08 Voladura de Rocas

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    26-Oct-2015

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Planeamiento del movimiento de tierrasSe denomina voladura a la accin de fracturar la ROCA mediante el empleode explosivos, sin embargo, tambin se emplea ese trmino como sinnimoen las demoliciones con explosivos y en general, a todas aquellas accionesen las que intervenga explosivo.Inicialmente, se emple la polvora negra como material explosivo paravoladuras, posteriormente, a medida que se desarrollaba la industria qumicase emple la nitroglicerina y el TNT (Trinitrotolueno), actualmente seemplean como explosivos comerciales los hidrogeles, gomas, anfo, etc.Para la realizacin de la voladura de roca en cantera o la voladura de banco,se realiza un taladro denominado barreno en el que se introduce uniniciador, que puede ser un detonador, mecha o cordn detonante, elexplosivo, todo ello se tapa mediante un tapn de arena o gravilladenominado retacado.Las voladuras de tuneles y galeras se realizan con la misma tcnica minera,slo que variando la orientacin y disposicin de los barrenos.Voladuras en obras VialesEn la construccin y mantenimiento de obras viales es frecuente el empleo deexplosivos, que se aplican tanto con mtodo: tradicionales como con otrosdenominados tpicamente viales.1. METODOS TRADICIONALES BLANQUEO CONVENCIONAL; EN Canteras para proveer piedra y ripio. APERTURA DE TUNELES. VOLADURA CONTROLADA.Son tcnicas dirigidas especialmente al rompimiento de materialpreferentemente menudo y homogneo, procurando menor efecto en elentorno.1.4. TALADROS USADOS.Se emplean taladros de mediano a gran dimetro, en las demsvoladuras se trabaja con pequeos dimetros, entre 51 y 87 mm (2 y 3) normalmente taladros con perforadoras de oruga con martillo decabeza (trackdrills) y slo en contas operaciones mediante martillos demano, de 32 a 40 mm de dimetro. Estos equipos permiten mejoradaptabilidad a los perfiles irregulares del terreno, mejor distribucin delexplosivo y menor nivel de vibracin, por lo tanto menos dao a la rocaremante.1.5. SEGN LA RESISTENCIA DE LA ROCASe aplican explosivos encartuchados de los tipos Gelatina Especial, Exagel E;Semexsa y Exadit 65, en dimetros de 22 hasta 64 mm (7/8 a 2 ), a columnacompleta, o los mismo como carga de fondo en columnas selectivascompletadas con Examon o Anfo, en este caso en dimetros de 65 a 125 mm (2 a 5)Materiales ExplosivosLos materiales explosivos son compuestos o mezclas desustancias en estado solido, liquido o gaseoso, que pormedio de reaccin qumica de oxido reduccin, son capacesde transformarse en un tiempo muy breve , del orden de unafraccin de microsegundos, en productos gaseosos ycondensados , cuyo volumen inicial se convierte en una masagaseosa que llega a alcanzar muy altas temperaturas y enconsecuencia elevadas presiones.La relacin de cambio de volumen final varia entre 1,000 y10,000 veces el volumen inicial del espacio donde se alojo elexplosivo.Procesos de reaccinCombustin: Reaccin qumica capaz de desprendercalor, que presenta un tiempo de reaccin bastantelento.Deflagracin: es un proceso exotrmico, sinnimo decombustin rpida, su velocidad de propagacin noexcede los 1000 m/s.Detonacin: Es un proceso fsico - qumicocaracterizado por su gran velocidad de reaccin y por laformacin de gran cantidad de productos gaseosos aelevada temperatura. En esta reaccin se origina unaONDA DE CHOQUE supersnica, su velocidad depropagacin esta entre los 1000 a 5000 m/s.Descripcin del procesoInmediatamente despus de ladetonacin, el efecto del impactode la onda de choque y de losgases en rpida expansin sobrela pared del taladro, se transfiere ala roca circundante, en forma deondas o fuerza de compresin, alllegar estas ondas a la cara librecausan fuerzas de tensin en laroca entre la cara libre y el taladro.Si la resistencia a la tensin de laroca es excedida esta se rompe enel rea de la lnea de menosresistencia (burden).Explotacin de canteras a cielo abiertoVoladura de superficiesLa voladura de roca ensuperficie comprende