1.10 3.300 84.600 MALA

Voladura de;f(f4 rocas sem~t~ y blandas:1j~';'y1 :;~',1 c",~\i

, Cuadro 6.2.Caractensticas de los explosivos pulverulentos, fabricados por U.E.E.

,cf~i:~~~

"',m

Adems de las aplicaciones anteriormente citadas, debemos tener en cuenta que:e*:

explosivos son adecuados para la ejecucin de voladuras en lugares con gran cantrg de agua, para la realizacin de voladuras de contorno, as como, aplicaciones tant9; trabajos a cielo abierto, como en labores subterrneas. 108

Los explosivos pulverulentos son productos que llevan en su constitucin un compuesto desencadenante de la reaccin explosiva que, al igual que las gomas, suele ser la nitroglicerina, no obstante algunos productos, llevan adems de la nitroglicerina la trilita, tal es el caso de la Ilgamita. Su consistencia, como su propio nombre indica, es pulverulenta. es por eso que, si no se le aade al explosivo un producto impermeabilizante, su resistencia al agua es mala. El conjunto de caractersticas de los explosivos pulverulentos fabricados por U.E.E., se indica en el cuadro 6.2. En el puede verse que estos tienen menor potencia, densidad y velocidad de detonacin que los explosivos tipo Goma, por 10 que son explosivos adecuados para la voladura de rocas semiduras o duras, y en general, su uso est restringidoa barrenos en los cuales no hay presencia de aguas. Este tipo de explosivos son ms insensibles que los gelatinosos al choque y al rozamiento, dado que poseen una menor proporcin de nitroglicerina que stos. En cuanto a sus aplicaciones, la amonita y la ligamita, son explosivos adecuados para la ejecucin de vpladuras subterrneas. (Fotos 6.5. y 6.6)

kJ

Foto 6.5.- Empleo de amonita 21 para voladuras en tnel (Cortesa de U.E.E.)

Foto 6.6.- Empleode ligamita 1 para voladurasen tnel (Cortesade U.E.E.)

fDebido a su consistencia pulverulenta, no tienenresistencia al agl!Ja, por lo

t&

que su aplicacin en barrenos que contengan este elemento est totalmente desaconsejada. Esta consistencia pulverulenta hace que el explosivo presente una imFoto 6.7.- Nagolitaencartuchada en mediano calibre (Cortesa de U.E.E)

1:1

109

portante ventaja, yes lade que re'sulta muy fcil la carga mecanizada del mismo. Se comercializa este producto.. adems de encartuchado, en sacos a granel. (Foto6.7y 6.8). Dado que este explosivo es de caractersticas pobres y solamente sirve para la voladura de rocas blandas, a partir de la nagoJita se han desarrollado otros explosivos, como el alnafo y la naurita, adecuados para la voladura de rocas semiduras y para la carga de barrenos con temperaturas elevadas en su interior.

Su aplicacin ms fre. cuente es como carga de columna en las voladuras a cielo abierto. En labo. res subterrneas, su usc est desaconsejado de bido a la alta proporcir de gases txicos quE producen. El cuadro resumen de ca ractersticas es el que in diGamos a continuacir

(cuadro 6.3.).

Foto 6.8.- Camin cargador de nagolita a granel en barrenos de gran calibre (Cortesa de U.E.E)

a cielo abierto

110

6.5.5. 6.5.5. Hidrogeles (Riogeles) (RiogE

Son compuestos que no llevan en su constitucin ningn producto que sea de por sr explosivo. Unicamente, reaccionan de forma explosiva en el momento en que se .inician con el detonador, cordn detonante o cualquier multiplicador.

Todoel conjuntodeJ explosivo va disuelto en una masa acuosa, la cual le confiere al producto las caractersticas que posee.Su aplicacin ms clara, es la sustitucin de las clsicas gomas en la carga de fondo de los barrenos, as como la ejecucin de voladuras subterrneas. Con este tipo de explosivos, es posible realizar la carga mecanizada de los barrenos desde un camin cargador. Para su correcta iniciacin es suficiente el uso de un detonador, con la nica excepcin del Riogel O que precisa el empleo de un multiplicador.

