Embed Size (px)
Citation preview
MONOGRAFIA VOLADURA DE ROCAS
FACULTAD : INGENIERÍA Y ARQUITECTURA.
ESCUELA : INGENIERÍA CIVIL.
CÁTEDRA : CAMINOS II.
CATEDRÁTICO : ING. ENRIQUE CAMAC OJEDA.
ALUMNO : QUISPE SOSA, JORGE ANÍBAL.
HUANCAVELICA, NOVIEMBRE 2010
VOLADURA DE ROCAS EN CARRETERA – RENDIMIENTOS
INTRODUCCIÓN
La perforación de las rocas dentro del campo de las voladuras es la primera operación que se realiza y tiene como finalidad abrir unos huecos, con la distribución y geometría adecuada dentro de los macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios iniciadores.
A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetración de la roca, en minería y obra pública la perforación se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energía mecánica. Por este motivo, se tratarán exclusivamente los métodos mecánicos, pasando revista a los fundamentos, útiles y equipos de perforación de cada uno de ellos.
Los componentes principales de un sistema de perforación de este tipo son: la perforadora que es la fuente de energía mecánica, el varillaje que es el medio de transmisión de esa energía, la boca que es el útil que ejerce sobre la roca dicha energía y el fluido de barrido que efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido.
1. MÉTODOS DE PERFORACIÓN DE ROCAS
La perforación de las rocas dentro del campo de las voladuras es la primera operación que se realiza y tiene como finalidad abrir unos huecos, con la distribución y geometría adecuada dentro de los macizos, donde alojar a las cargas de explosivo y sus accesorios iniciadores.
A pesar de la enorme variedad de sistemas posibles de penetración de la roca, en minería y obra pública la perforación se realiza actualmente, de una forma casi general, utilizando la energía mecánica. Por este motivo, se tratarán exclusivamente los métodos mecánicos, pasando revista a los fundamentos, útiles y equipos de perforación de cada uno de ellos.
Los componentes principales de un sistema de perforación de este tipo son: la perforadora que es la fuente de energía mecánica, el varillaje que es el medio de transmisión de esa energía, la boca que es el útil que ejerce sobre la roca dicha energía y el fluido de barrido que efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido.
1.1. TIPOLOGÍA DE LOS TRABAJOS DE PERFORACIÓN EN EL ARRANQUE CON EXPLOSIVOS
Dentro de la amplia variedad de los trabajos de excavación con explosivos, se han desarrollado un gran número de máquinas que dan lugar a dos procedimientos de perforación:
A. Pertoración manual. Se lleva a cabo con equipos ligeros manejados a mano por los perforistas. Se utiliza en trabajos de pequeña envergadura donde por las dimensiones no es posible utilizar otras máquinas o no está justificado económicamente su empleo.
B. Perforación mecanizada. Los equipos de perforación van montados sobre unas estructuras, de tipo mecano, con las que el operador consigue controlar todos los parámetros de la perforación desde unas posiciones cómodas. Estas estructuras o chasis pueden ir montadas sobre neumáticos u orugas y ser automotrices o remolcables.
1.2. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS DE PERFORACIÓN
Los dos grandes métodos mecánicos de perforación de rocas son los rotopercutivos y los rotativos.
- Métodos rotopercutivos. Son los más utilizados en casi todos los tipos de roca, tanto si el martillose sitúa en cabeza como en el fondo del barreno.
- Métodos rotativos. Se subdividen a su vez en dos grupos, según que la penetración se realice por trituración, empleando triconos, o por corte utilizando bocas especiales. El primer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo en rocas blandas.
Atendiendo a la Resistencia a Compresión de las rocas y al diámetro de perforación, se pueden delimitar los campos de aplicación de los diferentes métodos tal como se refleja en la Fig1.1.
Por otro lado, según el tipo de trabajo que se realice en minería u obra pública de superficie los equipos que más se utilizan y diámetros más comunes para las voladuras en banco se recogen en la Fig. 1.2.
1.3. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Y PROPIEDADES FÍSICAS PRINCIPALES
La perforación de barrenos se realiza, casi en la totalidad de los casos, en masas rocosas, por lo que es interesante antes de iniciar una obra conocer los diferentes tipos de materiales que se presentan y sus propiedades básicas.
Estas características de las rocas dependen en gran medida de su origen, por lo que a continuación se describen los tres grandes grupos que existen.
1.3.1. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS POR SU ORIGEN
A. Rocas ígneas
Las rocas ígneas son las formadas por solidificación de una masa fundida, mezcla de materiales pétreos y de gases disueltos, denominada magma. Si la roca se ha enfriado en contacto con el aire o el agua de la superficie terrestre, se la clasifica como roca ígnea "extrusiva" o volcánica. Cuando el magma se enfría por debajo de la superficie terrestre se forma una roca ígnea "intrusiva" o plutónica.
La velocidad de enfriamiento del magma da lugar a que los minerales cristalizados tengan tamaños de grano grandes si es lenta y pequeños si es rápida. En el primer caso se forma una roca denominada pegmatita y en el segundo una aplita. Un caso intermedio lo constituye el pórfido, en el que se observan grandes cristales dentro de una masa o matriz de grano fino. Los tres tipos se encuentran generalmente en forma de diques con potencias de uno a decenas de metros. El caso más normal es el de una velocidad de enfriamiento moderada, que da lugar a una roca masiva con un tamaño de grano medio, de 1 a 5 mm.
B. Rocas metamórficas
Las rocas metamórficas son las originadas por importantes transformaciones de los componentes mineralógicos de otras rocas preexistentes, endógenas o exógenas. Estos grandes cambios se producen por la necesidad de estabílizarse sus minerales en unas nuevas condiciones de temperatura, presión y quimismo.