lostrabajos de canteras, tajosabiertos , obras de ingenieravial, zanjas, cortes a medialadera. Los parmetroscontrolables mas importantesson:Geometra: altura, ancho yLargo del banco, talud de caralibre.De perforacin: Dimetro ylongitud del taladro, malla.De carga: densidad, columnaexplosiva, caractersticasfisico-qumicas del explosivo.De tiempo: tiempos de retardoentre taladros, secuencia desalida de los disparos.Dimensiones de voladuraComprende el rea superficialdelimitada por el largo delfrente y el ancho o profundidadde avance proyectados por laaltura del banco o de corte H.LxAxH = Vol. totalDonde:L : largo, en mA : ancho, en mH : altura, en mSi se desea expresar entoneladas de material in situ semultiplica por la densidadpromedio de la roca.Dimetro del taladro Para obtener el dimetro optimo en lapractica, se consideran tres aspectos. La disponibilidad y aplicabilidad del equipo de perforacin en el trabajo proyectado. Al altura de banco proyectada y la amplitud o envergadura de la voladura. La distancia limite de avance proyectada para el banco.En la practica se puede expresar como: = H/4 en pulgadasH en metrosProfundidad de taladro (L)Es la suma de la altura del banco mas lasobre perforacin necesaria por debajodel nivel de la rasante del piso paragarantizar una buena rotura, para evitarque queden lomos o resaltos, queafecten al equipo de limpieza.SP = 0.3 BEn la practica se puede expresar L como:L = H + SPDonde:SP: sobre perforacin.H : altura del banco en mB : burden.Tipo de roca Sobre perforacinBlanda o media De 10 11 Dura muy dura 12 Burden (B)Es la distancia desde el pie o eje del taladroa la cara libre perpendicular mas cercana.Tambin es la distancia entre filas detaladros en una voladura.Depende bsicamente del dimetro del aperforacin, de las propiedades de la roca,altura de banco y las especificaciones delexplosivo a emplear. En la practica se puedeexpresar B como:Con dinamitaEn roca blanda B= 40 /1000En roca muy dura B= 38 /1000Con emulsin e hidrogelEn roca blanda B= 38 /1000En roca muy dura B= 30 /1000Con AnfoEn roca blanda B= 28 /1000En roca muy dura B= 21 /1000Espaciamiento (E)Es la distancia entre taladros de unamisma fila que se disparan con el mismoretardo o con retardos diferentes ymayores en la misma fila.E = (B.L)1/2Para mallas rectangulares:E = 1.3 a 1.5 BDonde:B : burden.Distribucin de la carga explosiva Carga de fondo (CF)Es la carga explosiva de mayordensidad y potencia requerida al fondodel taladro, para romper la parte masconfinada y garantizar la rotura delpiso.Su longitud es normalmenteequivalente a la del burden mas sobreperforacin: B + 0.3 BCF = 1.3 BEl cebo iniciador se coloca en estaparte de la carga, preferentemente anivel de piso del banco, para su mayorefectividad.Distribucin de la carga explosiva Carga de columna (CC)Se ubica sobre la carga de fondo ypuede ser de menos densidad,potencia y concentracin ya que elconfinamiento de la roca en este sectordel taladro es menor, se empleanormalmente anfo convencional.Su altura se calcula por diferencia de lalongitud del taladro y la suma de lacarga de fondo mas el taco.CC = L- (SF T)Estimacin de cargasVolumen para romper por taladro, malla por altura de taladro.V = B.E.H = m3 por taladroVolumen del explosivoDimetro de taladro por la longitud de la columna de la columna explosiva ( columnacontinua) o por las sumas de las cargas segmentadas.Ve = . (CF)Factor de carga (FC)Es al relacin entre el volumen del material explosivo y el material roto.FC = Ve/VCarga especifica para cada taladroen voladura de varias hilerasPrimera fila ( burden a la cara libre frontal inicial)Ce = (H SP) . E . (B + T/2). FC,en kg.Para la segunda fila y consecutivas:Ce = (H SP) . E . B . FC,en kg.Donde:Ce : carga explosiva en kg.H : profundidad del taladro.SP : sobre perforacin. E : espaciamiento de taladros.B : Burner.T : Taco.FC : factor de cargaVOLADURA DE GRAN VOLUMEN POR GRAVEDADEsta basado en el derrumbe de grandes volmenes de materialmediante cargas explosivas concentradas, relativamente grandes,aprovechando la gravedad:Entre