El cuadro6.4. resumen de caractersticas es el que damos a continuacin Fotos 6.9. y 6.10.

6.S.6.EI nulsiones

constituyen

un paso ms en el avance de Ibsslurries o

;~~~f~;a~;~-

Al igual que stos, estn formadas por productos que intrnsecamente no son sustancias explosivas, pero que mezclados adecuadamente y correctamente iniciados reaccionan como explosivos de altas caractersticas. 111

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Foto 6.9.- Riogel 2 en pequeo calibre para voladuras en tnel (Cortesa de U.E.E).

Foto 6.10.- Riogel2 en mediano calibre para voladuras a cielo abierto. (Cortesa

deU.E.E)

Poseen todas las buenas propiedades de los hidrogeles y optimizan dos de ellas: la r sistencia al agua y la velocidad de detonacin. Diversas son las formulaciones que se pueden fabricar de esta familia, desde las enCi tuchadas en pequeo calibre y sensibles al detonador ctuple, hasta aquellas quep! cisan un potente multiplicador para su iniciacin y que pueden ser bombeadas desdec miones cargadores de barrenos en gran calibre. (Foto 6.11).

Foto 6.11.- Carga de barreno en gran calibre con Riomex V.C. (Cortesla de U.E.E).

~

El cuadro resumen de caractersticas se expone a continuacin (cuadro 6.5.).

. Emunex

Esta familia de explosivos, que podemos considerar como la ms moderna, se fabrica en base a mezclar, en diferentes proporciones, emulsin matriz con Nagolita.

113

tc., j ;

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Dependiendo las propagaciones de mezcla de estos componentes, las caracterstidecas se acercan a las de las emulsiones o a las de la nagolita, pudiendo fabricarse formulaciones bombeables ode$c~rgables por gravedad. El cuadro 6..6.resume las caractersticas.

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nit.....,

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11!

6.5.8. Plvoras de minai "

Las plvoras de mina no son productos prop!amente explosivos, ya que en su aplicacin deflagr~n en lugar de detonar. Su accin en el movimiento de rocas no es rompedora, sino de empuje.

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No precisan la accin del detonador para su iniciacin, siendo suficiente el empleo de lar,'fCf;

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Un inconveniente de las plvoras de mina es su mala resistencia al agua Los humos producido~ en la combustin de ,.lEplvora de mina son txi cos, por lo que debe prestarse particular aten cin a la ventilacin, en caso de su empleo er trabajos subterrneos. Las plvoras de minacsl suministran en forma gr$ nulada, y los granos es , . "" tan recublertos por un capa de grafito, lo cu~ les proporciona una flyi dez adecuada para';",carga en los barren~~

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6.12.-Plvora

(Foto 6.12)..de mina (Cortesa de U.E.E)

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6.5.9. Explosivos deseguridad

En los puntos anteriores, hemos descrito los diferentes tipos de explosivos de aplicacig general en trabajos de minera y de obra pblica; no obstante esto, existe un tipo deap.l cacin en la cual no pueden utilizarse los explosivos ya citados. Y es cuando existenJ~

msferas potencialmente explosivas: presencia de gris y/o polvo de carbn. En esfgcasos no se puede recurrir al uso de los explosivos convencionales, teniendo que serQ.I ".,. lizados los que llamamos explosivos de seguridad. (Foto 6.13). "1'",' " "

Estos explosivos llevan en su composicin una sustancia que atena los efectos de,) detonacin, permitiendo su empleo en las citadas labores sin riesgo de que se prog~J can detonaciones de la atmsfera potencialmente explosiva. !::i~La diferencia de unos productos a otros se da en el grado de seguridad que se ti~~con un explosivo, .lo cual implica que se pueda usar en unas u otras circunstanC!~ ;;, :"

Segn este grado de seguridad, estos explosivos son los siguientes:Explosivos de seguridad nmero 30 SR

:,~,,;;:J ";ij ;;

114

Foto 6.13.-Explosivosde seguridadpara voladurasen atmsferaspotencialmente explosivas.(Cortesade U. E. E).

