VOLADURA ROCAS Proyecto Laramarca Feb2012ok Seguridad

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EXPEDIENTE TECNICO DEL PROYECTO MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA HUAMANI LARAMARCA QUERCO, PROVINCIA DE HUAYTARA - HUANCAVELICA

EXPEDIENTE TECNICO DEL PROYECTO MEJORAMIENTO DE LA CARRETERA HUAMANI LARAMARCA CHIRCANTE, PROVINCIA DE HUAYTARA - HUANCAVELICA

VOLADURA DE ROCAS EN OBRAS VIALES

Se considera como obras viales a las carreteras de toda categora y a las vas frreas. En su construccin y mantenimiento es frecuente el empleo de explosivos, que se aplican tanto con mtodos tradicionales como con otros denominados tpicamente viales.

Los mtodos que podramos definir como tradicionales son:

Banqueo convencional; en este caso mayormente aplicado en canteras para proveer piedra y ripio.

Apertura de tneles.

Voladura controlada; principalmente en las modalidades de precorte y recorte: para mantener la estabilidad de taludes de roca en cortes de ladera poco estables o muy altos, que despus requerirn muy poco mantenimiento.

Estos mtodos comprenden tcnicas especialmente dirigidas al rompimiento de material preferentemente menudo y homogneo, procurando tener el menor efecto de deterioro de la roca por impacto y vibracin, por tanto requieren de exigente control y de mayor trabajo de perforacin. Por lo general son repetitivos, es decir que cada disparo es igual o parecido al anterior, siguiendo patrones establecidos.

Por otro lado, la gran longitud de tramo y las cambiantes condiciones de geometra y de propiedades de las rocas a arrancar a lo largo del trazo de las obras viales, imponen el diseo de cada disparo como si fuera un caso en particular adaptado al perfil del terreno, denominndoseles por ello mtodos viales, entre los que consideramos a:

Cortes de ladera o a media ladera, con taladros cortos y largos.

Excavacin de trincheras (o cortes de montura).

Voladura para nivelaciones de remocin de material para relleno de depresiones.

Excavaciones para rampas.

Excavaciones para cimentacin de puentes y muros de contencin.

Voladura para zanjas y cunetas.

Voladuras de gran volumen por gravedad: voladuras coyote o calambucos y voladuras de desplome.

Estas voladuras no son mayormente exigentes en cuanto a la calidad de fragmentacin ni a la homogeneidad del material arrancado, ya que por lo comn este ser simplemente empujado a un costado de la obra, o empleado como relleno de nivelacin, pero en razn a que usualmente resulta una importante cantidad de pedrones sobredimensionados, demasiado grandes para poder ser desplazados con el equipo mecnico disponible, sus resultados usualmente tambin imponen el apoyo posterior de rotura secundaria con cachorreo, plantas, cargas dirigidas, o martillos rompedores hidrulicos.

Con estas voladuras se realizan por lo general en lugares deshabitados, se suele dejar de lado la prevencin de riesgos de proyeccin de piedras y vibracin, lo que puede tener serias consecuencias.

Un aspecto importante a tener en cuenta es la vigilancia del rea de disparo, ya que a diferencia de las minas, la gente de campo no tiene experiencia sobre las consecuencias de la proximidad a los disparos.

A excepcin de las coyoteras o calambucos que requieren de la apertura previa de un tnel pequeo, y de los bancos convencionales que emplean taladros de mediano a gran dimetro, en las dems voladuras se trabaja con pequeos dimetros, entre 51 y 87 mm (2" y 3 1/2") normalmente taladrados con perforadoras de oruga con martillo de cabeza (Trackdrills) y slo en contadas operaciones mediante martillos de mano, de 32 a 40 mm de dimetro. Estos equipos permiten mejor adaptabilidad a los perfiles irregulares del terreno, mejor distribucin del explosivo y menor nivel de vibracin, por lo tanto menos dao a la roca remanente.

Segn las condiciones de resistencia a rotura y la de humedad de la roca, se 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 1/2"), a columna completa, o los mismos como carga de fondo en columnas selectivas completadas con Examon o ANFO, en este caso en dimetros de 65 a 125 mm (2 1/2" a 5").

Cortes a media ladera y trincheras

Mtodos tpicos para carreteras y autopistas son los cortes a media ladera y trincheras, que normalmente se efectan de una sola vez cuando la altura del corte se limita a 10 12 m, y por etapas cuando es mayor. Como el dimetro del taladro est en relacin con la altura de banco o de corte se requiere la relacin:

t = (H/60)

Donde:

t: dimetro del taladro.