ellas podemos considerar:A. Voladuras por colapso o desplome con taladros de pequeo dimetro (collapse blasting)B. Voladura por desplome con taladros de gran dimetro horizontales (large diameter horizontal shots)C. Tneles coyote, coyoteras o calambucos (coyote blasting, headings)Mtodo especial basado en el dispara de una o ms cargas explosivasconcentradas, relativamente grandes, localizadas en la base del cuerpo de roca ycuyo posicionamiento esta dictado por la topografa local, las mismas que seconectan por medio de tneles de una seccin transversal lo ms pequeaposible (literalmente slo lo suficientemente amplias como para permitir el accesode perforista y su equipo). Estas voladuras tambin son aplicadas para removergrandes volmenes de roca, o para efectuar cortes de ladera oleoductos, etc.Cuando no es factible el banqueo convencional sea por consideraciones tcnicaso econmicas. Las voladuras coyote tambin producen gran cantidad de materialsobredimensionado.Consiste en abrir pequeos tneles en la base del talud o de la colina que sequiere colapsar, perpendiculares a la cara libre y de una seccin transversal loms pequea posible, los que se rellenan con explosivo al granel hasta ciertaparte de su longitud (tramo que se denomina cmara de carga) y que se sellandespus hermticamente para ser finalmente disparadas en forma simultnea,por lo general con cordn detonante o con fulminantes elctricos.C. TUNELES COYOTE, COYOTERAS O CALAMBUCOS (COYOTE BLASTING, HEADINGS)El diseo ms simple consiste en un tnel horizontal de pequea seccin y de una longitud de 0,60 a 0,75 veces de altura de la cara libre a volar, que en su fondo termine en un crucero a 90 formando una T en cuyos brazos (cmaras) se ubica al explosivo adecuadamente apilado, taponndose luego el tnel de acceso con tierra para confinar a la carga la que usualmente se estima mediante la Regla de Hauser.Q = K x B3 , por cmaraDonde: Q : Cantidad de carga explosiva, en Kg.K : coeficiente, usualmente de 0,4 a 0,5 (para calambucos chicos).B : burden real, en m.Para calambucos de una sola cmara en T la altura de la cara de voladura nodebe pasar de 30 m; si es mayor, el tnel de acceso tendr que ser msprofundo y requerir de otros cruceros (cmaras) con carga explosiva, las que seespaciarn cada 5 a 10 m segn el tipo de roca predominante.El tnel de acceso debe ser como mnimo de igual longitud que el burden real.Para el caso de tneles profundos adems de los cruceros horizontales a nivel,se recomienda aadir un inclinado en T paralelo a la cara libre mayor, quetambin se cargar con explosivos.Una vez que las cargas han sidoacomodadas, los tneles deben sercuidadosamente sellados conmaterial inerte en la mayor parte desu longitud, cuidando de protegermuy bien los cables o el cordndetonante que transmitirn lainiciacin a las cargas pues cualquiercorte de ellos malograr o anular lavoladura, siendo despus muy difcily peligroso el tratar de reconectarla,razn por la que usualmente setiende dos o ms troncales paralelosy separados. Por seguridad loscordones o cables se introducendentro de tubos rgidos que secubren con el material de relleno.Ejemplo de voladura coyote1. Voladura mltiple.- Proyecto para corte por desplome de la laderade una colina de roca volcnica para una obra vial, con voladuracoyote de varias cargas.2. Diseo.- se proyecta abrir un tnel de acceso lateral que seguirluego una direccin paralela a la cara frontal de la colina, en el quese practicarn cuatro cruceros (estacadas) de 3 m de longitud,perpendiculares a la cara libre, que servirn de cmaras de cargaexplosiva (C1-C2-C3-C4). El cuerpo de roca tiene entre 50 y 60 mde altura. Los burdenes de las cargas a la cara libre sern de B1=10M; B2= 17 M; B3 =17,5 M Y B4 = 17 M.Diagrama de distribucin de cargasInsertar figura pagina 2791. Se estima estos burden en razn de que con distancias mayores a20 m se requerira mayor cantidad de explosivos, lo que dara comoresultado muy fuerte vibracin y proyeccin de fragmentos y por locontrario con distancias menores a 10 m, se encampana un cuerpodemasiado pequeo