Explosivos de seguridad nmero 20 SR Explosivos de seguridad nmero 12

Explosivos de seguridad nmero 9 todos estos productos, que llevan en su composicin nitroglicerina, tienen unas condiciones de aplicacin determinadas, y que vienen fijadas por la propia ley. Las caractersticas de estos productos son las que se encuentran reflejadas en el cuadro 6.7.

~

De este cuadro 6.7. tambin puede verse que nicamente el explosivo nmero 9 es adEcuado para el trabajo en barrenos con agua, siendo los restantes de mala resistencia este medio.

,

6.5.10. Explosivos especiales para demoliciones y taqueo

El CCR es un producto especialmente diseado para fisurar hormigones y rocas, en Ic casos en los que se den sjtuaciones muy especiales, en que por imperativos ambient; les o de seguridad se deban establecer unas limitaciones y condiciones de trabajoml estrictas, que desaconsejan la utilizacin de los explosivos convencionales u otros m dios mecnicos pesados.. (Foto 6.14}. No est concebido como sustituto de los explosivos convencionales en trabajos norm les, sino slamente en los citados casos especiales. Se caracteriza por su baja velocidad de reaccin (60 mis) escaso volumen de gases (!

m3/g) y elevado calor de reaccin (1.1 Kcal/g), lo que hace que acte sobre la roca

(

distinta forma a como lo hacen los explosivos tradicionales, sin producir fenmenos "a versos: vibraciones, onda area o proyecciones.

~

6.6.CRITERIOSSELECCION DE EXPLOSIVOS

DE

~~

De un modo general, puede indicarse que las rocas duras y co!"npactas, necesitan para su voladura el empleo de explQsivos de alta potencia y velocidad de detonacin, mientras que por el cQntrario,Jas rocas blandas, muy fisuradas o porosas, precisan de explosivos de baja densidad y velocidad de detonacin, donde los gases que se generen desplacen a la roca.

b) Dimetro y profundidad

de los barrenos

Deben observarse algunas limitaciones de algunos explosivos con determinados dimetros, al no poderse iniciar adecuadamente con el detonador. Este puede ser el caso, de los explosivos cuya velocidad de detonacin vara frecuentemente con el dimetro, como pasa con el Anfo; que utilizado en barrenos con dimetro menor a 40 mm, y a una cierta profundidad de los mismos, puede quedar parte de la carga sin detonar.

c) Humedad en los barrenos La presencia de agua en el interior de los barrenos, es un factor muy restrictivo en la se-

leccin de los tipos de explosivo que queremos utilizar.El caudal que fluye a los barrenos, a s como, la rapidez con que sto se produce, deben a su vez ser condicionantes de las variedades a utilizar. Los explosivos gelatinosos y las gomas, riogeles y emulsiones normales tienen muy buena resistencia al agua. Por el contrario, los explosivos pulverulentos con nitroglicerina tienen un mal comportamiento con este elemento.

d) Toxicidad de los gases de explosin La detonacin de cualquier tipo de explosivo va a dar lugar a la formacin de gases nocivos con ciertos porcentajes de gases nitrosos y xidos de carbono, dependiendo de la propia composicin del explosivo, y del balance de oxgeno. Estas circunstancias desaconsejan el empleo de determinados explosivos, en obras subterrneas, si no existe ventilacin o sta es insuficiente en la renovacin de! aire. Los explosivos que mejores ventajas presentan a este respecto son los hidrogeles y las emulsiones, cuyos gases de voladura son de muy baja toxicidad.e) Naturaleza de la atmsfera