H : profundidad de la excavacin.

La longitud de los taladros (L) depende de la altura de banco, de la sobreperforacin que sea necesaria segn la resistencia a rotura de la roca y de la inclinacin de los mismos, que suele ser de 15 a 20.

L = (H/cos ) + [(1 (/100)) x SP]

Donde:

: ngulo con respecto a la vertical, en grados

H : altura de banco (m)

SP :sobreperforacin, en equivalentes a dimetro () de acuerdo a la

resistencia de la roca, como se indica en el siguiente cuadro

estimado:

RESISTENCIA LAS CAS

TI

PO DE ROCA

BLCortes a media ladera

Pueden efectuarse mediante taladros verticales paralelos o en abanicos, mediante taladros horizontales (zapateros) o mediante una combinacin de taladros horizontales y verticales, los trazos de perforacin son similares a los de banqueo, con malla cuadrada o alterna y salidas en paralelo o en V.

La direccin de salida de la voladura puede ser paralela o perpendicular al rumbo o traza de la cara del talud. Si es perpendicular (normal) puede existir riesgo de rodadura incontrolada de piedras ladera abajo, si la pendiente es muy parada.

En laderas elevadas se debe habilitar primero caminos de acceso y plataformas de trabajo (bancos), empleando para ello el mismo equipo de perforacin disponible pero con taladros de pequeo dimetro, preferentemente horizontales, paralelos a la traza y en nmero suficiente como para dejar preparadas plataformas de trabajo de 5 a 10 m de ancho, desde donde se practicarn las perforaciones mayores para el corte de la ladera. Estas plataformas se preparan en varias etapas de perforacin, disparo y limpieza, generalmente con tractor.

De acuerdo a las condiciones del terreno ser conveniente o necesario delimitar la excavacin del corte con una hilera de precorte.

En voladuras con slo taladros verticales se suele disparar en una sola etapa, como en banqueo, procurando adecuar la carga explosiva para conseguir un empuje del material arrancado semejante al que se obtiene con las voladuras de mximo desplazamiento (Cast blasting) lo que disminuir el volumen de trabajo en el corte mismo.

En los disparos con taladros horizontales se aprovecha de la gravedad para bajar la parte superior de la carga a excavar, debindose tener en cuenta que sta quedar in situ, con menor desplazamiento que en el anterior. Este mtodo baja los costos de disparo pero incrementa los de limpieza, adems presenta el inconveniente de fuerte proyeccin de fragmentos a distancia al actuar las cargas como en voladuras de crter y que la pared remanente queda muy deteriorada, con rocas colgadas y en algunas ocasiones con taludes invertidos, lo es riesgoso para el personal y obliga a desquinchar antes de efectuar la limpieza del desmonte.

Para el clculo de espaciado con taladros horizontales se aplica la relacin:

E = 3 x [( .x L)]

Donde:

E : espaciado, en m

: dimetro de taladro, en m

L : longitud de taladro, en m

Si la altura del banco es inferior a 5 m slo se utilizar una fila de taladros, dos filas de entre 5 y 8 m, dispuestos preferentemente en forma alterna y tres o ms filas por encima de 8 m, con malla alterna o cuadrtica, segn el estado del terreno.

En las voladuras se combinan taladros horizontales y verticales; suele ser conveniente efectuar la excavacin por fases, limpiando el desmonte del primer tiro antes de disparar el segundo. Pero si tiene que efectuarse un solo disparo, debe darse salida primero a los horizontales ubicados al pie del corte y despus a los verticales perforados desde la parte superior y situados por detrs del fondo de los horizontales. Las salidas sern en secuencia mediante retardos.

Excavaciones en trinchera

Siempre se efectan con taladros verticales, y segn sea la relacin H/D anteriormente citada, se presentan dos casos: 1. Si H > 100 , que es el normal para alturas de banco de 10 a 12 m, los valores para burden y espaciamiento son los mismos de la tabla anterior.

2. Si H < 100 , el burden se calcular con la expresin:

B = [ Q / [(E/B) x (H/Cos ()) x (Ce)]]0,5

Donde:

Q : carga total por taladro (kg).

H : altura de banco (m).

E/B : relacin entre espaciamiento y burden (de la tablas).

Ce : consumo especfico de explosivo (tambin de la tabla).

: ngulo respecto a la vertical, en grados.