como para justificar el trabajo preparatorio deexcavacin de tnel. La longitud de los cruceros (cmaras) seestima en 3 m y de distancia entre las mismas vara entre 10 y 15m.2. La altura del corte, en relacin con un burden mximo de 20 m serade 1:3, obteniendo una altura de 60 m; pero se considera 50 m porseguridad.3. Para mejor efecto de desplome se ha tenido en cuanta la presenciade diaclasas casi verticales en el cuerpo de roca.4. Teniendo en cuenta las caractersticas de la roca (ejemplo: rocavolcnica, seca, compacta pero fisurada, sin necesidad defragmentacin especfica), se decidi utilizar una Gelatina especial75 (como carga cebo), y Examon-P en sacos, en una proporcin de20% y 80% respectivamente.5. La iniciacin del disparo se efecto simultneamente sin retardospara mayor efecto de desprendimiento, utilizando cordn detonantereforzado 10P en dos trocales paralelas iniciales con fulminanteN8.3. Clculo de cargasCada carga se puede estimar empricamente mediante la siguiente frmula:Q = a x b x B3Donde:Q : carga expresada en kg.B : burden expresada en m.a : Factor dependiente del tipo de explosivo utilizadob : Factor dependiente de la naturaleza de la roca.a x b : equivalente en este caso al factor K sealada en la regla de Hauser.Por lo general la informacin en la cual se basan los valores para a y b es escasay limitada. Para el ejemplo utilizaremos una tabla reparada por G. Berta, en laque los valores de a se refieren a explosivos promediosExplosivo aGelatina explosiva 0,15Gelatina Semi-gelatina 0,22Agentes granulares Ejemplo EXAMON, ANFO 0,24Polvora negra (de cantera, poco usada) 0,55Roca bRoca suave 1,2 a 2Roca medianamente dura 2,2 a 3Roca dura ,2 a 4Roca muy dura 4,0 a 4,5Roca fisurada, pero compacta 3,0 a 5Como se va a utilizar 20% de Gelatina Especial 75 y 80% de Examon, seconsidera preponderante el valor de este ultimo en la tabla, y suponiendo quelas caractersticas promedio de la roca la clasifican como suave, tendramos queles corresponden los siguientes valores:a = 0,24 y b = 2.Luego: a x b = 0,48 basndose en clculos las cargas por cmara y el consumo toal del explosivo.Carga B B3 Q= a.b.b3 Q(Redondeo)(cmara)C1 10 m 1 000 m3 0,48 x 1 000 = 480 kg 500 kgC2 17 m 4 913 0,48 X 4 913 = 2 358 2 350C3 17,5 m 5 359 0,48 X 5 359 = 2 572 2 550C4 17 m 4 913 048 X 4 913 = 2 358 2 350Carta Total 7 750 kgSe carga primero la cmara C4 y al final C1, sellando el acceso y cadacarga con material de relleno, usualmente tierra en sacos. Por seguridadel tramo de ingreso a la bocamina se sella con material de relleno ycemento de fraguado rpido (sika u otro similar).Las cuatro cargas se empalman una a otra con dos vas independientesde cordn detonante 10P insertado dentro de tubos rgidos paraprotegerlo de cualquier dao o esfuerzo mecnico. Los dos extremos delas troncales de cordn se unen con cinta, envolviendo a un par defulminantes de arranque instantneo (elctricos o convencionales, segncriterio). El disparador debe ubicarse en la distancia lmite de seguridad,debidamente protegido. El tiro debe ser instantneo.Otros criterios dicen que la carga se calcula sobre la base del tonelaje enel Cuadro del rea del disparo, que es el volumen del prisma de rocalimitado por planos verticales que pasan a travs de los alerosposteriores, por ambos extremos de los cruceros y por el frente, limitadopor el piso y la cresta del corte.La cantidad de carga explosiva debe variarse de acuerdo al tipo de roca yal trazo de la coyotera. Deber ser mayor para trazos con la entrada largay aleros pequeos y menor para una entrada corta y aleros grandes, esdecir a entrada ms profundo en proporcin a la cara, mayorrequerimiento de carga.4. DistribucinPara mejor resultado la carga deber distribuirse uniformemente. Porconveniencia stas se colocan con una distancia entre 6,5 a 8 m entrecentros, y con una distancia no mayor a 4 m con el eje del tnel paralograr un buen confinamiento y evitar un reventn o soplo a travs de laentrada.5. ExplosivoPor su baja sensibilidad y excelente performance en el empuje de la roca, serecomienda el Examon. Si