En la ejecucin de excavaciones mediante voladuras, en obras, con atmsferas de elevado riesgo de explosin por la presencia de partculas de polvo o niveles grisuosos, deben utilizarse explosivos de seguridad. En los casos de duda, ser preciso llevar a cabo un estudio determinativo del riesgo.

f) Frag mentacin

Los tamaos granulomtricos a conseguir en el material volado condicionan la eleccin del explosivo, as, si se desean tamaos pequeos deber utilizarse un explosivo rompedor~ .

g) Condiciones

de seguridad

i ntrnseca

L~ seguridad intrnseca de los explosivos es un factor a tener en cuenta ala hora de su eleccin. Depende fundamentalmente de las circunstancias que rodean a las voladuras, 117

antes y despus de que stas se produzcan. (Sistemas de carga, maquinaria transitan do por el material troceado, ripado en zonas prximas, etc). En estos casos, estn especialmente indicados los hidrgeles y las emulsiones que go zan de un alto grado de insensibilidad a los golpes y rozamientosque puedan producirse h) Factor econmicoDebe tenderse a la seleccin del explosiyo buscando la economa del conjunto de la ope racin: perforacin, voladura, carga y transporte del escombro; de forma que el coste de conjunto sea mnimo para una obra determinada, y siempre dentro de unos resultado satisfactorios. El pretender ahorros excesivos en alguno de los factores que compone! la operacin suele acarrear el paralelo encarecimiento de los dems y el consiguiente al

mento del coste total.

BRIST 6000 AR Temperaturacorrespondiente al material a destruir llPO Permitido Prohibido Permitido perola formacin de grietas retrasa se Estacin Te mp e rat ur agua utilizad para prepararJ mezcla Tiempo caluroso tTiemdo empa lpo -3()0 C"";

" ;!jj' ~':'~-j J ~~'" ' :'I;;t c" f,

~7iJt " ":~t

t , f " "

BRISTAA-1OO +350 C

350-1500 C

150 , comomn. C

BRISTAA-150

+2QO C

2QO-100 100 comomn. C C,,

BRISTAR-200

+150C

150_50 C

50 C, como mino

Tiempofresco Tiempo fro

BRIST AA-':J:X1

+50 C

50 -50C

-50C. como mn.

Tratndose temperaturas de su~riores a 350C y dimetrosde barrenosde SOmm.

deber ponerse contacto la representacin BRIST en con de AA

.Tipo Temperatura de.

SUPER BRISTAR 2000

Dimetro

Longitud

material a fragmentar H M L 250C . 350C 150 - 3QO C C 50C - 150 C

barreno 42-46 mm 42-46 mm 42-46 mm

barreno

Max.2 m Max. m 2 Max.2 m

Cuadro 6.9. Variedadesde cementos expansivos fabricadospor U.E.E.

118

I

6.7. OTROS PRODUCTOSNO EXPLOSIVOS UTILIZADOS EN LA FRAGMENT ACION DE LAS ROCAS

,

En algunas ocasiones es necesario realizar operaciones de demolicin y troceo de materiales rocosos y de hormign, bajo condiciones ambientales absolutamente crticas que desaconsejen el empleo de explosivos convencionales, e incluso el de los explosivos especiales de bajo nivel de vibracin, Como el visto en el apartado 6.6.10. En estas situaciones extremas, es preciso recurrir a otros sistemas, entre los que destaca el que emplea como elemento de empuje y fracturacin el cemento expansivo. Los cementos expansivos son compuestos que al ser hidratados aumentan su hidratados aumentan su volumen, generando prevolumen, generando presiones del orden de los siones del orden de los 300 kgjcm2, incluso su300 kgjcm2, eeincluso superiores. periores.