Estas rocas son intermedias en sus características físicas y químicas, entre las ígneas y las sedimentarias, pues presentan asociaciones de minerales que pertenecen a los dos tipos. Así se encuentran en ellas minerales, como el cuarzo, los feldespatos, las micas, los anfíboles, los piroxenos y los olivinos, esenciales en las rocas ígneas, pero no tienen feldespatoides. Como en las rocas
sedimentarias, pueden tener calcita, dolomita, sílice y hematites; pero no tienen minerales evaporíticos.
También, aparecen en ellas minerales comunes a los dos tipos, como son: la turmalina, el zircón, la magnetita, el topacio y el corindón; todos ellos son minerales muy estables en cualquier medio exógeno o endógeno.
Existe una serie de minerales, que son muy específicos de las rocas metamórficas, pudiendo formar parte de los granos de las rocas detríticas, debido a su estabilidad en los ambientes exógenos y otros son a la vez productos de alteración meteórica de minerales de rocas endógenas. Realmente la meteorización es un proceso de transformación mineralógica con carácter físico y químico, pero a temperatura y presión bajas.
C. Rocas sedimentarias
Las rocas sedimentarias se forman por la acumulación de restos o detritus de otras rocas preexistentes, por la precipitación química de minerales solubilizados o por la acumulación de restos de animales o vegetales.
En el primer caso se producen los sedimentos detríticos como son las gravas, conglomerados y arenas en cuya precipitación interviene la gravedad. En el segundo se encuentran, por ejemplo, las evaporitas o rocas salinas precipitadas por la sobresaturación de una salmuera sometida a una intensa evaporación. Las terceras son las acumulaéiones de conchas, esqueleto¡; de animales o restos de plantas, como son las calizas conchíferas, los corales y el carbón. Este último grupo se subdivide en bioquímicas organógenas y bioquímicas minerales, según que sus componentes sean de la química orgánica o de la inorgánica. En el primer caso están los carbones y el petróleo, y en el segundo las calizas, dolomías y rocas fosfáticas.
1.3.2. PROPIEDADES DE LAS ROCAS QUE AFECTAN A LA PERFORACIÓN
Las principales propiedades físicas de las rocas que influyen en los mecanismos de penetración y consecuentemente en la elección del método de perforación son:
- Dureza.- Resistencia.- Elasticidad.- Plasticidad.- Abrasividad.
- Textura.- Estructura.- Características de rotura.
A. Dureza
Se entiende por dureza la resistencia de una capa superficial a la penetración en ella de otro cuerpo más duro.
En una roca es función de la dureza y composición de los granos minerales constituyentes, de la porosidad de la roca, del grado de humedad, etc.
La dureza de las rocas es el principal tipo de resistencia a superar durante la perforación, pues cuando se logra la penetración del útil el resto de las acciones se desarrollan más fácilmente.
B. Resistencia
Se llama resistencia mecánica de una roca a la propiedad de oponerse a su destrucción bajo una carga exterior, estática o dinámica.
Las rocas oponen una resistencia máxima a la compresión; comúnmente, la resistencia a la tracción no pasa de un 10 a un 15% de la resistencia a la compresión. Eso se debe a la fragilidad de las rocas, a la gran cantidad de defectos locales e irregularidades que presentan y a la pequeña cohesión entre las partículas constituyentes. La resistencia de las rocas depende fundamentalmente de su composición mineralógica. Entre los minerales integrantes de las rocas el cuarzo es el más sólido, su resistencia supera los 500 MPa, mientras que la de silicatos ferromagnésicos y los aluminosilicatos varían de 200 a 500 MPa, y la de la calcita de 10 a 20 MPa. Por eso, conforme es mayor el contenido de cuarzo, por lo general, la resistencia aumenta.
C. Elasticidad
La mayoría de los minerales constituyentes de las rocas tienen un comportamiento elástico-frágil, que obedece a la Ley de Hooke, y se destruyen cuando las tensiones superan el límite de elasticidad.
Según el carácter de deformación, en función de las tensiones provocadas para cargas estáticas, se consideran tres grupos de rocas 1) Las elastofrágiles o que obedecen a la Ley de Hooke, 2) Las plástico-frágiles, a cuya destrucción precede la deformación plástica; 3) Las altamente plásticas o muy porosas, cuya deformación elástica es insignificante.
D. Plasticidad
Como se ha indicado anteriormente, en algunas rocas, a la destrucción le precede la deformación plástica.
Esta comienza en cuanto las tensiones en la roca superan el límite de elasticidad. En el caso de un cuerpo idealmente plástico tal deformación se desarrolla con una tensión invariable. Las rocas reales se deforman consolidándose al mismo tiempo: para el aumento de la deformación plástica es necesario incrementar el esfuerzo.
La plasticidad depende de la composición mineral de las rocas y disminuye con el aumento del contenido de cuarzo, feldespato y otros minerales duros. Las arcillas húmedas y algunas rocas homogéneas poseen altas propiedades plásticas.
La plasticidad de las rocas pétreas (granitos, esquistos cristalinos y areniscas) se manifiesta sobre todo a altas temperaturas.
E. Abrasividad
La abrasividad es la capacidad de las rocas para desgastar la superficie de contacto de otro cuerpo más duro, en el proceso de rozamiento durante el movimiento.
Los factores que elevan la capacidad abrasiva de las rocas son las siguientes:
- La dureza de los granos constituyentes de la roca. Las rocas que contienen granos de cuarzo son sumamente abrasivas.
- La forma de los granos. Los más angulosos son más abrasivos que los redondeados.