Los trazos de voladura ms utilizados cuando se tienen cara libre son, los de salida por filas paralelas y los de salida en V, con taladros distribuidos en malla alterna o cuadrangular, en forma similar a los bancos, pero con la diferencia que los taladros tendrn diferentes profundidades, de acuerdo al perfil de terreno y al nivel de explanacin que se quiere conseguir.

Cuando no se cuenta con una cara libre para iniciar la trinchera, se debe preparar primero una excavacin al piso mediante un disparo de taladros de pequeo dimetro dispuestos en abanico (Fan cut), sta excavacin una vez limpiada servir de cara libre para avanzar con el corte de trincheras por un sentido. Si la excavacin inicial se ubica en un punto central se podr avanzar la trinchera en ambos sentidos, en este caso la excavacin suele denominarse tiro de hundimiento sin cara libre.

Para la excavacin de trincheras en lomas que comnmente se denominan montura de caballo, se dispara en dos fases, un primer corte con salida en V que generalmente tiene un avance mximo equivalente a 1/3 de total de longitud de la trinchera, y el segundo en los 2/3 restantes mediante un trazo axial, con tres o ms filas de taladros segn el ancho de la trinchera, con arranque en la fila central y el resto con salidas en paralelo. Las trincheras de poca profundidad de corte tambin se disparan con este esquema axial, en toda su longitud.

El desmonte extrado de estos cortes generalmente sirve de relleno en depresiones contiguas, para efectos de nivelacin de la plataforma vial.

VOLADURA DE GRAN VOLUMEN POR GRAVEDAD

Estn basadas en el derrumbe de grandes volmenes de material mediante cargas explosivas concentradas, relativamente grandes, aprovechando la gravedad.

Entre ellas podemos considerar:

A. Voladura por colapso o desplome con taladros de pequeo dimetro (Collapse blasting)

Es conocido que el procedimiento de excavacin de roca adoptado virtualmente en todos los trabajos por tajo abierto es el de actuar directamente sobre el cuerpo de roca por medio de bancos, utilizando explosivos cargados dentro de taladros de voladura verticales.

Sin embargo hay algunos casos donde se obtienen resultados ms convenientes haciendo que el cuerpo de roca se colapse, al removerle su base. El procedimiento en este caso consiste en cortar una pequea pero bien definida parte de la roca para hacer que la mayor parte del cuerpo sobreyacente se desprenda y desplome bajo accin de la gravedad, corte que usualmente se efecta mediante taladros de voladuras horizontales o inclinadas, de pequeo dimetro, distribuidos cercanamente unos a otros.

Este tipo de voladura no permite control sobre la geometra de excavacin ni sobre la fragmentacin, y se aplica por tanto slo en circunstancias especficas, como las siguientes:

a. En aquellos casos donde las condiciones geolgico-estructurales sean particularmente adecuadas para aplicar esta tcnica, por ejemplo cuando la estratificacin del cuerpo de roca tiene diaclasamiento con buzamiento cercano a la vertical, y donde sea posible y relativamente fcil inducir el colapso simplemente excavando la base. Su aplicacin en estos casos sin embargo requiere de mucho cuidado, porque si el bloque es muy inestable podra deslizarse prematuramente cuando an se est trabajando en el corte con grave riesgo para los trabajadores, o por otro lado, tambin podra ocurrir que el bloque no se desplome inmediatamente despus del disparo quedndose colgado en el talud, en peligrosa condicin de inestabilidad y de desprendimiento posterior.

b. En proyectos de corta duracin o de menor envergadura, donde no se justifique trabajos preparatorios de infraestructura, como accesos, carreteras, banqueo, etc. Este tipo de situacin se presenta en algunas obras de ingeniera civil, como es el caso de las canteras temporales para obtencin de pedrones y de ripio para obras viales, o las que se preparan para acumular gran volumen de material para relleno, que sera muy lento de obtener con banqueo convencional.

c. En proyectos de estabilizacin de taludes o de mejoramiento de tierras en lugares donde el cuerpo de roca sea inestable y peligroso para alguna poblacin,

planta elctrica, carretera, va frrea, etc.

d. En aquellos casos donde es imposible ubicar los equipos de perforacin en la cima del cuerpo de roca para trabajar en forma convencional, debido a imposibilidad de acceso por una topografa abrupta, por mucho riesgo, por

elevados costos de infraestructura u otro impedimento.

e. En situaciones de emergencia para defensa civil, por ejemplo cuando sea esencial desviar o bloquear temporalmente el curso de una riada o avalancha, en donde las condiciones geolgicas y topogrficas permitan el cierre de una quebrada en forma rpida.