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El empleo de estos proEl empleo de estos productos exige la realizacin ductos exige la realizacin de una perforacin, la cual de una perforacin, la cual debe disearse segn esdebe disearse segn esquemas diferentes, en funquemas diferentes, en funcin del tipo de trabajo cin del tipo de trabajo aa del material que Foto 6.15.- Preparacin de lalamezcla y yllenado del barreno con cemento ex- realizar y ydel material que Foto 6.15.- Preparacin de mezcla llenado del barreno con cemento ex- realizarpansivo tipo Bristar 6000 (Cortesa de U.E.E.) pansivo tipo Bristar 6000 (Cortesade U.E.E.) se quiere fragmentar, se quierefragmentar.

El factor principal que diferencia los diferentes tipos de cementos expansivos es su tiempo de actuacin, es decir el tiempo que tarda en desarrollar su mxima presin de expansin. Este tiempo vara desde pocos minutos hasta 24 horas o ms, Unin Espaola de Explosivos distribuye dos tipos de cementos expansivos, cuyos nombres Unin Espaola de Explosivos distribuye dos tipos de cementos expansivos, cuyos nombres son Bristar 6(XX) y ySuper Bristar 2000, caracterizndose este ltimo por su corto tiempo de acson Bristar 6000 Super Bristar 2000, caracterizndose este ltimo por su corto tiempo de actuacin. De estos productos, existen diferentes variedades en funcin de lala temperaturaamtuacin. De estos productos, existen diferentes variedades en funcin de temperatura ambiente del lugar de utilizacin, Estos tipos aparecen resumidos en elelcuadro 6.9; En general, biente del lugar de utilizacin. Estos tipos aparecen resumidos en cuadro 6.9; En general, los cementos expansivos ofrecen una serie de ventajas en comparacin con otros mtodos de los cementos expansivos ofrecen una serie de ventajas en comparacin con otros mtodos de excavacin o odemolicin, Deben destacarse: su sencillez de utilizacin y yfundamer)talmente, excavacin demolicin. Deben destacarse: su sencillez de utilizacin fundamertalmente, que no producen 'ni ruidos vibraciones, proyecciones de piedra. No obstante, por regla que no producen 'ni ruidos ninivibraciones, niniproyecciones de piedra. No obstante, por regla general, es necesario observar una serie de precauciones en lala cargade estos productos, ya general, es necesario observar una serie de precauciones en carga de estos productos, ya

Itr i1

que pueden producir quemaduras por emanaciones, bien, por contacto corporal directo. (Foto que pueden producir quemaduras por emanaciones, o o bien, por contactocorporal directo. (Foto6.15). 6.15)." 1I

CESORIOS

E) explosivo necesita ser activado, mediante un detonador elel cualpuede estar emplazado denE) explosivo necesita ser activado, mediante un detonador cual puede estar emplazado dentro de un cartucho tro de un cartuchocebo ,~n contacto c~~ elelresto de lala carga,o obien .mediante un cordn decebo en contacto con resto de carga, bien mediante un cordn detonante que va aatransmItir su detonaclon al resto de la carga explosiva. tonante que va transmitir su detonacin al resto de la carga explosiva.

LA INICIACION

PLOSIVOS

11.9 11,9

Los sistemas de iniciacin pueden 'agruparse en dos grandes grupos: - Sistemas elctricos y - Sistemas no elctricos Las caractersticas de los distintos sistemas y accesorios de iniciacin son descritos en los s guientes apartados.

6.8.1. Detonadores

elctricos

Un detonador elctric est constituido por ur cpsula metlica, de cob o aluminio, cerrada por l extremo, en cuyo interi lleva: un inflamador, un E plosivo iniciador o prima y un explosivo base o ~ cundario. (Foto 6.16).

El inflamador queda suje al casquillo mediante un pn, normalmente de ( ruro de polivinilo, fuer mente comprimido envaina. El cierre estanco,. consigue mediante un ' garce especial.