- El tamaño de los granos.- La porosidad de la roca. Da lugar a superficies de contacto rugosas
con concentraciones de tensiones locales.- La heterogeneidad. Las rocas poliminerales, aunque éstos tengan
igual dureza, son más abrasivas, pues van dejando superficies ásperas con presencia de granos duros, por ejemplo, los granos de cuarzo en un granito.
2. SISTEMA DE MONTAJES ESPECIALES
Además de los equipos estándar de perforación, existen en el mercado unidades y sistemas de montaje destinados a aplicaciones especiales o muy concretas. Entre esos trabajos cabe citar: la perforación de macizos rocosos con recubrimiento de materiales no consolidados y/o lámina de agua, los equipos de perforación de pozos y chimeneas, la perforación térmica, la perforación con chorro de agua, etc.
2.1. PERFORACIÓN A TRAVÉS DE RECUBRIMIENTO
Estos métodos de perforación fueron desarrollados para resolver los problemas que se presentaban al atravesar terrenos pedregosos, macizos poco consolidados o alterados, recubrimientos, etc., que exigían la entubación continua de los barrenos para conseguir su estabilidad.
Algunas de las aplicaciones que actualmente tienen estos sistemas son:
- Perforación para voladuras submarinas.- Perforación para voladuras de macizos con recubrimiento sin retirada previa
de éste.- Anclajes.- Cimentaciones.- Pozos de agua.- Sondeos de investigación, etc.
Los recubrimientos pueden estar formados por lechos naturales de arcillas, arenas, gravas, etc., así como por rellenos de materiales compactados o no, escolleras, pedraplenes, etc. La perforación puede realizarse, como se verá a continuación, con martillo en cabeza o martillo en fondo y consiste en atravesar el recubrimiento al mismo tiempo que se lleva a cabo la entubación, para proseguir después el barrenado en la roca compacta.
Una característica importante de estas técnicas es que el barrido debe ser muy eficaz, pudiendo realizarse a través de un adaptador o espiga con circulación central de fluido, o por medio de una cabeza de barrido independiente o lateral, en cuyo caso la presión del fluido debe ser mayor.
Los dos métodos desarrollados se conocen por OD y ODEX.
2.1.1. MÉTODO OD
En este caso la entubación se realiza por percusión y rotación utilizando para ello un tubo exterior de revestimiento cuyo extremo inferior monta una corona de carburo de tungsteno. Interiormente, se dispone de un varillaje convencional cuya prolongación se lleva a cabo con manguitos independientes de los de los tubos. Tanto los tubos como el varilIaje se conectan al martillo mediante un adaptador de culata especial que transfiere la rotación y la percusión a ambos.
Las operaciones básicas de aplicación del sistema son:
- La tubería de revestimiento con o sin el varillaje interior atraviesan simultáneamente el recubrimiento.
- La corona externa avanza unos centímetros cuando se alcanza el substrato rocoso.
- Se perfora con el varillaje interior, siempre que en el transcurso de dicha operación no se atraviesen niveles descompuestos o arenosos, en cuyo caso se descendería al mismo tiempo la tubería exterior.
- Se extrae el varillaje extensible.- Se introduce la tubería de plástico para la carga del explosivo.- Se extrae la tubería de revestimiento.
2.1.1. MÉTODO ODEX (OVERBURDEN DRILLINGWITH THE ECCENTRIC)
En este método la entubación se efectúa gracias a las vibraciones de la perforadora y al propio peso de la tubería.
El equipo consiste en una boca escariadora excéntrica que ejecuta un taladro de un calibre mayor que el del tubo exterior que desciende a medida que avanza la perforación. Una vez alcanzada la profundidad prevista, la sarta gira en sentido contrario, de modo que la boca escariadora se vuelve concéntrica perdiendo diámetro, pudiendo así extraerse por el interior de la tubería de revestimiento. A continuación, se introduce el varillaje convencional y se continúa la perforación.
3. COMPRESORES
El aire comprimido es el fluido que se ha venido utilizando como fuente de energía en la perforación de rocas, tanto en el accionamiento de los equipos neumáticos con martillo en cabeza y martillo en fondo, como para el barrido de los detritus cuando se perfora con martillos hidráulicos o a rotación.
En cualquier proyecto, tanto si es a cielo abierto como subterráneo, es preciso disponer de compresores.
En el momento de decidir la compra de un equipo de perforación, uno de los puntos más importantes es la selección del compresor, debido fundamentalmente a que:
- El peso específico en el precio del conjunto oscila, según el tipo de perforadora, entre el 15 y el 55%.
- La repercusión en el coste del metro lineal perforado es considerable, pues si el caudal de aire es insuficiente los problemas que pueden surgir son:
Disminución de la velocidad de penetración. . Aumento de los costes de desgaste: bocas, varillas, etc.
Incremento del consumo de combustible. Necesidad de mayor labor de mantenimiento del equipo motocompresor.
- Si se elige en las grandes unidades de perforación una unidad compresora de alta presión, será posible perforar con martillo en fondo o con tricono.
Las dos características básicas de un compresor, además del tipo o modelo, son:
- El caudal de aire suministrado.- La presión de salida del aire.
En la siguiente Tabla, se indican, para los diferentes equipos de perforación, los valores más frecuentes de las citadas características, el tipo de compresor y el porcentaje de precio aproximado con relación a la máquina completa.
3.1. TIPOS DE COMPRESORES
Existen dos grupos de compresores: dinámicos y de desplazamiento. En los primeros, el aumento de presión se consigue mediante la aceleración del aire con un elemento de rotación y la acción posterior de un difusor. A este grupo pertenecen los compresores centrífugos y los axiales, que son los más adecuados para caudales grandes y bajas presiones.