B. Voladura por desplome con taladros de gran dimetro horizontales (Large diameter horizontal shots)

En este caso la roca al pie del cuerpo es rota y desplazada por medio del disparo de una serie de taladros horizontales de gran dimetro que producen el corte, induciendo luego al colapso del cuerpo de roca sobreyacente, en forma similar al caso anterior.

Ambos mtodos requieren de una cuidadosa evaluacin del volumen total de roca a desprender, y de cunto de ella realmente necesita ser volada de modo de que pueda inducir el desplome del resto del bloque colgado.

Mientras que la fragmentacin de la roca disparada en el rea del corte puede resultar casi tal como fue planificada y calculada, la que procede del rea superpuesta que no es influenciada directamente por el explosivo no puede ser anticipada, y su tamao ser determinado mayormente por la naturaleza del material y por su altura de cada.

En el diseo de los disparos debe tenerse en cuenta el grado de fragmentacin que ser necesario lograr para garantizar la completa remocin de la base, ya que en voladura de colapso es absolutamente vital asegurarse que el pie ser limpiamente cortado, ms all de toda posible duda, de otro modo el resultado puede ser el de una dramtica situacin de inestabilidad del frente de roca disparada.

C. Tneles coyote, coyoteras o calambucos (Coyote blasting, headings)

Mtodo especial basado en el disparo de una o ms cargas explosivas concentradas, relativa-mente grandes, localizadas en la base del cuerpo de roca y cuyo posicionamiento esta dictado por la topografa local, las mismas que se conectan por medio de tneles de una seccin transversal lo ms pequea posible (literalmente slo lo suficientemente amplias como para permitir el acceso del perforista y su equipo). Estas voladuras tambin son aplicadas para remover grandes volmenes de roca, o para efectuar cortes de ladera por desplome para obras viales, canales de irrigacin, oleoductos, etc. cuando no es factible el banqueo convencional sea por consideraciones tcnicas o econmicas.

Las voladuras coyote tambin producen gran cantidad de material sobredimensionado.

Consiste en abrir pequeos tneles en la base del talud o de la colina que se quiere colapsar, perpendiculares a la cara libre y de una seccin transversal lo ms pequea posible, los que se rellenan con explosivo al granel hasta cierta parte de su longitud (tramo que se denomina cmara de carga) y que s sellan despus hermticamente para ser finalmente disparadas en forma simultnea, por lo general con cordn detonante o con fulminantes elctricos.

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 (B)3, por cmara

Donde:

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 no debe pasar de 30 m; si es mayor, el tnel de acceso tendr que ser ms profundo y requerir de otros cruceros (cmaras) con carga explosiva, las que se espaciarn 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, que tambin se cargar con explosivos.

Una vez que las cargas han sido acomodadas, los tneles deben ser cuidadosamente sellados con material inerte en la mayor parte de su longitud, cuidando de proteger muy bien los cables o el cordn detonante que transmitirn la iniciacin a las cargas pues cualquier corte de ellos malograr o anular la voladura, siendo despus muy difcil y peligroso el tratar de reconectarla, razn por la que usualmente se tiende dos o ms troncales paralelas y separadas. Por seguridad los cordones o cables se introducen dentro de tubos rgidos que se cubren con el material de relleno.

Ejemplo de Voladura de Coyote

1. Voladura mltiple

Proyecto para corte por desplome de la ladera de una colina de roca volcnica para una obra vial, con voladura coyote de varias cargas.

2. Diseo

Se proyecta abrir un tnel de acceso lateral que seguir luego una direccin paralela a la cara frontal de la colina, en el que se practicarn cuatro cruceros (estocadas) de 3 m de longitud, perpendiculares a la cara libre, que servirn de cmaras de carga explosiva (C1 C2 C3 C4). El cuerpo de roca tiene entre 50 y 60 m de altura. Los burdenes de las cargas a la cara libre sern de B1 = 10 m; B2 = 17 m; B3 = 17,5 m y B4 = 17 m.

a. Se estima estos burden en razn de que con distancias mayores a 20 m se requerira mayor cantidad de explosivos, lo que dara como resultado muy fuerte vibracin y proyeccin de fragmentos y por lo contrario con distancias menores a 10 m, se encampana un cuerpo demasiado pequeo como para justificar el trabajo preparatorio de excavacin de tnel.