Cuandoel detonadorde tiempo (retardo o mi{ retardo), lleva incorpor un elemento retardadc rel de tipo pirotcn constituido por un cas110metlico en cuyo intE

se ha colocadouna p retardadora precisi deFoto 6.16.- Constitucin de los detonadores

(Cortesa de U.E.E). elctricos

El inflamador est formado por dos electrodos separados por una pieza de plstico, cuyo~ tremos estn unidos entre s por un filamento metlico calibrado (puente de incandescet el cual est embebido en una composicin inflamadora y protegido por un tapn de P.V,C tiesttico. Los terminales de los electrodos del lado opuesto al puente, quedan conectad los hilos de alimentacin del detonador, los cuales llevan un recubrimiento especial antiest~ la pndora o cerilla de inflamador, recibe a travs de los dos hilos conductores la energ~ cesaria para que al calentarse el puente de incandescencia, se produzca su inflamacin, provocando la explosin de carga primaria y a continuacin de la carga base, ~ do el detonador es intantneo. Si el detonador es de tiempo, la ignicin de la pndora del inflamador provoca el encendic la pasta del elemento retardador, que arde con una velocidad caracterstica para cada t)~ detonador. Al finalizar 1a combustin de la pasta retardadora, se inicia la carga explosiV maria y ste a su vez hace detonar a la carga base.

,las caractersticas de cada detonador dependern de sus elementos constituyentes; a~r tras que las caraytersticas elctricas vienen dadas por su inflamador, las caracterstlG 3m) conseguir este objetivo e la zona de! cuele y contracuele, normalmente es requerido un intervalo de tiempo q~ supere los 100 ms.Por lo tanto, si se quiere que la voladura trabaje correctamente, de acuerdo con el cr terio anterior, el tiempo de ..retardo entre barrenos consecutivos del cueJ~~debe super~ los 100 ms. En los diseos de estas secuencias se recurre, generatmentea la colocacin de dos t pos de detonadores: microrretardo y retardo, adoptando la numeraciri universa!para lo correspondientes al cuele y contracuele, y la numeracin romana para las zonas restar tes de la seccin. En secciones de tneles consideradas como medias y grandes.. no e

262

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Fig. 11.40.- Esquemade tiro.

posible el empleo de secuencias de encendido en tiempos mayores de 100 ms, si se re-

auiere sacar de una sola vez la voladura. debido al nmero de detonadores disponibles.En estos casos, es preciso crear otra secuencia. En la prctica, las voladuras han demostrado los siguientes resultados {Cuadro 11.5), en cuanto a desplazamiento cosneguldo del material, n de bolos y porcentaje de avance.

Cuadro 11.5.-Resultadosde voladuras (ITGE,1987)

11.2.4.Clculo de tiempos, estimac.in ciclo

El Glculode un ciclo de trabajo en la ejecucin de un tnel, y la estimacin de tiempos de un para la conclusin de la obra, puede realizarse apoyndonos en losgrfico$ de las figuras 11.37..11.38 y 11.39..afectandoa.ios valores obtenidos de unos ndices de dtsponi. bilidad y eficiencia a largo plazo.

Ejemplo:Clculode tiemposcorrespondientes 1aexcavacin a medianteperforacin y voladuras controladas un tneldel trasvase RoGrandeal embalse Compuerta. de del de263 ~

Seutilizunjumbo de perforaci(JndeAt1asCo~o.. sobre rales, del tipoRILDRILL-.h-42

yagon La evacuacin escombrose llev a cabo de ibrmacontinua; mediante del Hgglunds.,,.

1. .r.UNEL TRASVASE RIOGRANDE DE DELAL EMBALSE DE COMPUERTO Seccin excaba

c

t2.Jn2

AlturaAnchura Longitud total

3,6m3,6 m 3.000 m

2. PERfORACJON y VOLADURADimetro barrenos Dimetro cuele Nmero de barrenos Longitud barrenos Perforacin total Avance estimado VoIumeI arrancado Densidad perioracin Carga explosiva Densidad de carga 3. EQUIPO DE PERFORACION Jumbo RAILDRILL Perforador Varillaje Rock TooIs

;;:;;;~ mm 2 x 89 mm 43 barrenO*'

3,4mt~ m 3:1 m

37 m33.95mfm3 92 ka 2,S ka/m" H -423/32 2x COP 1032 EP R -32. H.32.