En los compresores de desplazamiento, que son los que se utilizan en los equipos de perfaración, la elevación de la presión se consigue confinando el gas en un espacio cerrado cuyo volumen se reduce con el movimiento, de uno o varios elementos. Según el diseño, se subdividen en rotativos y alternativos. Los más utilizados en perforación son: los compresores de pistón, cuando éstos tienen un carácter estacionario, y los de tornillo y paletas para los portátiles, tanto si están montados sobre la unidad de perforación o remolcados por ésta.
3.1.1. COMPRESORES DE PISTON
Estos equipos son los más antiguos y conocidos, ya que han sido empleados en las minas de interior para el suministro de aire comprimido a través de las redes de distribución instaladas dentro de las mismas. Su aplicación ha descendido notablemente como consecuencia del uso masivo de otras fuentes de energía más eficientes, como son la electricidad y la hidráulica.
3.1.2. COMPRESORES DE TORNILLO
En estas unidades la presión del aire se consigue por la interacción de dos rotares helicoidales que engranan entre sí, uno macho de cuatro lóbulos y otro hembra de seis canales.
En compresores de tornillo de alta presión el número de etapas suele ser de dos.
- Enfriar el aire durante la compresión, y - Lubricar los rotores.
Las ventajas que conlleva la utilización de compresores de tornillo son:
- Ocupan un volumen reducido, por lo que son ideales para instalar a bordo de las perforadoras.
- El montaje es económico.- Ausencia de choques y vibraciones importantes.- Reducido mantenimiento.- Baja temperatura de funcionamiento, y - Alta eficiencia.
3.1.3. COMPRESOR DE PALETAS
Estos compresores tienen un solo rotor que monta paletas radiales flotantes y cuyo eje es excéntrico con el de la carcasa cilíndrica. Al girar las paletas se desplazan contra el estator por efecto de la fuerza centrífuga. La aspiración del aire se realiza por un orificio de la carcasa, quedando retenido en el espacio entre cada dos paletas. Al girar el rotor el volumen va disminuyendo, aumentando la presión del aire, hasta llegar a la lumbrera de descarga.
4. EXPLOSIVOS
4.1. GENERALIDADES
Los explosivos comerciales usados en los trabajos de carreteras, son substancias sólidas que pueden transformarse instantáneamente en grandes volúmenes de gases, ya sea por choque, por chispa u otras formas. Si bien, la transformación del explosivo es mucho más rápida que la del agua en vapor, el fen+omeno es, esencialmente el mismo.
La industria produce explosivos de los tipos más variados y para los fines más diversos, aquí solo trataremos de los utilizados en trabajos de carreteras. Estos explosivos deben de cumplir cinco condiciones básicas:
a) Deben poder manipularse con seguridad.b) Deben ser inalterables química y físicamente por largo tiempo.c) Deben ser inalterables por las variaciones de temperatura y por la acción del agua.
d) Deben poder soportar los golpes y sacudidas a que, inevitablemente, han de estar sometidos en su manipuleo y transporte, y
e) Su explosión no debe de producir gases tóxicos, especialmente cuando se los emplea en lugares relativamente cerrados, como túneles, etc.
Los explosivos comerciales que se usan hoy día reúnen todas estas condiciones y son, en esencia de dos clases: Los explosivos deflagrantes cuyo tipo es la pólvora negra y los explosivos detonantes tales como la dinamita.
4.1.1. EXPLOSIVOS DEFLAGRANTESLos explosivos deflagrantes son de combustión lenta, los gases se generan progresivamente a medida que se efectúa la combustión de la carga, explotan por ignición. Su acción es de impulsión más bien que de quebrantamiento y suelen dividir las rocas en trozos de gran dimensión sin rajarlos ni desagregarlos. El tipo de ellos es la pólvora negra que se usa bastante en los trabajos de carreteras, especialmente cuando se trata de aflojar terrenos de aluvión, conglomerados, arcillas, etc., dejándolos preparados para ser movidos por las máquinas.
La pólvora negra está compuesta de un promedio de 70% de salitre (nitrato de potasio), 15% de azufre y 15% de carbón, el salitre es el elemento activo. Tiene un peso específico de 1.4 a 1.5 y su aspecto es el de pequeños granitos de carbón. Se le fabrica en granos de distintos tamaños, siendo las de granos más finos más rápidos que los granos gruesos.
Como la pólvora no es hidrófuga, no debe de ser empleada en lugares húmedos ni mojados, ya que es muy sensible a la humedad. Esta condición es importante tenerla siempre en cuenta, la humedad le resta considerablemente su poder. Esto hace que para conservarlos en buen estado debe de tenérsele en sitios secos y bien ventilados, es, en cambio, insensible a las variaciones normales de temperatura.
La fuerza explosiva de la pólvora es de 400 a 500 atmósferas y la temperatura de los gases de 2,700 grados centígrados aproximadamente. Produce mucho humo al explosionar y, por lo tanto, cuando se trata de trabajos en lugares más o menos cerrados, requiere una ventilación enérgica. Los gases que genera que son anhídrido carbónico y azoe, se vuelven tóxicos cuando están en proporción importante.
Los tiros o disparos se cargan echando la pólvora al granel dentro del taladro y atacándola, como veremos más adelante para la dinamita. Se le inserta la mecha de seguridad que debe de llegar bien a su masa y la pólvora explosiona sólo por la acción de las chispas que produce la mecha al quemarse, también pueden usarse fulminantes para provocar la explosión.
4.1.2. EXPLOSIVOS DETONANTESEn los explosivos detonantes la conversión de sólido a gas es muy rápida, prácticamente instantánea, siendo el volumen de gas generado mucho mayor que en los explosivos deflagrantes, el tipo de éstos explosivos lo forman las dinamitas, que tienen como base la nitroglicerina.