b. La longitud de los cruceros (cmaras) se estima en 3 m y de distancias entre las mismas vara entre 10 y 15 m.

c. La altura del corte, en relacin con un burden mximo de 20 m sera de 1:3, obteniendo una altura de 60 m, pero se considera 50 m por seguridad.

d. Para mejor efecto de desplome se ha tenido en cuenta la presencia de diaclasas casi verticales en el cuerpo de roca.

e. Teniendo en cuenta las caractersticas de la roca (ejemplo: roca volcnica, seca, compacta pero fisurada, sin necesidad de fragmentacin especfica), se decidi utilizar una Gelatina Especial 75 (como carga cebo), y Examon-P en sacos, en una proporcin de 20% y 80% respectivamente.

f. La iniciacin del disparo se efectu simultneamente sin retardos para mayor efecto de desprendimiento, utilizando cordn detonante reforzado 10P en dos trocales paralelas iniciales con fulminante N 8.

3. Clculo de Cargas

Cada carga se puede estimar empricamente mediante la siguiente frmula:

Q = a x b x (B)3

Donde:

Q : carga expresada en kg.

B : burden expresada en m.

a : factor dependiente del tipo de explosivo utilizado.

b : factor dependiente de la naturaleza de la roca.

a x b : equivalente en este caso al factor K sealado en la regla de Hauser.

Por lo general la informacin en la cual se basan los valores para a y b es escasa y limitada. Para el ejemplo utilizaremos una tabla preparada por G. Berta, en la que los valores de "a" se refieren a explosivos promedios.

Explosivo a

Gelatina explosiva

0.15

Gelatina Semi gelatina

0.22

Agentes Granulares Ejemplo EXAMON, ANFO

0.24

Plvora negra (de cantera, poco usada)

0.55

Roca b

Roca suave

1.2 a 2

Roca medianamente dura

2.2 a 3

Roca dura

3.2 a 4

Roca muy dura

4.0 a 4.5

Roca fisurada pero compacta3.0 a 5

Como se va a utilizar 20% de Gelatina Especial 75 y 80% de Examon, se considera preponderante el valor de este ltimo en la tabla, y suponiendo que las caractersticas promedio de la roca la clasifican como suave, tendramos que les 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 total del explosivo.

RGA

B3

Se carga primero la cmara C4 y al final la C1, sellando el acceso y cada carga con material de relleno, usualmente tierra en sacos. Por seguridad el tramo de ingreso a la bocamina se sella con material de relleno y cemento de fraguado rpido (Sika u otro similar).

Las cuatro cargas se empalman una a otra con dos vas independientes de cordn detonante 10P insertado dentro de tubos rgidos para protegerlo de cualquier dao o esfuerzo mecnico. Los dos extremos de las troncales de cordn se unen con cinta, envolviendo a un par de fulminantes de arranque instantneo (elctricos o convencionales, segn criterio). 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 en el Cuadro del rea del disparo, que es el volumen del prisma de roca limitado por planos verticales que pasan a travs de los aleros posteriores, por ambos extremos de los cruceros y por el frente, limitado por el piso y la cresta del corte.

La cantidad de carga explosiva debe variarse de acuerdo al tipo de roca y al trazo de la coyotera. Deber ser mayor para trazos con la entrada larga y aleros pequeos y menor para una entrada corta y aleros grandes, es decir a entrada ms profunda en proporcin a la cara, mayor requerimiento de carga.

4. Distribucin

Para mejor resultado la carga deber distribuirse uniformemente. Por conveniencia stas se colocan con una distancia entre 6,5 a 8 m entre centros, y con una distancia no mayor a 4 m con el eje del tnel para lograr un buen confinamiento y evitar un reventn o soplo a travs de la entrada.

5. Explosivo

Por su baja sensibilidad y excelente performance en el empuje de la roca, se recomienda el Examon. Si se presenta agua en cantidad considerable en las cmaras, o si la exposicin del explosivo al agua va a ser prolongada, se recomienda el empleo de emulsin como Slurrex-AP. En este caso por su mayor potencia relativa, presin de detonacin y velocidad, se cargar en menor cantidad que con Examon.

6. Confinamiento

Para asegurar el confinamiento, la carga explosiva deber ocupar por lo menos las dos terceras partes de la seccin del crucero o cmara, y estar sellada en su frente libre por un grueso tabique, preferentemente de sacos de tierra o arena.

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