R.26

Penetracin estimadaRendimiento unitario perforadora 4. TIEMPO DE PERFORACION Perforacin total Compensacin barrenos vacos Longitud equivalente Unidad Pega Posic. Brazo Barreno Metro Total de una pega Nmero de perforadoras Tiempo de perforacin 5. TIEMPO DE CARGA EXPLOSIVO. Unidad Pega Barreno MetroDescuentO$

1,S m{min. 0,025 m/hr

1~m27,2 m 173 m Toempo 10 0,2 0,4 0,67 Nmero 1 43 43 173 Minutos 10 8.6 17,2 116 142 2 Unidades 61 mino

Tiempo10 0,5 0;5

Nmero1 41 41

Min~10 20,5 20.5

I

Totalde unapege Personal Tiempo cargaexplosiva de6. VENTILACION Caudal aire necesario Dimetro conducto Tiempo de ventilacin 7. CARGA y TRANSPORTE Modaiidad de carga Cargadora Modalidad de transporteTransportador

51 2 hombres 25 minom3{~ m :J) min AAGGLUNDS RAGGLOADER8 HA 2

-

SHUTTLETRAIN HRST 140 C"

-

Carga til N de transportadoreS Locomotora~

14 m3

90 Hp-1S ton

6 unidades

11.2.5. Clculo de Costes Existen actualmente numerosos programas de clculo de costes por ordenador,que rpermiten comparar d!stintas alternativas de ejecucin, o bien, estimar una solucin'(

terminada, modificando alguna de sus variables implicadas. 264

De un modo general, pueden distinguirse dos tipos de parmetros de entrada: a) Parmetros deperfaracin y voladura, y otros datos correspondientes al diseo del proyecto, en base a los cuales un determinado programa nos calcuJa la capacidad de un determinado equipo para hacer un tnel de una longitud especfica. Ej: ProgramaCARE (Atlas Copco). El clculo de costes, considera los siguientes factores: a.- Parmetros del proyecto y parmetros relativos al tiempo de trabajo. b.- Dimensiones del tnel y datos sobre los barrenos.

c.- Parmetrossobre explosivos y tiempos de carga. d.-Costes sobre explosivos.e.- Parmetros referentes a perforacin (datos sacados en funcin del equipo elegido). f.- Parmetros relativos a los tiempos empleados en ventilacin, carga, transporte y sostenimiento. g.- Datos relativos al varillaje. h.- Datos relativos a los costes (con excepcin del varillaje). b) Parmetros de coste, mediante los cuales el programa nos proporciona el coste total por metro perforado durante el tiempo de amortizacin prefijado, todo ello referido a la mxima capacidad de produccin de un equipo. Las variables de! coste que se utilizan son: el capital y las que intervienen en los costes de operacin como: la energa. recambios y mantenimiento, mano de obra de la perforacin, e) material de perforacin. etc.

11.2.6. Saneodelcontorno de la

El principal objetivo de estas actividades es eliminar el riesgo de Inseguridad que puedecontrolando de una forma eficaz la respuesta del terreno.

excavacin darse,

y su sostenimiento

Las potenciales Inestabllldades de la roca y el consiguiente riesgo de desprendimientos, sigue siendo uno de los mayores problemas que se plantean en 1a actualidad, dentro y fuera del entorno de este tipo de obras. Probablemente, la forma mejor y ms eficaz de lograr un bueh sostenimiento de la roca, es utilizar las tcnicas de voladura de contorno, a efectos de daar lo menos posible la estructura remanente. Dentro de este apartado, se describen de una forma breve, algunos aspectos de actuacin que conciernen a la seguridad de la excavacin en tneles y galeras, remitiendo no obstante aflector, a la bibliografa temtica de ello.