La nitroglicerina es un compuesto de glicerina, ácido nítrico y ácido sulfúrico, su fuerza explosiva puede alcanzar a 26,000 atmósferas. Es un líquido amarillento, venenoso, no es soluble en el agua, pero si en el alcohol y en el éter. Calentada a 152° o sometida a un choque violento explosiona. A la temperatura ordinaria arde sin explosionar produciendo gases que son venenosos, pero los gases de la explosión no lo son. Siendo la nitroglicerina muy inestable y difícil de manejar, se le mezcla con otras sustancias que le dan estabilidad, obteniéndose así las dinamitas que fueron descubiertas por el ingeniero Nobel. La mezcla debe de ser tan íntima que, bajo las condiciones ordinarias, no debe de producirse la separación de la nitroglicerina del “absorbente” que el nombre que se le da a las sustancias con las cuales va mezclada.
El absorbente puede ser químicamente inerte o activo, es decir que intervenga o no en la explosión. En los primeros, el absorbente no ejerce ninguna acción química y se encuentra después de la explosión como residuo inalterado, sirviendo solo para darle al explosivo forma cómoda y permitiendo usar la nitroglicerina sin los peligros que ofrece su empleo en estado líquido. Los absorbentes activos, además de llenar las condiciones de los inertes toman parte activa en la explosión, contribuyendo a hacerla más intensa.
Cuando las dinamitas se conservan durante un tiempo a temperatura de 35° a 40°, se produce el fenómeno de la exudación, o sea que la nitroglicerina se libera del absorbente y vuelve a su estado líquido, tornándose inestable nuevamente y por lo tanto muy peligrosa. Otra propiedad de la dinamita es que debajo de los 8 °C se congelan y su manejo adquiere cierta peligrosidad, aunque en mucha menor proporción que cuando se trata de dinamitas exudadas, debe procederse entonces a descongelarlas. Esta es una operación muy delicada y lo mejor es colocarla en cajas bien cerradas sumergidas en agua tibia; se construyen aparatos especiales para esto.
4.2. CLASIFICACIÓN Y DESCRIPCIÓN DE LAS DINAMITAS
Las dinamitas están establecidas en dos grandes grupos:
1. Las dinamitas con absorbente inerte, y2. Las dinamitas con absorbente activo.
4.2.1. DINAMITAS CON ABSORBENTE INERTEEn este grupo sólo se encuentra la dinamita ordinaria, el absorbente más generalmente usado en ella es la tierra de infusorios o kieselgur, para utilizarla en la mezcla se le calienta al rojo, se le muele y se cierne, en esa forma puede retener hasta cuatro veces su peso de nitroglicerina sin peligro de exudación pero nunca se llega a ese límite, dando como composición máxima a la dinamita el 75% de nitroglicerina pues, con mayor proporción se vuelve peligrosa en su manejo. La dinamita ordinaria es una sustancia blanda de color amarillo oscuro, sin olor y untuosa al tacto, al contacto con una llama arde sin explosionar, tiene la propiedad de absorber humedad lo que provoca la exudación de la nitroglicerina, con los peligros consiguientes. Resiste bien a los pequeños choques pero explota si se le somete a choques violentos o si le cae una bala de fusil.
La dinamita ordinaria se encuentra en el comercio con porcentajes variables de nitroglicerina, generalmente entre 15% y 60%, se le usa cada vez menos, siendo sustituida por los otros explosivos análogos de absorbente activo.
4.2.2. DINAMITAS CON ABSORBENTE ACTIVOLa necesidad de obtener explosivos más potentes llevó a sustituir el absorbente inerte por un absorbente activo, la nitrocelulosa octonítrica o colodión, produciéndose así dos tipos principales de dinamita: a) la gelatina explosiva y b) la dinamita gelatina.
A. GELATINA EXPLOSIVAEste es el más enérgico de los explosivos industriales, está compuesto de un 90% a 93% de nitroglicerina y 7% a 10% de algodón colodión. Es traslúcida, bruna, plástica y elástica. Resiste perfectamente a la humedad y por eso se recomienda para trabajos bajo agua, es relativamente poco sensible a los choques y al frotamiento, como su velocidad de explosión es tan grande, se recomienda para trabajos en rocas de gran dureza. Como su punto de congelación es alto es susceptible de congelarse siendo entonces necesario descongelarla antes de usarla.
B. DINAMITA GELATINALa dinamita gelatina está constituida por una mezcla llamada “goma” formada por 96.4% de nitroglicerina y 3.6% de colodión a la que se agregan otras sustancias como salitre, harina de madera y carbonato de sodio. La composición total ordinaria es:
Nitroglicerina 62.5%Nitrato de sodio 25.5%Carbonato de sodio 0.75%Colodión 2.50%Harina de madera 8.75%
La goma se fabrica primero y se mezcla después con las otras sustancias, ya sea a mano o utilizando mezcladoras mecánicas. La dinamita gelatina es menos consistente y menos elástica que la gelatina explosiva. Pierde cuando está sometida a la acción prolongada del agua, parte de su potencia ya que el agua disuelve el nitrato de sodio, aunque este efecto es tan lento que permite usarla en minas húmedas.
4.3. PROPIEDADES Y RENDIMIENTOS DE LOS EXPLOSIVOS.
Cada explosivo tiene características específicas definidas por sus propiedades, el conocimiento de estas propiedades es un factor importante para el buen diseño de voladuras, además permiten elegir el más adecuado de ellos para algún caso específico. A continuación mencionaremos las más importantes propiedades de los explosivos.