se presenta agua en cantidad considerable enlas cmaras, o si la exposicin del explosivo al agua va a ser prolongada,se recomienda el empleo de emulsin como Slurrex-AP. En este caro porsu mayor potencia relativa, presin de detonacin y velocidad, se cargaren menor cantidad que con Examon.6. ConfinamientoPara asegurar el confinamiento, la carga explosiva deber ocupar por lomenos las dos terceras partes de la seccin del crucero o cmara, y estarsellada en su frente libre por un grueso tabique, preferentemente de sacosde tierra o arena.Uso de ExplosivosAntes de realizar cualquier voladura se debern tomar todas lasprecauciones necesarias para la proteccin de las personas,vehculos, la plataforma de la carretera, instalaciones y cualquier otraestructura y edificacin adyacente al sitio de las voladuras.(1) La voladura se efecte siempre que fuera posible a la luz del da y fuera de las horas de trabajo o despus de interrumpir ste. Si fuera necesario efectuar voladuras en la oscuridad debe contarse con la iluminacin artificial adecuada. (2) El personal asignado a estos trabajos est provisto y use los implementos de seguridad: casco, zapatos, guantes, lentes y tapones de odos apropiados.Uso de Explosivos(3) Aislar la zona en un radio mnimo de 500 metros. Para impedir elingreso de personas a la zona peligrosa mientras se efectan lostrabajos de voladura tomar las siguientes medidas:(a) Apostar vigas alrededor de la zona de operaciones(b) Desplegar banderines de aviso.(c) Fijar avisos visibles en diferentes lugares del permetro de lazona de operaciones.(d) Cerrar el trafico de vehculos y que no se encuentrenestacionados vehculos en las inmediaciones.(4) Cinco minutos antes de la voladura y en secuencia peridica debedarse una seal audible e inconfundible(sirena intermitente) paraque las personas se pongan al abrigo en lugares segurospreviamente fijados.Transporte de ExplosivosLos vehculos que se utilicen para transportar los explosivos debenobservar las siguientes medidas de seguridad a fin de evitarconsecuencias nefastas para la vida de los trabajadores y del publico:(1) Hallarse en perfectas condiciones de funcionamiento. (2) Tener un piso compacto de madera o de un metal que no produzca chispas. (3) Tener paredes bastante altas para impedir la cada de los explosivos. (4) En el caso de transporte por carretera estar provistos de por lo menos dos extintores de incendios de tetracloruro de carbono. (5) Llevar un bandern visible, un aviso u otra indicacin que seale la ndole de la carga.Almacenamiento de ExplosivosPara el almacenamiento de material explosivo se debe de tener los siguientes cuidados:(1) Estar construidos slidamente y a prueba de balas y fuego.(2) Mantenerse limpios, secos, ventilados y frescos y protegidoscontra las heladas.(3) Tener cerraduras seguras y permanecer cerrados con llave alcual solo tendrn acceso el personal autorizado y capacitado.(4) Solo utilizar material de alumbrado elctrico de tipoantideflagrante.(5) Mantener alrededor del deposito un rea de 8 metros de radiode distancia como mnimo que este limpia, sin materiales dedesperdicio, hojas secas o cualquier combustibleAlmacenamiento de ExplosivosEn ningn caso se permitir que los fulminantes y detonadores decualquier clase se almacenen, transporten o conserven en los mismossitios que la dinamita u otros explosivos. La localizacin y el diseode los polvorines, los mtodos de transportar los explosivos y, engeneral, las precauciones que se tomen para prevenir accidentes,estarn sujetos a la aprobacin del Supervisor, pero esta aprobacinno exime al Contratista de su responsabilidad por tales accidentes.El personal que intervenga en la manipulacin y empleo deexplosivos deber ser de reconocida prctica y pericia en estosmenesteres, y reunir condiciones adecuadas en relacin con laresponsabilidad que corresponda a estas operaciones.Se debe de suministrar y colocar las seales necesarias para advertiral pblico de su trabajo con explosivos. Su ubicacin y estado deconservacin garantizarn, en todo momento, su perfecta visibilidad.