..

.

..

11.2.6.1. Saneo de la roca

El saneo de la roca suelta, ha de hacerse con sumo cuidado, antes de reforzar la roca circundante. Un trabajo de saneo eficaz nosl.9 mejorar el nivel de seguridad de las personas, sino que tambin reducir la cantidad necesaria debulones u otras medidas de sostenimiento. 265

Tradiconalmente.. saneo se'efecta de una forma manual, permaneciendo de pie el breJos escombros, en una cesta o en una plataforma elevada. El saneomanualesL de los trabajos de mayor riesgo y su calidad depende en gran medida de ladestrez; del cuidado de la persona que lo realiza. (F!g. 11.41)..

o) Manual.

b} Manual desde plataforma

~

Fig. 11.41.-Saneode la roca.

En .la ltima dcada, se han producido grandes avances en el desarrollo de los equi~ de saneo mecanizado, tendentes a disminuir este riesgo y a ganar en eficacia. Entre ventajas que ofrecen estos equipos pueden citarse: - Mejora de las condiciones para 1a perforacin y voladura de contorno del siguiel ciclo;

- Disminucin de la necesidad global de sanear y la de llevar a cabo otras medidas sostenimiento y refuerzo de la roca de mayor envergadura y costo.- El trabajo mecanizado de saneo repercute en una menor cantidad de roturas o a ras de los equipos de perforacin, producidas poreJ desPl.omerepentino de roca brelos brazos, las deslizaderas, etc. - La operacin mecanizada de saneo permite al operario trabajar a una dstancia se! ra de la zona de riesgo. al contar con la proteccin adiciona! de un techo de seg1 dad o una cabina debidamente acondicionada. Un equipo de saneo mecanizado comprende, un martillo hidralicomontado en un br~ y bastidor Ii.gero, sobre un vehculo tipo de pala retrocargadora que suele tlevar l preinstalacin hidralica para el montaje del martillo. En formaciones de roca dura (Rc > 100 MPa), el martillo de impacto hjdralicqha!

mostrado ser el mtodo de saneo ms eficaz, dentro de unas condiciones deoperarc el mximo ':..-""'~-':

-,~",~;

Fig. 13.17. Esquemade encendidomedianteel sistemaNONEL(Convencional) -

~

1414. 1. EL FENOMENOFISICO

VIBRACIONES. CRITERIOS DE DAOS

En este apartado se vaa desarrollar el fenmeno fsico de la voladura desde el punto de v~~taondulatorio, esto es, co~~i,derando variacindepr~~i~nes que induce la ~e.neraJa CJonde las ondas, su transmlSlony .la respuesta de los edificIos o estructuras proxlmas.En primer lugar, debe destacarse que la energa ondulatoria es un reflejo de la naturaleza de la fuente o excitacin que la produce, esto es, la variacin en las presiones en el punto de excitacin, se transmite con mayor o menor atenuacin en todo el medio.

14.1.1. Caracterizacin la explosin

de Al producirse la detonacin del explosivo se produce en el entorno de la carga una onda de compresin, debida a la liberacin de gases y aumento de la temperatura. La pendiente inicial de esta onda de compresin depende slo del gradiente de la liberacin de gases, esto es, de la velocidad de detonacin del explosivo.Al aumentar su valor, esta onda de compresin produce una pulverizacin del material en el entorno de fa carga y la apertura de grietas radiales, amortiguando la energa y dis-

minuyendo la pendiente de la onda de presin.Al transmitirse la onda por el medio llega a la superficie libre (superficie horizontal en el caso de voladuras en crter o superficie vertical en las voladuras en banco), en donde se refleja pasando a onda de sentido de avance inverso al de la onda incidente. Como la resistencia a traccin del medio es muy inferior a la de compresin, la onda de traccin produce la rotura de la roca, disipando la mayor parte de la energa acumulada.

As pues, la rotura del terreno se produce por las sigui