4.3.1. FUERZALa fuerza suele considerarse como la capacidad de trabajo útil de un explosivo. También suele llamarse potencia y se originó de los primeros métodos para clasificar los grados de las dinamitas. Las dinamitas puras o nitroglicerinas, fueron medidas por el porcentaje de nitroglicerina en peso que contenía cada cartucho, por ejemplo, la dinamita nitroglicerina de 40% de fuerza, contiene un 40%de nitroglicerina; una de 60% contiene 60% de nitroglicerina, etc. La fuerza de acción de este tipo de explosivo se toma como base para la comparación de todas las demás dinamitas. Así pues la fuerza de cualquier otra dinamita, expresada en tanto por ciento, indica que estalla con tanta potencia como otra equivalente de dinamita nitroglicerina en igualdad de peso.
Pocas son las personas entre las que usan dinamitas que entienden bien la energía relativa de las dinamitas de diferentes porcentajes de fuerza. Suele creerse que la energía verdadera desarrollada por estas distintas fuerzas guarda proporción directa con los porcentajes marcados. Se cree por ejemplo, que la dinamita de 40% es dos veces más fuerte que la de 20% y que la de 60% es tres veces más fuerte que la de 20%. Estas relaciones simples son incorrectas debido principalmente a que una nitroglicerina de mayor fuerza ocupa casi el mismo espacio en el barreno pero produce más gases, por lo tanto las presiones son mayores y el explosivo resulta más eficiente.
Esto ha sido mostrado por cuidadosas pruebas de laboratorios cuyos resultados se indican en la siguiente Tabla.
UN CARTUCHO
60 % 50 % 45 % 40 % 35 % 30 % 25 % 20 % 15 %
60% 1.00 1.12 1.20 1.28 1.38 1.50 1.63 1.80 2.08
50% 0.89 1.00 1.07 1.14 1.23 1.34 1.45 1.60 1.85
45% 0.83 0.93 1.00 1.07 1.15 1.25 1.36 1.50 1.73
40% 0.78 0.87 0.94 1.00 1.08 1.17 1.27 1.40 1.53
35% 0.72 0.81 0.87 0.93 1.00 1.09 1.18 1.30 1.50
30% 0.67 0.75 0.80 0.85 0.92 1.00 1.09 1.20 1.38
25% 0.61 0.69 0.74 0.78 0.85 0.92 1.00 1.10 1.27
20% 0.55 0.62 0.67 0.71 0.77 0.83 0.90 1.00 1.15
15% 0.48 0.54 0.58 0.61 0.76 0.72 0.78 0.86 1.00
Tabla. Indica el número de cartuchos de determinada fuerza necesarios para igualar un cartucho de diferente fuerza.
Hay que recordar que dos explosivos no pueden tener exactamente el mismo desempeño aunque sean del mismo tipo debido a que también intervienen las características del material que es volado y el grado de compactación que se dé al explosivo.
4.3.2. DENSIDAD DE EMPAQUE.La densidad de empaque de los explosivos se expresa como el número de cartuchos por caja de 25 kilogramos (Tablas siguientes).
Para ambos casos hay que tener en cuenta que el número de cartuchos es aproximado y puede haber una variación del 3%.
Este dato es valioso pues permite dosificar los explosivos simplemente contando los cartuchos.
CLASES DE DINAMITA:
2.22 x 20.32cms (7/8x8")
2.54 x 20.32cms
(1x8")
2.857x 20.32cm
s(1
1/8x8")
3.175x 20.32cms
(1 1/4x8")
5.71x 40.64 cms
(2 1/4x16")
6.35x 40.64 cms
(2 1/2x16")
7.62 x 40.64cms (3 x 16")
Dinamita Extra 40%
242 184 151 121 20 14 10
Dinamita Extra 60%
242 184 151 121 20 14 10
Gelatina Extra 30%
193 151 123 98 15 12 8
Gelatina Extra 40%
196 153 126 99 16 12 8
Gelatina Extra 60%
207 164 135 108 16 12 9
Gelamex # 1
236 180 150 121 21 16 11
Gelamex # 2
261 198 165 134 20 16 11
Mexobel 2 --- 248 201 165 25 20 14
Duramex G 309 248 204 --- 25 20 14
Tabla. Número de cartuchos por cajade 25 Kgs. Para las dinamitas comerciales en sus diferentes medidas.
CLASE DE HIDROGEL
DIÁMETRO LONGITUD DEL CARTUCHO
cms Plgs20.3 cms 8
Plgs30.5 cms 12
Plgs40.6 cms 16 Plgs
Tovex 100 2.5 1 209 139 105
Tovex 100 2.9 1 1/8 165 110 83
Tovex 100 3.2 1 1/4 137 90 68
Tovex 700 4.4 1 3/4 - - 32
Tovex 700 5.0 2 - - 24
Tovex 700 6.4 2 1/2 - - 17
Tovex Extra 10.2 4 - - 4
Tovex Extra 12.7 5 - - 3
Tovex Extra 15.2 6 - - 2
Tovex Extra 20.3 8 - - 1
Tovex P 12.7 5 - - 3
Tovex P 15.2 6 - - 2
Tovex P 20.3 8 - - 1
Godyne 2.2 7/8 290 - -
Godyne 2.5 1 210 - -
Godyne 3.2 1 1/4 136 - -
Godyne 3.7 1 1/2 45 - -
Godyne 5.0 2 - - 25
Godyne 6.4 2 1/2 - - 19
Godyne 7.6 3 - - 14
Godyne 12.7 5 - - 3
Godyne 15.2 6 - - 2
Godyne 20.3 8 - - 1Tabla. Número de cartuchos por caja de 25 Kgs
para los principales hidrógeles comerciales en sus diferentes medidas.
4.3.3. DENSIDAD (PESO VOLUMÉTRICO)Este dato nos sirve, al diseñar un barreno, para estar seguro que el espacio destinado a los explosivos es suficiente para alojarlos kilogramos calculados. Se mide en gr/cm3, Kg/lt ó Kg/m3.
La tabla siguiente nos proporciona las densidades de las dinamitas, los agentes explosivos y los hidrogeles más usuales.
Una guía útil para proyectar voladuras es el saber aproximadamente cuantos kilogramos de explosivos se cargarán por metro lineal de agujero perforado
(barreno). La tabla siguiente relaciona la densidad del explosivo en g/cm3 y el diámetro del barreno en cms, o en pulgadas, con los kilogramos de explosivo por metro cargado de barreno. Por ejemplo, si se tuviera un explosivo con una densidad de 1.29 g/cm³ y un diámetro del barreno de 4 pulgadas (10.16 cms.) al consultar estos valores en la tabla siguiente, su intersección, nos indica que necesitaremos 10.458 gr/cm³ de explosivos por cada metro lineal de barreno.
D I N A M I T A S AGENTES EXPLOSIVOS HIDRÓGELES
Gelatina Extra 40%60% 75%
1.571.441.39
"Mexamon" SPSP-LD
0.810.70
Tovex 100 1.10
Dinamita Extra 40%60%Dinamita Esp. 45%
1.23
"Mexamon" C C-LD
0.850.64
Tovex 700 1.18
Gelamex No. 1No. 2
1.281.16
Super "Mexamon" D 0.65 Tovex P 1.20
Gelatina Alta VelocidadGeomex 60%
1.47 NA - AC 0.80 Tovex Extra 1.35
Duramex G 1.00 Anfomex "X" 0.80 Godyne 1.20
Dinamex A 1.23 Anfomex "BD" 0.65
Toval 1.60Tabla .- Densidad de explosivos en g/cm3
DIÁMETRO VOLUMENKILOGRAMOS DE EXPLOSIVO POR METRO
LINEAL DE BARRENOPARA UNA DENSIDAD DADA.
PULGADAS cms cm³/ml60 grs
cm65 grs cm3
75 grs cm3
80 grs cm3
1.10 grs
cm3
7/8 1 1 1/4
2.22 2.543.18
387.08 506.71794.23
0.232 0.3040.477
0.252 0.3290.516
0.290 0.380 0.596
0.3100.4050.635
0.426 0.557 0.874
1 ½ 1 ¾ 2
3.81 4.455.08
1140.09 1555.292026.83
0.684 0.933 1.216
0.741 1.011 1.317
0.855 1.166 1.520
0.9121.244 1.621
1.254 1.7112.230
2 ½ 3 3 ½
6.35 7.62 8.89
3166.93 4560.386207.18
1.900 2.736 3.724
2.059 2.964 4.035
2.3753.420 4.655
2.534 3.648 4.966
3.484 5.016 6.828
4 4 ½ 5
10.16 11.43 12.70
8107.34 10260.85 12667.72
4.864 6.157 7.601
5.207 6.6708.234
6.081 7.696 9.501
6.486 8.209
10.134
8.918 11.287 13.935
5 ½ 6 6 ½
13.97 15.24 16.51
15327.94 18241.51 21408.44
9.197 10.945 12.485
9.963 11.857 13.915
11.496 13.681 16.056
12.262 14.593 17.127
16.86120.066 23.549
7 7½ 8
17.78 19.05 20.32
24828.72 28502.36 32429.35
14.89717.101 19.458
16.13918.527 21.079
18.622 21.377 24.322
19.863 22.802 25.943
27.312 31.352 35.672
8 ½ 9 10
21.59 22.86 25.40
36609.70 41043.40 50670.87
21.966 24.626 30.403
23.796 26.678 32.936
27.457 30.78338.003
29.288 32.835 40.537
40.27145.14855.739
11 12
27.94 30.48
61311.75 72966.05
36.787 43.780
39.853 47.428
45.984 54.725
49.049 58.373
67.443 80.263
Tabla.- Carga de Barrenos.
DIÁMETRO VOLUMENKILOGRAMOS DE EXPLOSIVO POR
METRO LINEAL DE BARRENOPARA UNA DENSIDAD DADA.
PULGADAS cms cm³/ml1.20 grspor cm³
1.29 grspor cm³
1.35 grspor cm³
1.60 grspor cm³
7/8 1 1 1/4
2.222.543.18
387.08506.71794.23
0.4650.6080.953
0.4990.6541.025
0.5230.6841.072
0.6190.8111.271
1 ½ 1 ¾ 2
3.814.455.08
1140.091555.292026.83
1.3681.8662.432
1.4712.0062.615
1.5392.1002.736
1.8242.4883.243
2 ½ 3 3 ½
6.357.628.89
3166.934560.386207.18
3.8005.4727.449
4.0855.8838.007
4.2756.1578.380
5.0677.2979.931
4 4 ½ 5
10.1611.4312.70
8107.3410260.8512667.72
9.72912.31315.201
10.45813.23616.341
10.94513.85217.101
12.97216.41720.268
5 ½ 6 6 ½
13.9715.2416.51
15327.9418241.5121408.44
18.39421.89025.690
19.77323.53227.617
20.69324.62628.901
24.52529.18634.254
7 7 ½ 8
17.7819.0520.32
24828.7228502.3632429.35
29.79434.20338.915
32.02936.76841.834
33.51938.47843.771
39.72645.60451.887
8 ½ 9 10
21.5922.8625.40
36609.7041043.4050670.87
43.93249.25260.805
47.22752.94665.363
49.42355.40968.406
58.57665.66981.073
11 12
27.9430.48
61311.7572966.05
72.57487.559
79.09294.126
82.77198.504
98.099116.746
Tabla. Carga de Barrenos (Continuación).
4.3.4. VELOCIDAD DE DETONACIÓN.Es la velocidad expresada en metros por segundo, con la cual la onda de detonación recorre una columna de explosivo. La velocidad puede ser afectada por el tipo de producto, su diámetro, el confinamiento, la temperatura y el cebado.
Las velocidades de detonación de los explosivos comerciales fluctúan desde cerca de 1,525 m/seg (5,000 pies/seg) hasta más de6,705 m/seg (22,000 pies/seg). Pero la mayor parte delos explosivos usados tienen velocidades que varían de 3,050 a 5,040m/seg (de 10,000 a 18,000 pies/seg). Mientras mayor sea la rapidez de la explosión, mayor suele ser el efecto de fragmentación.
4.3.5. SENSIBILIDAD.Es la medida de la facilidad de iniciación de los explosivos, es decir, el mínimo de energía, presión o potencia que es necesaria para que ocurra la iniciación. Lo ideal de un explosivo es que sea sensible a la iniciación mediante cebos para asegurar la detonación de toda la columna de explosivos, e insensible a la iniciación accidental durante su transporte, manejo y uso.
En la industria de los explosivos, la prueba más usada es la de la sensibilidad al fulminante, los cuales varían desde el número 4 hasta el 12. El uso del fulminante No. 6 es la prueba estándar, su contenido es de 2 gramos de una mezcla de 80%de fulminato de mercurio y 20% de clorato de potasio, o alguna substancia equivalente. Con el uso de este fulminante se clasifican los productos explosivos, si estallan se les denomina explosivos, si sucede lo contrario se les llama agentes explosivos.
Para comparar las sensibilidades entre diferentes productos se utilizan fulminantes de diferentes potencias, cuanto más alto sea el número de la cápsula mayor será la sensibilidad del explosivo.
4.3.6. RESISTENCIA AL AGUA.En forma general se define como la capacidad del explosivo para soportar la penetración del agua. Más precisamente, la resistencia al agua es el número de horas que el explosivo puede hallarse cargado en agua y aún ser detonado.
Obviamente, en trabajos en seco esta propiedad no tiene importancia, pero si el explosivo va a estar expuesto al agua puede será afectado en su eficiencia o desensibilizarse al grado de no detonar, provocando una falla en la propagación de la detonación.
La resistencia del producto no sólo depende del empaque y de la capacidad inherente del explosivo para resistir el agua. La profundidad del agua (presión) y el estado de reposo o movimiento de la misma afectan el tiempo de resistencia al agua del explosivo.
Por consiguiente, deben de considerarse las características particulares de cada acción de voladura y tener en cuenta la resistencia al agua de los explosivos proporcionada por el fabricante, para las diferentes condiciones de humedad en que se encontrará el explosivo en el barreno.
4.3.7. EMANACIONES.En este medio se le denominan emanaciones a los gases tóxicos. Los gases que se originan de la detonación de explosivos principalmente bióxido de carbono, nitrógeno y vapor de agua, los cuales no son tóxicos en el sentido clásico de la palabra, pero también se forman en cualquier detonación gases venenosos como el monóxido de carbono y óxidos de nitrógeno.
En trabajos a cielo abierto las emanaciones se pueden dispersar rápidamente por el aire, por lo que provocan poca preocupación, pero en trabajos subterráneos deben considerarse detenidamente, ya que las emanaciones no se disipan fácilmente y en este caso la ventilación es de fundamental importancia. También hay que considerar que las emanaciones provocan, mientras se disipan, tiempos de espera para poder reanudar los trabajos.
Tanto la naturaleza como la cantidad de gases venenosos varían en los diferentes tipos y clases de explosivos.
Algunos de los factores que pueden incrementar los gases tóxicos son: fórmula pobre del producto, cebado inadecuado, falta de resistencia al agua, falta de confinamiento, reactividad del producto con la roca y reacción incompleta del producto.
4.3.8. INFLAMABILIDADSe define como la facilidad con la cual un explosivo o agente de voladura puede iniciarse por medio de llama o calor.
En el caso de las dinamitas, la mayoría se incendian con facilidad y se consumen violentamente. Pero hay varios explosivos que requieren que se les aplique una flama exterior en forma directa y continua para que logren incendiarse.
4.3.9. SELECCIÓN DEL EXPLOSIVO.Para seleccionar el explosivo a usarse en una situación determinada, es indispensable tener en cuenta su costo y sus propiedades. Deberá escogerse aquel que proporcione la mayor economía y los resultados deseados.
Como una orientación se presenta a continuación la tabla siguiente con las propiedades de los explosivos, y el uso sugerido.
TIPOAGENTE
EXPLOSIVO
FUERZA
VELOCIDAD
RESISTENCIA
AL AGUA
EMANACIONES
U S O
DinamitaNitroglicerina
Nitroglicerina ----- Alta Buena
Exceso de gases
Trabajos a cielo
abierto.
ExtraNitroglicerina yamoniaco
20 a 60%
Alta Regular Exceso de gases
Trabajos a cielo
abierto.
Granulada Amoniaco 25 a 65%
Baja Muy mala Exceso de gases
Trabajos a cielo
abierto (canteras)
Gelatina Amoniaco30 a 75% Muy alta
De buena a
excelente
De muy pocos gases
a nulos
Sismología.
Trabajos submarino
s y subterrán
eos.
ANPO Amoniaco ---- Alta NingunaMuy pocos
gases
Trabajos a cielo
abierto y subterrán
eos.
Hidrógeles Amoniaco40 a 75% Muy alta Excelente
Muy pocos gases
Trabajos a cielo
abierto y subterrán
eo.Tabla. Selección y propiedades de los explosivos más comunes en construcción.
